概述生物修復(fù)法在農(nóng)田重金屬污染治理中的作用

賀傳奇 劉小蘭 羅玉龍

（1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621000；2.西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽621000；3.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621000）

0 前言

近年來，我國食品安全形式非常嚴(yán)峻，有一部分原因就是農(nóng)田遭到污染，尤其是重金屬污染。據(jù)報(bào)道，目前我國受砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地而積近2000萬平方千米，約占總耕地而積的20%;其中工業(yè)“三廢”污染耕地1000萬平方千米，污水灌溉達(dá)330多萬平方千米。重金屬不能被土壤微生物所分解，易在土壤中蓄積或轉(zhuǎn)化為毒性更大的化合物。土壤重金屬污染的特點(diǎn)為長期累積效應(yīng)、隱蔽性、不可逆性和一定的交互作用。土壤受重金屬污染后，影響農(nóng)作物并通過食物鏈等影響人體健康，造成中毒危害。另據(jù)國土資源部的最新調(diào)查顯示:每年我國約有1200萬噸糧食被重金屬所污染，這些糧食足夠養(yǎng)活4000萬左右的人口，并且這種污染問題日益嚴(yán)重。因此，對農(nóng)田重金屬污染的治理顯得尤為迫切。當(dāng)前，土壤重金屬污染的治理方法主要有工程措施、物理化學(xué)方法、化學(xué)修復(fù)方法、以及生物修復(fù)方法。本文將重點(diǎn)介紹生物修復(fù)法在農(nóng)田重金屬污染治理中的研究進(jìn)展，同時(shí)對生物修復(fù)法治理農(nóng)田重金屬污染的研究前景進(jìn)行展望。

1 簡介

生物修復(fù)法是指利用生物的生命代謝活動(dòng)降低環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害,從而使污染的土壤局部地或完全地恢復(fù)到原始狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)有：成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、可以回收再利用貴金屬、造成二次污染機(jī)會(huì)較少。缺點(diǎn)有：周期長、一種植物一般只能提取一種或者幾種重金屬、而植物固定只是將重金屬暫時(shí)固定，如果土壤環(huán)境發(fā)生變化，重金屬的毒性作用還有可能再次出現(xiàn)[1]。

2 生物修復(fù)法的分類

生物修復(fù)作用治理農(nóng)田重金屬污染方法可以分為動(dòng)物修復(fù)法、植物修復(fù)法以及微生物修復(fù)法。它們有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，在利用生物技術(shù)處理重金屬污染時(shí)，要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，因地制宜，才能達(dá)到預(yù)期效果。

2.1 動(dòng)物修復(fù)

動(dòng)物修復(fù)是指土壤動(dòng)物群通過直接的吸收、轉(zhuǎn)化和分解或間接的改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力，促進(jìn)植物和微生物的生長等作用而修復(fù)土壤污染的過程。有關(guān)動(dòng)物修復(fù)的研究報(bào)道較少，主要集中在有機(jī)物和農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)(如利用蚯蚓等修復(fù))和富營養(yǎng)化水體的修復(fù)(如利用濾食性貝類、棘皮動(dòng)物、河蟹等修復(fù))，對重金屬污染土壤的動(dòng)物修復(fù)機(jī)理仍處于探索階段[2]。

2.2 微生物修復(fù)

利用土壤微生物的蓄積和降解作用來治理土壤重金屬污染是一種高效的途徑。國內(nèi)外許多研究己證明,菌根在修復(fù)遭受重金屬污染的土壤方面發(fā)揮著特殊的作用,他們減輕了植物在重金屬污染的土壤中的受害程度[3]。

土壤重金屬污染的微生物修復(fù)是利用微生物的生物活性對重金屬的親和吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，從而降低重金屬的污染程度[4]。利用微生物(藻類、細(xì)菌和酵母等)來減輕或消除重金屬污染，雖然微生物不能降解和破壞重金屬，但是可以通過改變它們的物理或化學(xué)特性而影響金屬在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化。其修復(fù)機(jī)理包括表面生物大分子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞代謝、空泡吞飲、生物吸附和氧化還原反應(yīng)等。微生物對上壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①溶解和沉淀作用;②生物吸附和富集作用;③氧化還原作用。微生物修復(fù)技術(shù)種類繁多，可進(jìn)行異位修復(fù)、原位修復(fù)以及原位/異位聯(lián)合修復(fù)。其中，原位修復(fù)操作簡單，對原有的土壤環(huán)境破壞程度低。微生物修復(fù)受各種環(huán)境因素的影響較大，氧氣、pH、溫度、水分等均可影響微生物活性進(jìn)而影響修復(fù)效果，其田間試驗(yàn)效果不是非常理想。因此，為降解菌提供適宜條件以促進(jìn)其生長繁殖至關(guān)重要，這也是今后研究的重點(diǎn)。

