李小宇張婷

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淺談土壤鉛污染的生物修復技術

李小宇1張婷2

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土壤鉛污染的生物修復技術已成為近年來研究的熱點方向。本文對生物修復技術概念、鉛污染現(xiàn)狀、國內(nèi)鉛超富集植物的有關報道進行了簡要回顧,重點綜述了土壤鉛污染的微生物修復方法和植物修復方法,在此基礎上簡要探討了該研究今后努力的方向。

鉛；土壤污染；生物修復

土壤的生物修復技術是利用土壤中生物的生命代謝活動降低土壤環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的含量或使污染物固定以減輕其危害性，從而達到使受污染的土壤能夠部分或完全恢復到原始狀態(tài)的目的。生物修復是一種現(xiàn)場治理技術[1]，具有操作簡單、處理費用低、效果好，且不會造成二次污染、對環(huán)境影響小的優(yōu)勢[2]。含Pb的污染物通過污水灌溉、農(nóng)藥和化肥的施用、大氣沉降以及工業(yè)“三廢”等各種途徑進入土壤環(huán)境，造成嚴重的土壤鉛污染。因此，土壤鉛污染的生物修復技術已引起了廣泛關注。

1 鉛污染現(xiàn)狀

鉛元素在自然界中分布很廣，用途較多，我國的鉛消費領域集中在蓄電池、電纜護套、鉛材等行業(yè)，然而被回收再利用的鉛僅占約25%[3]，剩余大部分鉛通過三廢等各種形式排放至環(huán)境中，導致大面積的環(huán)境鉛污染[4-6]。近年來，我國鉛污染現(xiàn)象時有發(fā)生，例如在陜西鳳翔、江蘇大豐、湖南武岡、甘肅隴南等地發(fā)生的“血鉛事件”，一次次警示在我國很多地區(qū)都存在鉛污染問題，人類生命健康安全遭受危害。其中，土壤鉛污染最為普遍。

2 生物修復技術

2.1 微生物修復

利用細菌、藻類、酵母等微生物的作用對進入土壤中的難降解物質(zhì)如重金屬進行吸收、沉淀、氧化、還原，而降低重金屬的毒性[7]。由于微生物對鉛有一定的親和吸附能力，利用微生物的作用修復土壤鉛污染，在國內(nèi)外有相關報道。有研究表明，細菌能產(chǎn)生一種特殊酶，從含鉛、鋅和六價鉻的土壤中分離的菌種能夠?qū)b2+還原成膠態(tài)Pb，膠態(tài)Pb結(jié)構穩(wěn)定，不具毒性。也有研究發(fā)現(xiàn)Mycobacteriumphlei菌對重金屬鉛具有較強吸附能力，這種能力源于菌體表面大量的負電荷[8]。目前利用的微生物修復方法包括投菌法、生物培養(yǎng)法、堆肥法等等。

2.2 植物修復

植物修復技術主要是利用超積累植物，將土壤中重金屬轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，特別是地上部分，從而修復受污染的土壤[9]。

2.2.1 鉛超富集植物

目前，國內(nèi)外已有400多種植物被發(fā)現(xiàn)具有重金屬超富集能力，然而鉛超富集植物僅有幾種，且已發(fā)現(xiàn)的鉛超富集植物基本都具有生物量小和生長緩慢的缺點，這極大地限制了土壤鉛污染生物修復技術的發(fā)展。近年來，國內(nèi)也有一些關于Pb超富集植物的研究報道，吳雙桃[10]等人的研究發(fā)現(xiàn)，土荊芥具有吸收累積Pb的能力，實驗條件下，其地上部分Pb含量可達3888mg·kg-1。羅于洋[11]等的研究表明，在室內(nèi)對密毛白蓮蒿的鉛超富集特性進行控制性盆栽試驗時，其地上部和根系的最大鉛積累量可達2857.86mg·kg-1和294.17mg·kg-1。

2.2.2 鉛超富集植物對鉛的吸收及體內(nèi)分布

鉛的負電性使其易與鐵和鋁等氧化物、有機質(zhì)及碳酸鹽發(fā)生反應形成共價鍵，導致土壤中的Pb很難被植物吸收，即使Pb進入植物根系也僅有少部分能轉(zhuǎn)移至地上部[12]。鉛的有效性與土壤的理化性質(zhì)密切相關，土壤的顆粒組成、陽離子交換量以及植物本身的因素等都會直接或間接影響植物對鉛的吸收。且有研究發(fā)現(xiàn)，鉛在土壤中一般與某些有機酸和膠體物質(zhì)緊密結(jié)合，或者以沉淀形式存在，這些存在形態(tài)均顯著影響植物根系對鉛的吸收累積[13]。

雖然鉛不易被植物吸收，一旦被吸收，Pb可貯存于植物中的根部或被運輸至地上部分，由根表面吸收的Pb能橫穿根的中柱，通過導管隨蒸騰流被運輸至地上部。在大多數(shù)植物中，根部的鉛含量最高，其次是葉、莖等。

2.3 微生物-植物聯(lián)合修復

微生物修復和植物修復技術具有廣闊的應用前景，但各自均存在一定的局限性。微生物只能影響重金屬在土壤環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化，不能降解和破壞重金屬鉛[14]，在土壤污染修復方面作用有限，將其與植物修復技術聯(lián)合使用，能夠發(fā)揮二者最大的污染修復能力。微生物與植物共生，發(fā)達的菌絲大大提高植物根系對重金屬的吸收能力，促進植物對土壤中鉛的吸收累積，同時，由于真菌對重金屬鉛的較高耐性，可有效降低重金屬鉛的毒害作用，促進植物的生長發(fā)育，提高植物鉛修復能力。另外，高等植物一方面可以提供微生物生長所需的碳源和能源，一方面又可以提供良好的微環(huán)境，刺激微生物對重金屬的轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)語

生物修復作為一種新興的土壤污染修復技術，與傳統(tǒng)的物理化學方法比較，具有易操作、費用低、二次風險低等優(yōu)點，應用前景十分廣泛，雖然該技術已取得很大成功，也有一些成功案例，但仍存在很多問題有待研究。（1）根際微生物群落的生理特征，根系分泌物對其的影響機理，以及重金屬鉛對微生物抑制效應等有待進一步研究。（2）重金屬鉛超常環(huán)境中，微生物-植物-土壤-重金屬鉛四者之間的相互關系有待進一步研究。（3）目前發(fā)現(xiàn)的Pb超富集植物種類少，大多生長緩慢，且生物量少，因此亟需開發(fā)和培育生物量大的Pb超富集植物。（4）目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的Pb超富集植物生態(tài)適應性較窄，需要進一步研究如何提高其生態(tài)適應能力。（5）研究如何利用現(xiàn)代分子生物學技術將現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的鉛超富集植物特種基因置入生物量大的植物中。（6）土壤污染往往表現(xiàn)為復合污染，如鉛污染土壤伴隨有鎘、鋅等多種重金屬同時存在，研究多種超富集植物的組合修復技術是今后的方向之一。

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