重金屬污染土壤生物修復技術研究進展
土壤重金屬污染是指由于人類活動致使土壤中較高含量的重金屬對生物產生毒害作用，并造成生態環境質量惡化的現象。常見的對土壤造成污染的重金屬包括鋅、銅、鉻、鎳、鉛、鎘、汞等元素，它們不僅導致土壤退化、農作物產量和品質下降，還會通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通過直接接觸、食物鏈等途徑危及人類的生命和健康。重金屬作為一類危害很大的環境污染物，它所產生的污染過程具有隱蔽性、不可逆性、長期性和后果嚴重性的特點。因此，土壤系統中重金屬污染的治理目前是國際性的難題和研究熱點。
土壤重金屬污染傳統的治理方法通常采用物理、化學的方法，如客土換土法、淋濾法、吸附固定法、熱處理法、絡合浸提法、氧化還原法、電化學法等。雖然這些方法治理效果較好，歷時較短，但往往投資大，難以管理，易造成二次污染，對環境擾動大等。近年來，土壤重金屬污染生物修復技術正在興起。生物修復是指利用特定的生物吸收、轉化、清除或降解環境污染物，實現環境凈化、生態效應恢復的生物措施。生物修復技術與其他治理重金屬污染的技術相比，具有成本低、操作簡單易行、無二次污染、處理效果好且能大面積推廣應用等優點，具有良好的社會、生態綜合效益，具有廣闊的應用前景。本文綜述了植物修復、微生物修復、動物修復等生物修復技術在重金屬污染土壤修復方面的研究進展，以期推動國內在這一國際熱點領域的研究。
1 植物修復技術
植物修復是20世紀8O年代初期發展起來的環境污染治理技術。1983年美國科學家Chaney首次提出了利用能夠富集重金屬的植物來清除土壤重金屬污染的設想，即植物修復技術。它是一種利用自然界中超積累植物或者遺傳工程培育植物系統及其根際微生物群落來移去、揮發或穩定土壤環境中的重金屬污染物，或降低重金屬的毒性，以期達到清除污染、修復或治理土壤為目的的一種新興綠色生物技術。根據植物修復的機理和作用過程，重金屬污染土壤的植物修復技術主要包括植物提取、植物揮發和植物穩定3種基本類型。
1.1 植物提取
植物提取是利用耐受并能積累重金屬的植物吸收土壤環gesep境中的金屬，將它們輸送并貯存在植物體的地上部分，通過種植和收割植物而去除土壤中的重金屬。這些植物有兩大類：超積累植物和誘導的積累植物。前者是指一些具有很強的吸收重金屬并運輸到地上部積累能力的植物；后者則是指一些不具有超積累特性但通過一些過程可以誘導出超量積累能力的植物。超積累植物由于具有很強的吸收和積累重金屬的能力，從而在修復重金屬污染土壤方面表現出極大的潛力，其對某種重金屬的累積量是普通植物的10-500倍以上。植物提取修復技術是目前應用最多、最有發展前景的土壤重金屬污染植物修復技術。
1.2 植物揮發
植物揮發是利用植物根系分泌的一些特殊物質使土壤中的重金屬轉化為可揮發態，或者植物將土壤中的重金屬吸收到體內后將其轉化為氣態物質釋放到大氣中，從而凈化土壤。植物揮發要求被轉化后的物質毒gesep全球節能環保網性要小于轉化前的污染物質，以減輕對環境危害。目前在這方面研究較多的是Hg和Se。Se的化合物形態對人的毒性最強，元素Se毒性最小。Se以硒酸鹽、亞硒酸鹽和有機態硒的形態為植物所吸收。某些濕地植物可清除土壤中的Se，其中單質占75％，揮發態占20％-25％，可通過植物體內三磷酸腺苷(ATP)硫化酶的作用還原成低毒性的CH3SeCH3和CH3SeSeCH3。高毒性的Se(Ⅲ)可被楊麻根系分泌物轉變成低毒性的氣態甲基硒而揮發。Hg是一種對環境危害很大的易揮發性重金屬，在土壤中以多種形態存在，如無機汞、有機汞。高毒汞可經植物氣化后變成低毒汞，如擬南芥菜能將Hg變成低毒的單質汞揮發掉。植物揮發修復技術應用于修復重金屬污染土壤，能有效去除土壤中的重金屬，但只限于揮發性重金屬的修復，應用范圍較小，而且是將Hg、Se等揮發性重金屬轉移到大氣中，有沒有環境風險有待于進一步研究，因此，在采用植物揮發修復技術時應持謹慎態度。
