重金屬污染土壤的生物修復(fù)（Bioremediation）是指利用動物、微生物或植物的生命代謝活動，削減土壤環(huán)境中的重金屬含量或通過改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)從而降低其毒性。已有研究表明，土壤動物（如蚯蚓）生命代謝活動對外界條件的依賴度很高，不適宜用來去除土壤中的重金屬。這里的生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)，這種技術(shù)主要通過兩種途徑來達到對土壤重金屬的凈化作用：（1）通過生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動性和生物可利用性；（2）通過生物吸收、代謝達到對重金屬的削減、凈化與固定作用。生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)，其修復(fù)效果好、投資小、費用低、易于管理與操作、不產(chǎn)生二次污染，因而日益受到人們的重視，成為重金屬污染土壤修復(fù)的研究熱點。
1、植物修復(fù)技術(shù)
廣義的植物修復(fù)技術(shù)（Phytoremediation）是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化和固定土壤、沉積物、污泥、地表水及地下水中有毒有害污染物技術(shù)的總稱。植物修復(fù)技術(shù)不僅包括對污染物的吸收和去除，也包括對污染物的原位固定和轉(zhuǎn)化，即植物提取技術(shù)、植物固定技術(shù)、根系過濾技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)和根際降解技術(shù)。與重金屬污染土壤有關(guān)的植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物提取、植物固定和植物揮發(fā)。植物修復(fù)過程是土壤、植物、根際微生物綜合作用的效應(yīng)，修復(fù)過程受植物種類、土壤理化性質(zhì)、根際微生物等多種因素控制。
1.1植物提取
植物提?。?/span>Phytoextraction）是指利用超積累植物吸收污染土壤中的重金屬并在地上部積累，收割植物地上部分從而達到去除污染物的目的。植物提取分為兩類，一類是持續(xù)型植物萃?。?/span>Continuousphytoextrac－tion），直接選用超富集植物吸收積累土壤中的重金屬；另一類是誘導(dǎo)性植物提?。?/span>Inducedphytoexrac－tion），在種植超積累植物的同時添加某些可以活化土壤重金屬的物質(zhì)，提高植物萃取重金屬的效率。超積累植物（Hyperaccumulator）是指相對于普通植物能從土壤或水體中吸收富集高含量的重金屬，并具有將重金屬從植株的地下部向地上部大量轉(zhuǎn)運的特殊能力，表現(xiàn)出很高的富集系數(shù)。超富集植物的界定一般有3個：（1）植物地上部重金屬濃度積累達到一定臨界值；（2）生物富集系數(shù)（地上部重金屬濃度/土壤重金屬濃度）>1；（3）轉(zhuǎn)運系數(shù)（地上部重金屬濃度/地下部重金屬濃度）>1。植物提取技術(shù)的關(guān)鍵是超富集植物的篩選，目前世界上發(fā)現(xiàn)超富集植物400多種。關(guān)于植物提取技術(shù)的研究近年來成為科學(xué)界的研究熱點，在實際污染場地的工程應(yīng)用中也得到了推廣應(yīng)用。鳳尾蕨屬的蜈蚣草（PterisvittataL.）是世界上首次發(fā)現(xiàn)的As超富集植物，對As具有超強的富集能力，通過刈割可以提高其對砷的去除能力。陳同斌等已在湖南郴州建立了世界上第一個砷污染土壤的植物修復(fù)工程示范基地。后來相關(guān)調(diào)查和試驗研究發(fā)現(xiàn)鳳尾蕨屬的大葉井口邊草（PteriscreticaL.）和粉葉蕨（Pityrogrammacalomelanos）也是砷的超富集植物。中科院華南植物園張杏峰等開展牧草對重金屬污染土壤修復(fù)潛力的研究，發(fā)現(xiàn)雜交狼尾草（Pennisetumamericanum（L.）Leeke×P.purpureumSchumach）和熱研11號黑籽雀稗（Paspalumatratumcv.ReyanNo.11）可作為植物提取技術(shù)的優(yōu)良草種，前者可修復(fù)Cd和Zn污染土壤，后者可修復(fù)Cd污染土壤。研究表明EDTA和EDDS是強化植物提取重金屬的高效螯合劑，添加EDTA可導(dǎo)致龍葵葉部、莖部和根部Zn濃度分別提高231%、93%和81%；添加EDDS導(dǎo)致龍葵葉部、莖部和根部Zn積累濃度分別提高140%、124%和104%。此外，天然螯合劑檸檬酸、草酸、酒石酸等也可以提高植物提取重金屬的效率。
1.2植物固定
