土壤重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)研究

摘要：生態(tài)修復(fù)技術(shù)是防控和修復(fù)土壤重金屬污染，改善土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保障生態(tài)環(huán)境和食品安全的重要舉措，其具有積極的現(xiàn)實意義。為此，本文在分析當(dāng)前土壤重金屬污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，具體從植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)和動物修復(fù)技術(shù)方面探討了生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)中的應(yīng)用機(jī)理及存在的不足，并提出了未來相關(guān)研究的努力方向，以期為進(jìn)一步豐富土壤重金屬污染生物修復(fù)理論、指導(dǎo)實踐發(fā)揮積極指導(dǎo)作用意義。

關(guān)鍵詞：重金屬污染；生物修復(fù)；土壤

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0246-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.147

Abstract： The use of ecological restoration technology is an important measure for prevention and control of heavy metal pollution in soil， improvement of soil ecological environment quality， and protection of ecological environment and food safety. It has positive and practical significance. Based on the analysis of current status of heavy metal pollution in soil， this paper discusses the application mechanism and existing deficiencies of bioremediation technology in soil heavy metal pollution remediation from phytoremediation technology， microbial remediation technology and animal remediation technology， and proposes further research. The direction of efforts has further enriched the theory of bioremediation of soil heavy metal pollution， and has positive and practical significance for guiding practice.

Keywords： Heavy metal pollution； Bioremediation； Soil

近年來，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，我國土壤重金屬污染形式十分嚴(yán)峻，其不僅影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，也會直接威脅到居民的身體健康。為此，在國務(wù)院《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》《近期土壤環(huán)境保護(hù)和綜合治理工作安排的通知》中均明確要求做好土壤修復(fù)和試點示范工作。采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)是防控和修復(fù)土壤重金屬污染，改善土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保障生態(tài)環(huán)境和食品安全的重要舉措，具有積極的現(xiàn)實意義。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 污染范圍廣

根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，全國土壤總的點位超標(biāo)率為16.1%，19.4%的農(nóng)田受到污染，以重金屬污染為主，其中Cd的點位超標(biāo)率為7%。在2015年第一屆重金屬污染土壤治理修復(fù)大會上，與會專家指出，目前我國受重金屬污染的耕地有1000萬hm?，占18億畝耕地的8%以上，每年因土壤重金屬污染所導(dǎo)致的糧食產(chǎn)量減少約100億kg。長三角地區(qū)的地一些省份土壤中Cr、Hg、Pb超標(biāo)48.7%，珠三角地區(qū)為44.5%，京津冀地區(qū)也有超過10%的耕地不同程度的受到重金屬污染。此外，西南、西北等地區(qū)的土壤重金屬污染也不容樂觀，可見，我國耕地土壤重金屬污染分布范圍廣。

1.2 工礦企業(yè)周邊污染加劇

工業(yè)企業(yè)場地和采礦區(qū)是土壤重金屬污染的重要區(qū)域。2001年至今，隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和去產(chǎn)能的現(xiàn)實需要，我國有超過10余家的企業(yè)關(guān)停運轉(zhuǎn)，電鍍、化工、農(nóng)藥、鋼鐵、機(jī)械、冶煉等場地、含有大量排放危險廢棄物高耗能企業(yè)場地成為土壤重金屬污染的重要源頭。此外，湖南、江西、云南等有色金屬礦區(qū)的過量開采，造成大面積土壤受到重金屬污染。如云南作為鉛鋅蘊藏量最高的省份，多年來的開采冶煉，使得云南成為我國西部重金屬污染最為嚴(yán)重的省份。

1.3 土壤重金屬污染呈流域性態(tài)勢

土壤重金屬污染并非點線面，而是呈現(xiàn)出流域性發(fā)展趨勢，這給后期的生態(tài)修復(fù)增加了難度。例如，廣西的西江流域、廣東的西北江流域土壤重金屬污染分布明顯。湖南的湘江、枝江、澧水等流域重金屬超標(biāo)率達(dá)到50%以上。流域性土壤重金屬污染增大了生態(tài)與健康風(fēng)險，導(dǎo)致微生物群落功能、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，受重金屬污染的土壤中的動物多樣性顯著降低。生態(tài)問題的發(fā)生勢必會影響健康問題[1]。如，食用鎘超標(biāo)的稻米會誘發(fā)各種疾病。

重金屬污染長期在土壤中富集，會改變土壤性狀和質(zhì)量，降低土壤的自我凈化能力，最終會影響生態(tài)環(huán)境和人體健康。土壤重金屬污染的隱蔽性、積累性、不可逆性等特點，使土壤重金屬污染的修復(fù)難度較大。目前，運行費用低、無二次污染的生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染中應(yīng)用較為廣泛，取得了良好的應(yīng)用效果[2]。

2 土壤重金屬生物修復(fù)類型

生物修復(fù)法是利用天然或人工改造生物的代謝功能降低土壤中的重金屬污染濃度，具有修復(fù)時間短、修復(fù)費用低，對周圍環(huán)境干擾小等優(yōu)勢。目前，生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動物修復(fù)等。

