重金屬污染土壤的生物修復(fù)研究進展

重金屬污染土壤的生物修復(fù)研究進展摘要：生物修復(fù)是近些年發(fā)展起來的一種治理重金屬污染土壤的有效技術(shù)方法,是利用生物體將重金屬降解、富集、轉(zhuǎn)移而恢復(fù)土壤生態(tài)功能的過程。本文綜述了重金屬污染的來源、植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動物修復(fù)等技術(shù)的研究進展,就該技術(shù)的應(yīng)用前景和研究方向進行了分析和展望.關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染生物修復(fù)土壤是人類賴以生存的自然資源之一,同水、大氣、生物等環(huán)境要素之間相互聯(lián)系、相互影響。土壤層位于地球陸地表面,是一個有機無機的復(fù)合體,介于生物界和非生物界之間;土壤也是環(huán)境各要素劇烈作用的場所。因此,土壤與人和環(huán)境關(guān)系較為密切,土壤污染可引起和促進水體、大氣、生物要素的污染。士壤是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,也是地球化學(xué)循環(huán)的儲存庫,對環(huán)境變化具有高度的敏感性,所以土壤污染是環(huán)境污染的重要環(huán)節(jié)。土壤具有肥力,能夠為人類生產(chǎn)各種作物,是人類賴以生存的、最基本的生產(chǎn)資料,一旦被污染,不僅會影響作物的正常生長發(fā)育,同時也使作物成為污染物被攝入人體,危害人類健康。土壤污染最終會導(dǎo)致土地資源的枯竭。土壤受到重金屬污染后,可能導(dǎo)致重金屬在農(nóng)作物體內(nèi)積累,造成食物鏈污染,嚴重威脅人體健康。生物修復(fù)技術(shù)是利用生物體將重金屬降解、富集、轉(zhuǎn)移而恢復(fù)土壤生態(tài)功能的過程,是重金屬污染土壤的環(huán)境友好型治理技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)的早期研究主要集中于植物對重金屬的吸收和富集機理方面。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)應(yīng)用于超富集、高耐性生物的培育、篩選和鑒定,促進了生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。目前,生物修復(fù)技術(shù)的主體主要包括植物、微生物和動物。1土壤重金屬污染的來源土壤是一個開放體系,時刻與其他環(huán)境要素間進行著物質(zhì)和能量的交換,重金屬汞、鎘、銅、砷、鉻、鉛、鋅、鎳、硒等可以通過大氣沉降、污水灌溉、固體廢棄物排放以及農(nóng)藥和化肥的施用等途徑進入土壤,因此人類的生產(chǎn)和生活是造成土壤污染的主要原因。1.1工業(yè)污染工業(yè)污染是指在采礦、選礦、冶煉、鍛造、加工、運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)過程中,排放的廢氣、廢水、廢渣,使環(huán)境中的重金屬濃度數(shù)千甚至數(shù)萬倍于本底值。工業(yè)污染是土壤中汞、鉛、鎘、鉻、砷等重金屬污染的主要來源。據(jù)統(tǒng)計,目前全世界平均每年排放的汞、鉛、錳、鎳分別約為1.5萬t、500萬t、1500萬t和100萬t。1.2農(nóng)業(yè)污染在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,重金屬可通過污水灌溉、污泥利用以及化肥、有機肥和農(nóng)藥的不合理施用等途徑進入土壤。其中,污水灌溉會導(dǎo)致土壤重金屬Hg、Cd、As、Cu等含量的增加。據(jù)不完全統(tǒng)計,污水灌溉引起的土壤重金屬污染面積達66.7萬hm2。同時,有許多研究指出,污泥的施用可使土壤重金屬含量有不同程度的增加;長期大量施用品位較差的化肥如過磷酸鈣和磷礦粉等會引起土壤中As、Cd及氟含量超標。于是,隨著“綠色食品”、“有機食品”的興起,有機肥被人們廣為推崇,大量應(yīng)用于生產(chǎn)中。但當前有機肥肥源大多來源于集約化的養(yǎng)殖場,這些地方大都使用飼料添加劑,而目前飼料添加劑中常有含量較高的Cu和Zn,這使得有機肥料中的Cu、Zn含量也明顯增加,并隨著肥料施入農(nóng)田而在土壤中積累。此外,有報道指出,施在作物上的殺蟲劑約有一半流入土壤,且含鉛、砷、銅、汞等重金屬的農(nóng)藥在土壤中的半衰期為10～30年,短期內(nèi)含量很難下降。2土壤重金屬污染的生物修復(fù)2.1植物修復(fù)植物修復(fù)技術(shù)是利用植物對某種污染物具有特殊的吸收富集能力,將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)或?qū)⑽廴疚锝到饫?對植物進行回收處理,達到去除污染與修復(fù)生態(tài)的目的。植物修復(fù)的機理通常包括植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收3種方式,具有成本低、可提高土壤肥力、避免二次污染以及對環(huán)境擾動小等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染治理中。其中,應(yīng)用最多的是植物吸收。2.1.1植物固定是指植物通過某種生化過程使污染基質(zhì)中金屬的流動性降低,生物可利用性下降,從而減輕有毒金屬對植物的毒性。適用于固化污染土壤的理想植物應(yīng)是一種能忍耐高含量污染物、根系發(fā)達的多年生常綠植物。這類植物主要通過保護土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏來防止污染物的流失,并通過在根部累積和沉淀,或通過根系吸收重金屬來增加對污染物的固定。其根系分泌的粘膠狀物質(zhì)可與Pb、Cu和Cd等金屬離子競爭性結(jié)合,使其在植物根外沉淀,同時也影響其在土壤中的遷移性。如植物可通過分泌磷酸鹽與鉛結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)榛緵]有毒性的Cr3+,使其固化。但是,植物固定可能是植物對重金屬毒害抗性的一種表現(xiàn),并未使土壤中的重金屬去除,環(huán)境條件的改變?nèi)钥墒怪亟饘俚纳镉行园l(fā)生變化。2.1.2植物揮發(fā)是利用植物去除環(huán)境中部分揮發(fā)污染物的方法,即植物將污染物吸收于體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)而釋放到大氣中。植物揮發(fā)要求被轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì),以減輕環(huán)境危害。研究發(fā)現(xiàn),一些植物能將體內(nèi)Se、As、Hg等甲基化而形成可揮發(fā)性的分子,釋放到大氣中去。Rugh等研究表明,將來源于細菌中的汞抗性基因轉(zhuǎn)入到植物,可以使其具有在通常生物中毒的汞濃度條件下生長的能力,而且還能將土壤中吸取的汞還原成揮發(fā)性的單質(zhì)汞;MeagherRB研究發(fā)現(xiàn),煙草能使毒性大的二價汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)汞。印度芥菜有較高的吸收和積累硒的能力,在種植該植物的第1年即可2006,21(4):26～317沈德中.污染環(huán)境的生物修復(fù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.14-311.8佟洪金,等.土壤重金屬污染的治理措施.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2003,(16):33-37.9沈振國,等.土壤重金屬污染生物修復(fù)的研究進展.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,2000,16(2):39-