植物固定（Phytostabilization）是指利用植物根系固定土壤重金屬的過程。重金屬被根系吸收積累或者吸附在根系表面，也可通過根系分泌物在根際中被固定。此外，植物根際微生物（細菌和放線菌）通過改變根際土壤性質(zhì)（如pH和Eh）而影響重金屬在根際的化學(xué)形態(tài)，也有利于降低重金屬對植物根系的毒性。植物固定可降低土壤中重金屬的移動性和生物有效性，阻止重金屬向地下水和空氣的遷移及其在食物鏈的傳遞。植物固定技術(shù)并非真正意義上從土壤中去除重金屬，只是將重金屬固定在植物根部或根際土壤中，因此開展修復(fù)土壤的長期監(jiān)測是必須的。植物固定對干旱、半干旱區(qū)的尾礦堆置地修復(fù)具有廣闊的應(yīng)用前景，可以實現(xiàn)此類污染場地的植被重建。串葉松香草（SilphiumperfoliatumLinn）可應(yīng)用于Cd污染土壤的修復(fù)。
1.3植物揮發(fā)
植物揮發(fā)（Phytovolatilization）是指利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的Se、Hg、As等轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)以去除其污染的一種方法。植物揮發(fā)技術(shù)適用于修復(fù)那些Se、Hg、As污染的土壤。在Se污染土壤中種植芥菜可以通過揮發(fā)形式去除土壤Se。洋麻可使土壤中三價硒轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的甲基硒從而達到去除的目的。種植煙草可以使土壤中的汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的汞而把土壤中的汞去除。氣態(tài)Se、Hg、As等揮發(fā)到大氣中易引發(fā)二次污染，因此要妥善處置植物揮發(fā)產(chǎn)生的有害氣體。
植物修復(fù)技術(shù)較傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)具有技術(shù)和經(jīng)濟上的雙重優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）可以同時對污染土壤及其周邊污染水體進行修復(fù)；（2）成本低廉，而且可以通過后置處理進行重金屬回收；（3）具有環(huán)境凈化和美化作用，社會可接受程度高；（4）種植植物可提高土壤的有機質(zhì)含量和土壤肥力。但是植物修復(fù)技術(shù)也有缺點，如植物對重金屬污染物的耐性有限，植物修復(fù)只適用于中等污染程度的土壤修復(fù)；土壤重金屬污染往往是幾種金屬的復(fù)合污染，一種植物一般只能修復(fù)某一種重金屬污染的土壤，而且有可能活化土壤中的其他重金屬；超富集植物個體矮小，生長緩慢，修復(fù)土壤周期較長，難以滿足快速修復(fù)污染土壤的要求。目前，基因工程技術(shù)可以克服上述植物修復(fù)技術(shù)上的某些弱點，但采用基因工程技術(shù)培育轉(zhuǎn)基因植物用于重金屬污染土壤的修復(fù)尚處于比較有爭議的階段，轉(zhuǎn)基因植物容易誘發(fā)物種入侵、雜交繁殖等生態(tài)安全問題。
2、微生物修復(fù)技術(shù)
土壤中微生物數(shù)量眾多，某些微生物如細菌、真菌和藻類對重金屬具有吸附、沉淀、氧化-還原等作用，從而降低污染土壤中重金屬的毒性。細胞壁是細菌和重金屬直接接觸的部位，富含羧基陰離子和磷酸陰離子，易結(jié)合環(huán)境中活性金屬陽離子到其表面。細菌及其代謝產(chǎn)物對溶解態(tài)的金屬離子具有較強的活化能力，也可以吸附固定土壤中的重金屬。研究發(fā)現(xiàn)從香蒲（Typhalatifolia）根際中分離出的一些菌株能鈍化固定土壤中的Cu和Cd，降低它們在土壤中的可交換態(tài)含量。有研究報道，在土壤中接種某菌株，利用其在底物誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶化作用，分解產(chǎn)生CO2-3從而礦化固結(jié)在土壤中的有效態(tài)重金屬，使其沉積為穩(wěn)定態(tài)的碳酸鹽。
根際中菌根真菌對于提高植物對重金屬的抗性和提高修復(fù)效率具有重要作用。菌根真菌可通過分泌根系分泌物改變重金屬在根際中的存在形態(tài)，進而降低重金屬的植物毒性和生物有效性。接種菌根真菌可提高蜈蚣草對土壤中As的提取效率。菌根真菌Glomusmosseae可以改變水稻根部細胞細胞壁的組成，降低水稻地上部對Cu的吸收積累，增強水稻對Cu的抗性。盆栽試驗和田間試驗的結(jié)果表明，接種叢枝真菌極大地提高了鬼針草和龍珠果對污染土壤中Cu、Pb和Zn的吸收積累。接種不同種類的菌根真菌對植物吸收重金屬的作用不同，某些菌種有利于提高植物對重金屬的吸收從而提高植物的提取效率，而某些菌種則抑制植物對重金屬的吸收，提高植物對重金屬的抗性，因此要根據(jù)不同的目的來合理選擇菌根菌種。菌根修復(fù)（微生物修復(fù)）是植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的一種，菌根修復(fù)的關(guān)鍵仍是植物修復(fù)，篩選出優(yōu)良的菌種并在植物修復(fù)中應(yīng)用是今后微生物修復(fù)發(fā)展的方向。
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