1.3 植物穩定
植物穩定是指植物通過某種生化過程使污染基質中重金屬的流動性降低，生物可利用性下降，從而減輕重金屬的毒性。植物穩定修復的作用：一是通過根部累積、沉淀、轉化重金屬，或通過根表面吸附作用固定重金屬；二是保護污染土壤不受風蝕、水蝕，減少重金屬滲漏污染地下水和向四周遷移污染周圍環境。如植物可通過分泌磷酸鹽與鉛結合成難溶的磷酸鉛，使鉛固化而降低鉛的毒性；植物能使毒性較高的Cr6+轉變為基本沒有毒性的Cr3+。這類植物一般具有兩個特征：一是能在高含量重金屬污染土壤上生長；二是根系發達及分泌物能夠吸附、沉淀或還原重金屬。值得注意的是植物穩定修復并沒有從土壤中將重金屬去除，只是暫時將其固定，當土壤環境發生變化時重金屬仍可能重新活化并恢復毒性，因而，沒有徹底解決重金屬污染問題。重金屬污染土壤的植物穩定修復是一項正在發展中的技術，若與原位化學鈍化技術相結合可能會顯示出更大的應用潛力。未來的研究方向可能是耐性植物、特異根分泌植物的篩選，以及穩定修復植物與原位鈍化聯合修復技術的研究。
2 微生物修復技術
微生物在被污染土壤環境去毒方面具有獨特作用已被用于進行土壤生物改造或土壤生物改良，高效微生物降解活性就地凈化污染土壤。可用于重金屬修復的微生物主要是土著的真菌(酵母)和細菌。不同類型微生物對重金屬污染的耐性也不同，通常為真菌>細菌>放線菌。微生物修復易受各種環境因素的影響，溫度、氧氣、水分、pH等均可影響微生物活性從而影響修復效果。每種微生物菌株對影響生長和代謝的生物因子都有一定的耐受范圍。如果某一環境中有幾種參與生物修復的微生物，就比在同一環境中只有一種修復微生物的耐受范圍要寬。但如果環境條件超出了所有定居微生物的耐受范圍，微生物的修復作用就會停止。微生物修復在具體實踐中也有一定的局限性：如某些微生物只能降解特定類型污染物；有些情況下不能將污染物全部去除，微生物／酶制劑可能帶來次生污染問題，并對自然生態過程產生一定影響；加人到修復現場環境中的微生物可能由于競爭或難以適應環境而導致作用結果與實驗結果有較大出入。另外，該方法相關文獻報道較少，也缺乏進一步的試驗研究，且微生物修復土壤的能力有限，它只能修復小范圍的污染土壤。
3 動物修復技術
動物修復是利用土壤中的某些低等動物(如蚯蚓)能吸收土壤中的重金屬這一特性，通過習居的土壤動物或投放高富集動物對土壤重金屬吸收、降解、轉移，以去除重金屬或抑制其毒性。動物修復的生理基礎包括：①生物體內普遍存在一種金屬硫蛋白，能與重金屬結合形成低毒或無毒的絡合物；②生物體代謝產生一些富含一SH的多肽(如Pc)。能與重金屬螯合，從而改變其存在狀態；③生物體內存在多種編碼金屬轉運蛋白的基因(如最早克隆的Zn轉運蛋白基因和Fe轉運蛋白基因)，這些基因編碼的轉運蛋白能提高生物對金屬的抗性。
動物修復在國外有較長的研究史，國內研究則處于摸索階段。它包括將生長在污染土壤上的植物體、果實等飼喂動物，通過研究動物的生化變異來研究土壤污染狀況，或者直接將土壤動物，如虹蝴、線蟲飼養在污染土壤中進行有關研究。Wang等研究表明，在較低Cu濃度污染土壤的條件下，蛆蛆的活動、分泌物及其相互間的作用可以提高黑麥草對重金屬Cu的吸收效果。Czamowaka等對華沙交通要道附近3個草坪采集土壤和蚯蚓進行測定，可知蚯蚓對Zn和Cd有良好的富集作用。陳志偉等用威廉環毛蚯蚓進行試驗，發現向土壤投加Hg10mg／ks，蚯蚓能存活；投加As100～300mg／kg及同時投加Cd、Cu、Pb各10、300和300mg／kg，蚯蚓已不能成活，蚯蚓對重金屬的富集系數以As為最大，其次為Cd、Hg、Cu。由此可見，在重金屬污染的土壤中放養蚯蚓，待其富集重金屬后，采用電激、清水等方法驅出蚯蚓，集中處理，對重金屬污染土壤是一種經濟有效的土壤生態恢復措施。
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