2.3 植物修復(fù)

植物修復(fù)技術(shù)是指通過植物自身及共存微生物體系，修復(fù)和消除由無機(jī)廢棄物和有機(jī)毒物造成的土壤環(huán)境污染的一種技術(shù)。

我國野生植物資源豐富，生長在天然的污染環(huán)境中的耐重金屬植物和野生超積累植物數(shù)不勝數(shù)。因此開發(fā)與利用這些野生植物資源對植物修復(fù)的意義十分重大。有關(guān)資料表明，大量植物對重金屬Cr，Cd，Co，Pb，Ni，Cu，Zn等有很強(qiáng)的吸收積累能力。比如國內(nèi)有人利用白菜修復(fù)重金屬污染土壤，如叢孚奇等將白菜用于鑰礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)研究，結(jié)果表明磷酸氫二鈉一檸檬酸緩沖溶液能顯著提高白菜的地上部富集土壤中重金屬元素的能力。李玉雙[5]等以沈陽張士灌區(qū)重金屬污染上壤為修復(fù)對象，采用盆栽試驗(yàn)，研究了乙二胺四乙酸(EDTA)對白菜富集重金屬及其生長狀況的影響。結(jié)果表明，EDTA能夠提高白菜對上壤中Cu,Cd,Pd和Zn的植物提取效率。

但是，由于超富集植物一般只能積累某些重金屬元素，植物物種的選取受到不同地理氣候條件的限制，同時(shí)富集植物和超富集植物生物量一般較少，生長速度慢，積累效率低。所以，利用野生抗性植物進(jìn)行重金屬污染土壤的治理還未取得理想結(jié)果。這就需要相關(guān)科研人員做進(jìn)一步深入的研究，以求早日獲得生長周期短，能吸附多種重金屬，積累效率高的重金屬富集吸收植物。

2.4 綜合修復(fù)技術(shù)

由于每個(gè)地區(qū)的污染物來源不同造成各地污染情況有很大的差異。只用一種修復(fù)技術(shù)往很難達(dá)到目標(biāo)。因此，開發(fā)復(fù)合修復(fù)方法成為土壤重金屬污染修復(fù)的主要研究方向[6]?，F(xiàn)今開始投入應(yīng)用的復(fù)合修復(fù)技術(shù)的主要類型有動(dòng)物/植物聯(lián)合修復(fù)、化學(xué)/物化一生物聯(lián)合修復(fù)以及植物/微生物聯(lián)合修復(fù)。

3 展望

生物修復(fù)技術(shù)治理重金屬污染土壤以其低成本、高效率、適用范圍廣和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)已成為重金屬污染農(nóng)田土壤治理中的一個(gè)全新研究領(lǐng)域和國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。但是由于其起步晚，難度大，其大部分研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚不能有效地應(yīng)用于重金屬農(nóng)田污染的治理中去，但隨著不同學(xué)科（遺傳學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、化學(xué)、生理學(xué)、環(huán)境保護(hù)學(xué)和生物工程）的相互配合。我們相信該技術(shù)會(huì)日趨成熟，并且為重金屬污染農(nóng)田的治理貢獻(xiàn)出巨大的力量。

［1］肖鵬飛，等.土壤重金屬污染及其植物修復(fù)研究[J］.遼寧大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，31（3）:279-283.

［2］李宇飛.土壤重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2001.34（12H）：148-151.

［3］王真輝.農(nóng)田土壤重金屬污染及其生物修復(fù)技術(shù)[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，12：386-387.

［4］閻曉明，何金柱.重金屬污染上壤的微生物修復(fù)機(jī)理及研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002,30(6):877-879,883.

［5］李玉雙，等.利用白菜修復(fù)污灌區(qū)重金屬污染土壤的鰲合誘導(dǎo)植物修復(fù)技術(shù)[J].沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014.02:9-12.

［6］駱永明.污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢[J].化學(xué)進(jìn)展，2009,21:558-564.