土壤重金屬污染生物修復技術研究

摘要：生態修復技術是防控和修復土壤重金屬污染，改善土壤生態環境質量，保障生態環境和食品安全的重要舉措，其具有積極的現實意義。為此，本文在分析當前土壤重金屬污染現狀的基礎上，具體從植物修復技術、微生物修復技術和動物修復技術方面探討了生物修復技術在土壤重金屬污染修復中的應用機理及存在的不足，并提出了未來相關研究的努力方向，以期為進一步豐富土壤重金屬污染生物修復理論、指導實踐發揮積極指導作用意義。

關鍵詞：重金屬污染；生物修復；土壤

中圖分類號：X53 文獻標識碼：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，隨著工業化、城鎮化的發展，我國土壤重金屬污染形式十分嚴峻，其不僅影響農作物的產量，也會直接威脅到居民的身體健康。為此，在國務院《“十三五”生態環境保護規劃》《近期土壤環境保護和綜合治理工作安排的通知》中均明確要求做好土壤修復和試點示范工作。采用生態修復技術是防控和修復土壤重金屬污染，改善土壤生態環境質量，保障生態環境和食品安全的重要舉措，具有積極的現實意義。

1 土壤重金屬污染現狀

1.1 污染范圍廣

根據《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國土壤總的點位超標率為16.1%，19.4%的農田受到污染，以重金屬污染為主，其中Cd的點位超標率為7%。在2015年第一屆重金屬污染土壤治理修復大會上，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致的糧食產量減少約100億kg。長三角地區的地一些省份土壤中Cr、Hg、Pb超標48.7%，珠三角地區為44.5%，京津冀地區也有超過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 工礦企業周邊污染加劇

工業企業場地和采礦區是土壤重金屬污染的重要區域。2001年至今，隨著國家產業結構調整和去產能的現實需要，我國有超過10余家的企業關停運轉，電鍍、化工、農藥、鋼鐵、機械、冶煉等場地、含有大量排放危險廢棄物高耗能企業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重的省份。

1.3 土壤重金屬污染呈流域性態勢

土壤重金屬污染并非點線面，而是呈現出流域性發展趨勢，這給后期的生態修復增加了難度。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率達到50%以上。流域性土壤重金屬污染增大了生態與健康風險，導致微生物群落功能、結構發生變化，影響生態系統的穩定性，受重金屬污染的土壤中的動物多樣性顯著降低。生態問題的發生勢必會影響健康問題[1]。如，食用鎘超標的稻米會誘發各種疾病。

重金屬污染長期在土壤中富集，會改變土壤性狀和質量，降低土壤的自我凈化能力，最終會影響生態環境和人體健康。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難度較大。目前，運行費用低、無二次污染的生物修復技術在土壤重金屬污染中應用較為廣泛，取得了良好的應用效果[2]。

2 土壤重金屬生物修復類型

生物修復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，具有修復時間短、修復費用低，對周圍環境干擾小等優勢。目前，生物修復主要包括植物修復、微生物修復和動物修復等。

2.1 植物修復

植物修復土壤重金屬污染，就是利用植物及與其共生共存的微生物系統吸收、富集土壤中的重金屬。目前，主要應用超富集植物的吸收、揮發和穩定特性，修復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。揮發是指植物自身將土壤中的重金屬元素吸收、累積后轉化成一種可以揮發的狀態，從而達到去除重金屬污染物的效果[3]。穩定，是指通過植物來降低土壤中重金屬的活性，促進其濃度或毒性的轉化、降低，達到去除重金屬污染物的效果。我國野生植物種類繁多，生長于自然環境中的耐重金屬植物和超積累植物不計其數，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中取得了良好的應用效果。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中的應用，并通過改良措施與草本植物結合，提升土壤重金屬污染的修復效果。

2.2 微生物修復

微生物修復土壤中的重金屬污染物，主要是利用人工培養或野生的，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將其轉化為無毒物質的一種修復技術。目前，土壤重金屬微生物修復原理包括富集、吸著及轉化三種。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，達到降低或去除重金屬污染物效果。吸著是指微生物細胞表面的負電荷，以及存在烴基、醛基、氨基等多種官能團，通過微生物的靜電吸附或絡合功能將重金屬離子固定，實現去除或降低毒性的效果。微生物轉化，包括甲基化、去甲基化、重金屬溶解、生物氧化還原等。生物修復土壤重金屬污染具有修復操作簡單，可以原位修復、異位修復及原/異位聯合修復完成，對土壤的侵擾性小等優勢[4]。許燕波等利用碳酸鹽礦化菌生長代謝過程中所產生的脲酶分解土壤底物中的尿酸，固結重金屬離子，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

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

3 土壤重金屬生物修復技術不足及展望

生物修復在土壤重金屬污染治理中具有費用低、易操作等諸多優勢，也是實際應用十分廣泛的技術方法。但因生物自身的特性，生物修復土壤重金屬污染也存在一些局限性。主要表現在：

3.1 不足

（1）耐受性問題。與物理、化學等修復方法不同的是，生物修復技術應用于土壤重金屬修復中往往產生耐受性問題。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揮出來，勢必會影響生物修復技術的應用效果。（2）外界干擾因素多。生物修復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生一定影響，進而影響到重金屬污染的實際修復效果。（3）專一性問題。生物修復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效果不夠理想，尤其是出現多種重金屬污染與其他污染物混合的復合污染時，治理效果有待進一步提升。

3.2 展望

生物修復技術在土壤重金屬污染修復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）加強生物修復技術的機理研究，為生物修復土壤重金屬污染提供扎實的理論基礎。（2）與其他技術應用相結合。生物修復技術與轉基因技術、現代分子生物學技術等結合起來，發揮現代技術的優勢，提升生物修復技術的應用效果。（3）植物、動物、微生物聯合修復技術應用。針對土壤中往往存在著多種重金屬污染物，應發揮植物修復、動物修復和微生物修復技術的優勢，將3種主要生物修復技術聯合應用，提升土壤重金屬污染修復效果，達到預期修復目的。

參考文獻

[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].草業學報，2005，（6）：57-62.

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

[3]陳懷滿，鄭春榮.中國土壤重金屬污染現狀與防治對策[J].人類環境雜志，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聯度分析[J].土壤學報，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。