2.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)土壤重金屬污染，就是利用植物及與其共生共存的微生物系統(tǒng)吸收、富集土壤中的重金屬。目前，主要應(yīng)用超富集植物的吸收、揮發(fā)和穩(wěn)定特性，修復(fù)土壤中的重金屬污染物。吸收，是指利用植物的根系將受污染的土壤中的重金屬吸收。揮發(fā)是指植物自身將土壤中的重金屬元素吸收、累積后轉(zhuǎn)化成一種可以揮發(fā)的狀態(tài)，從而達(dá)到去除重金屬污染物的效果[3]。穩(wěn)定，是指通過植物來降低土壤中重金屬的活性，促進(jìn)其濃度或毒性的轉(zhuǎn)化、降低，達(dá)到去除重金屬污染物的效果。我國野生植物種類繁多，生長于自然環(huán)境中的耐重金屬植物和超積累植物不計其數(shù)，如馬齒莧、美人蕉、鵝掌藤、向日葵等對Zn、Cd、Ni、Cu等重金屬污染物都具有良好的吸收積累功能，在土壤重金屬污染修復(fù)中取得了良好的應(yīng)用效果。袁敏等利用高羊茅、早熟禾、黑麥草和紫花苜蓿在鉛鋅尾礦土壤重金屬修復(fù)中的應(yīng)用，并通過改良措施與草本植物結(jié)合，提升土壤重金屬污染的修復(fù)效果。

2.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)土壤中的重金屬污染物，主要是利用人工培養(yǎng)或野生的，具有特定功能的微生物群落，在一定條件下通過代謝活動降低土壤中的重金屬污染物活性或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的一種修復(fù)技術(shù)。目前，土壤重金屬微生物修復(fù)原理包括富集、吸著及轉(zhuǎn)化三種。其中，富集是指微生物將土壤中的重金屬貯存在不同部位或胞外基質(zhì)上，通過微生物自身的代謝，將重金屬離子沉淀或輕度螯合在可溶或不溶性生物多聚物上，達(dá)到降低或去除重金屬污染物效果。吸著是指微生物細(xì)胞表面的負(fù)電荷，以及存在烴基、醛基、氨基等多種官能團(tuán)，通過微生物的靜電吸附或絡(luò)合功能將重金屬離子固定，實現(xiàn)去除或降低毒性的效果。微生物轉(zhuǎn)化，包括甲基化、去甲基化、重金屬溶解、生物氧化還原等。生物修復(fù)土壤重金屬污染具有修復(fù)操作簡單，可以原位修復(fù)、異位修復(fù)及原/異位聯(lián)合修復(fù)完成，對土壤的侵?jǐn)_性小等優(yōu)勢[4]。許燕波等利用碳酸鹽礦化菌生長代謝過程中所產(chǎn)生的脲酶分解土壤底物中的尿酸，固結(jié)重金屬離子，降低其危險性和重金屬濃度，取得了良好的效果

2.3 動物修復(fù)

動物修復(fù)土壤重金屬污染，是指利用動物群路的吸收、轉(zhuǎn)化、分解或間接改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)植物、微生物的生長作用而達(dá)到修復(fù)土壤中的重金屬污染物的效果。

3 土壤重金屬生物修復(fù)技術(shù)不足及展望

生物修復(fù)在土壤重金屬污染治理中具有費用低、易操作等諸多優(yōu)勢，也是實際應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)方法。但因生物自身的特性，生物修復(fù)土壤重金屬污染也存在一些局限性。主要表現(xiàn)在：

3.1 不足

（1）耐受性問題。與物理、化學(xué)等修復(fù)方法不同的是，生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于土壤重金屬修復(fù)中往往產(chǎn)生耐受性問題。即，土壤中的重金屬污染物濃度超過了生物的耐受極限時，生物的新陳代謝功能將難以發(fā)揮出來，勢必會影響生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果。（2）外界干擾因素多。生物修復(fù)土壤中的重金屬污染物，土壤中的酸堿度，以及溫濕度等都會對生物自身的活性產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響到重金屬污染的實際修復(fù)效果。（3）專一性問題。生物修復(fù)土壤中的重金屬污染物往往針對性較強，對于土壤中多種重金屬污染的修復(fù)效果不夠理想，尤其是出現(xiàn)多種重金屬污染與其他污染物混合的復(fù)合污染時，治理效果有待進(jìn)一步提升。

3.2 展望

生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)中具有很強的可操作性和高效性，雖然還存在一些問題和不足，但其應(yīng)用前景十分廣闊。針對上述存在的不足，下一步需：（1）加強生物修復(fù)技術(shù)的機(jī)理研究，為生物修復(fù)土壤重金屬污染提供扎實的理論基礎(chǔ)。（2）與其他技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合。生物修復(fù)技術(shù)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)、現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)等結(jié)合起來，發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢，提升生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果。（3）植物、動物、微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用。針對土壤中往往存在著多種重金屬污染物，應(yīng)發(fā)揮植物修復(fù)、動物修復(fù)和微生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，將3種主要生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，提升土壤重金屬污染修復(fù)效果，達(dá)到預(yù)期修復(fù)目的。

參考文獻(xiàn)

[1]袁敏，鐵柏清，唐美珍等.四種草本植物對鉛鋅尾礦土壤重金屬的抗性與吸收特性研究[J].草業(yè)學(xué)報，2005，（6）：57-62.

[2]許燕波，錢春香，陸兆文.微生物礦化修復(fù)重金屬污染土壤[J].環(huán)境工程學(xué)報，2013，（7）：2763-2768.

[3]陳懷滿，鄭春榮.中國土壤重金屬污染現(xiàn)狀與防治對策[J].人類環(huán)境雜志，1999，（2）：130-134.

[4]吳新民，潘根興.影響城市土壤重金屬污染因子的關(guān)聯(lián)度分析[J].土壤學(xué)報，2003，40（6）：921-928.

收稿日期：2015-05-02

作者簡介：吳宏軍（1975-），大專，技師，研究方向為土壤保護(hù)。