土壤污染的生物修復技術最新研究進展

摘要：近年來日益嚴峻的土壤污染形勢受到了廣泛的關注，土壤污染的修復技術得到了快速發展。本文總結了國內最新的土壤污染的生物修復技術進展，列舉了微生物修復技術、植物修復技術、動物修復技術和聯合修復技術等領域的典型研究成果，并對未來生物修復技術的研究重點進行了展望，以期為我國土壤污染生物修復技術的進一步發展提供參考和借鑒。

關鍵詞：土壤污染;生物修復;聯合;進展

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.040

Recent advances in bioremediation of soil pollution

Shen Xiaoshuai

（Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210036，China）

Abstract：The increasingly serious situation of soil pollution has attracted extensive attention in recent years， and the soil pollution remediation technology has developed rapidly.This paper summarizes the latest domestic bioremediation technology progress of soil pollution， and enumerates the typical research achievements of microorganism repair technology， phytoremediation technology， animal repair technology and combined repair technology.The bioremediation technology for the future research emphasis is prospected， in order to provide reference for the further development of soil pollution bioremediation technology in China.

Key words：Soil pollution;Bioremediation;Combine;Progress

土壤是生態環境的重要組成要素，也是人類賴以生存的重要自然資源之一，其質量狀況直接影響到區域的生態安全以及公眾的健康。土壤污染由于具有隱蔽性、長期性、復雜性等特點，因此越來越受到公眾的關注。調查顯示，我國土壤污染現狀總體不容樂觀，部分地區土壤污染嚴重，危害極大[1]。

面對日益嚴峻的土壤污染形勢，世界各國在土壤污染修復技術方面不斷增加投入，研發了物理、化學、生物、農業生態等多種土壤污染修復技術。近年來發展起來的生物修復技術，利用了生物對土壤污染物的吸收、代謝、降解等作用，在自然或者人為控制條件下降低土壤污染物的濃度及毒性，從而達到減少污染物對人類健康以及生態系統的危害的效果。因為土壤污染的生物修復技術具有成本低、效益高、操作簡單、環境干擾小等優勢，迅速成為土壤污染修復技術領域的研究熱點[2]。本文對近年來土壤污染生物修復技術研究成果進行總結和分析，以期為土壤污染生物修復技術優化和進一步發展提供參考。

1 微生物修復技術

土壤中含有大量的微生物，這些微生物體積小、繁殖快、代謝能力強、適應性強、易培養，因此在土壤重金屬和有機污染修復方面具有得天獨厚的優勢。微生物修復的機理包括吸附、富集、降解、溶解、沉淀、氧化還原等[1]。其中吸附主要是通過微生物表面的電荷主動吸收帶電離子，或者通過微生物攝取必要營養元素的方式吸附污染物中的有用物質;降解主要利用細菌或真菌的生物降解功能對有機物或者重金屬的絡合物進行去除;溶解及沉淀主要是通過土壤微生物代謝活動產生的有機酸對進行重金屬溶解或者形成沉淀并去除;氧化還原主要是利用桿菌類微生物與土壤中的重金屬離子發生氧化反應，降低重金屬元素的活性[3]。

微生物修復技術有原位修復和異位修復兩種類型。前者包括：投菌法、生物通風、生物攪拌、工程鏍鉆、慢速滲濾、農耕法等，后者常見的有：土地填埋法、土壤耕作法、預備床法、堆腐法、泥漿生物反應器法等[2，4]。土著微生物具有較高的活性和降解污染物的巨大潛力，因此被廣泛用于原位修復技術中;但對一些特殊的土壤污染物，則需要人為投放外源微生物來提高去除效率[2]。微生物修復技術具有低成本、低能耗、成效快、二次污染小等特點[5];另外微生物還可以參與調控土壤中的養分循環過程，因此具有較大的發展前景[6]。

近年來，培養和篩選具有特效功能的微生物成為研究的重點，如王薇利用鎘污染土壤篩選出一株具有較強耐鎘能力的蠟樣芽孢桿菌，研究了該菌自誘導培養介質pH變化對Cd2+在菌體上的吸附、積累和生物礦化的影響機制[7]。張宗迪等在種莧菜的土壤中填加木霉菌和AB菌，結果表明兩種菌均能促進莧菜的生長，對Zn的吸收量也增加[8]。王文峰建立了白腐菌的耐受性和開放性篩選體系，并利用篩選的兩株高效土壤修復菌株，對有機污染土壤進行了修復研究，結果表明兩種菌株對菲和2，4-二氯苯酚具有很好地降解效果[9]。另外彭德[10]和曾遠[11]也都通過實驗分別篩選出了對石油烴和鉛污染具有良好修復效果的特異性生物。

在實際操作中，可通過填加某些物質來強化微生物修復技術的效果，如崔雙超等在修復石油烴污染土壤時填加了生物修復藥劑對，并通過實驗確定了最佳的投放方式和條件，結果表明增加藥劑量和降解時間能提高石油烴的去除率[12]。

2 植物修復技術

在土壤中生長著大量的植物，許多植物具有忍耐和富集化學物質的功能，因此可以利用綠色植物的生理或生長特性對污染物進行轉移、容納或轉化，達到凈化土壤的目的。植物修復不占用額外的土地、成本低且環境影響小，因此被廣泛應用。但因為植物修復的對象范圍小、修復周期較長，土壤性質、氣候、水分狀況等條件對修復效果都有一定的影響。另外修復植物的最終處置也是一個問題，如果無法徹底妥善處理好，修復植物的殘留物可能會進入環境造成二次污染[2，6]。

現階段植物對重金屬污染土壤的修復方式主要有4種：植物提取、植物揮發、植物穩定和植物過濾[1，13]。植物提取利用對污染物具有較強富集能力的植物吸取污染物，并通過人工或機械方式收獲植物地上部分，從而達到去除土壤污染物的目的。植物揮發是利用植物根系分泌的特殊物質，吸收土壤中的污染物，進入植物體內后轉化為可揮發態物質，揮發至大氣中，從而達到去除土壤中污染物的方法。植物穩定是利用植物吸收和具有耐性的植物分泌特殊物質將有污染物轉化為相對無害物質，并降低其遷移性或生物有效性。植物過濾是利用植物龐大的根系吸收、吸附或過濾土壤中重金屬元素的方法。

修復植物的篩選對修復效果有明顯的影響，目前常見的修復植物有多種類型，喬木、灌木、草類，包括農作物、水生植物等都可以作為修復植物，其中生長快速、根系深、易收割、富集轉化容量大的植物修復效果最佳。如董亞明等研究了蘆葦、檉柳、沙棗等植物對石油污染土壤的修復效果，結果表明經過80d的修復，石油烴的去除率可達到26.50%～31.27%，明顯高于空白[14]。另外魯白、芥菜、龍葵、蜈蚣草、東南景天、苧麻、繁穗莧、三葉鬼針草等超富集植物都能夠較好地修復不同類型的重金屬污染的土壤[15-18]。

3 動物修復技術

土壤環境中除了有微生物和大量的植物根系外，還有豐富的動物物種，這些動物的生長和活動都與土體緊密接觸，對土壤中的污染物質也有一定的生理反應，除了對污染物有一定的耐性以外，還可以通過攝食活動富集污染物，因此可以利用這些生理特征將動物作為指示動物或修復動物加以利用。原生動物、環節動物以及無脊椎動物都可以作為環境污染評價、修復的動物類群[2]。

蚯蚓是一種常見的并且分布非常廣的土壤環節動物，在維持土壤生態系統結構和功能中發揮著重要的作用，也是近年來備受關注的一類土壤污染修復動物種類。蚯蚓對土壤污染的修復作用主要體現在以下兩方面：一是直接作用，體現在蚯蚓對重金屬等污染物有一定的忍耐、富集能力，可以通過被動擴散、攝食等方式達到重金屬富集的效果;二是間接作用，體現在蚯蚓取食、作穴、代謝等活動過程中，提高了土壤重金屬的生物有效性，促進植物對重金屬的吸收，同時蚯蚓的日常活動還可以改善土壤條件，促進其他修復植物的生長[1，19]。

4 其他修復技術

土壤污染的植物修復技術具有鮮明的優點，但是植物的生長會受到自然和人為因素的限制，修復過程較為緩慢且吸收的污染物相對單一，如果吸收過量還會出現中毒情況，這些都限制了植物修復技術的推廣。近年來，植物-微生物聯合修復技術得到了很大的發展。植物-微生物聯合修復技術兼具了兩種修復的優點，植物可以為微生物提供生存場所和氧氣，植物根際釋放出碳水化合物、氨基酸等物質刺激了根系微生物的生長，強化了聯合修復的效果[4]。

實驗表明，植物-微生物聯合技術可修復土壤中較高濃度的游離重金屬離子，例如可采用巴氏芽孢桿菌礦化修復游離的鎘離子，再種植對游離的鎘離子吸附較好的植物，進行復合修復，以達到國標要求[15]。Zhang等通過種植鋪地黍、牛筋草、高羊茅等草本植物的方式來促進土著菌對石油進行降解[20]。在植物-微生物聯合修復技術中，菌株的篩選非常關鍵。曹中利分別從石油污染土壤、汽修廠污泥以及污水廠活性污泥中篩選到了3株有石油降解能力的菌株，實驗表明混合菌株對石油的降解效果明顯;進而采用添加復合菌株及種植黑麥草的聯合修復方式對石油污染土壤進行處理，結果表明這種強化方式具有很好的修復效果，且對土壤中的有毒物質具有良好的去除效果[21]。

5 結論與展望

土壤污染的修復是非常復雜的過程，生物修復技術較其他技術而言，具有操作簡單、成本低及環境干擾小等特點，因此在場地土壤污染修復中具有廣泛的應用。本研究圍繞近年來土壤污染生物修復技術的最新研究成果，對微生物、植物、動物和聯合修復技術類型、特點以及進展進行了總結，為土壤污染生物修復技術的應用和發展提供了參考和借鑒。但生物修復技術也有一定的局限性，比如速度較慢、周期較長，僅適用于中低濃度污染土壤，另外生物的種類、生長狀況以及土壤的結構、組成、理化屬性、生物學性狀等對修復效率都有很大的影響[22-23]。為了進一步提高土壤污染治理的效果，在今后的研究中必須篩選更加高效的生物類群，加強植物、動物、微生物修復技術的聯合應用，并開展和其他修復技術的聯合實驗研究，取長補短，以達到更好的修復效果。

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收稿日期：2019-10-14

作者簡介： 沈小帥（1986-），男，工程師，研究方向為污染場地調查及土壤、地下水修復工作。