茶园生态化建设模式，涵盖茶叶品种、栽培、土壤、生物、植保、肥料等领域。秉承以人类为中心的理性生态伦理学思想，为复兴茶产业而努力。
随着人们对环境问题的日渐重视,土壤污染治理也渐渐进入人们的视野,而重金属污染土壤修复一直是土壤修复工作中的焦点问题,受到人们格外的重视和关注。我国是农业大国而且人口众多,有极大的土地需求量,但随着土壤污染问题的日益严重,我国的土壤污染形势变得非常严峻。
《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国土壤总面积的16.1%受到了不同类型、不同程度的污染,其中无机型污染物居多,约占所有类型污染物的82.8%,我们经常提及的Cd、Hg、As、Pd、Cu、Zn、Cr、Ni等多种污染物点位的超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、1.5%、2.1%、0.9%、1.1%和4.8%。土壤的重金属污染物来源复杂,其主要来源于工业排放的废弃物以及农业生产中长期大量使用的化肥和杀虫剂。
土壤中的重金属污染物具有毒性强、滞留时间久、迁移性弱、隐蔽性强、难以降解且易沿食物链富集等特点。我国土壤污染总面积超2000万hm2,由此导致的年均粮食减产量超过1000万t,造成超200亿元的国家经济损失。土壤重金属污染不仅对环境产生破坏,还会经食物链进入人体,这些元素超过一定的阈值,会干扰生命系统的正常新陈代谢,对健康产生危害。因此,从国家经济发展和人民生命财产安全方面来讲,重金属污染土壤治理工作的推进和落实尤为重要。
生物修复方法是利用生物特有的能力来固定、转化或降解重金属污染物,使生态环境恢复到原来状态,近年来,因其污染小、成本低等特点在土壤修复领域受到广泛关注。
利用植物对土壤进行净化,吸收污染物而不伤及表土,特别是近几年,植物修复方法逐渐兴起。植物修复的效率取决于各种生物过程,例如植物与微生物之间的相互作用(根际过程)、植物的吸收能力、转运和耐受机制以及植物螯合能力等,了解各种形式的植物技术的最新进展将使我们在植物和土壤科学领域的理解更加清晰深入。
1.1植物提取
植物提取又称植物积累,是目前研究较多且发展前景较好的一种修复方法。污染物通过植物根系的过度积累以及污染物在茎叶组织中的储存是植物修复方法去除污染物的机理,收获时污染物会随着植物一起从环境中去除,它还提供了一种通过焚烧植物来回收金属的办法。据统计,对重金属污染有修复效果的植物有750种,其中400多种植物已被证实对重金属有超累积能力。
研究发现:油菜和德国鸢尾对Cd有超累积作用,商陆对Mn有超累积作用,绿叶苋菜和香根草对Pb有超累积作用,海州香薷、三叶草和紫穗槐对Cu有超累积作用,向日葵可以积累Pd和Cd,杨桃和伴矿景天可以积累Cd、Zn。白洁通过为期3个月的盆栽实验对艾蒿修复重金属镉污染土壤的效果进行了探析,发现艾蒿对Cd的吸收率高达5.7%,修复效果显著。在广西平乐县调研的姚诗音课题组发现青葙可以在重金属含量较高的矿区生长,经试验后确定其为Cd的超富集植物。邓华等发现短毛蓼在20mmol/L的Mn供应水平下仍能正常生长,为Mn污染的植物修复的种质资源提供了一个新的借鉴。
1.2植物固定
有的植物能够降低环境中污染物的生物利用度,从而抑制其向食物链的迁移,但其只是将重金属暂时的固定,其总体含量没有削减,不能永久清除重金属,存在一定的局限性。最近研究发现一种被称为红色羊茅的草,在被重金属污染的土壤中具有植物稳定作用,Radziemska使用土壤吸附剂(白云石、高岭土和玉髓石)辅助红色羊茅的稳定化修复减少了土壤中重金属Pb、Zn和Cd的浓度。
1.3植物挥发
植物通过根部吸收挥发性化合物,并将该化合物直接转出或转化为代谢物,这些代谢物能够通过植物的叶子转出植物体,挥发到大气中。该技术主要应用于Hg和Se等易挥发污染元素的修复,挥发后的重金属存留在大气中,易产生二次污染,具有一定的弊端。植物修复虽是一种“绿色环保”的修复方式,具有成本低、易操作、原位修复、环境扰动小、美学价值与修复功能并存等优点,但也有许多不足之处,如修复后对植物的资源化处理仍有隐患存在,没有明确的处理措施,应研发相应的处理方式,对植物的生物能源加以利用;超累积植物通常生长速度缓慢,生物量较小且根系较浅,这就导致了植物修复周期漫长、对深层土壤污染物去除困难等问题;单一植物很难完成对复合污染的修复。因此应该把研究重心放在培育和寻找生物量更大、富集重金属种类更多、累积能力更强的植物上。
动物修复技术是利用动物及其携带的微生物来完成土壤的修复工作。目前对于土壤修复动物研究比较多的就是蚯蚓、鼠类等。敬佩等研究发现蚯蚓能对Cd进行较强的吸附,培养时间越长,富集量越大,其富集系数K的范围值为1.6~49.2。俞协治等对污染区域引入蚯蚓后,提取态Cu含量上升,植物富集Cu的能力增强。动物修复也有一定的局限性。
动物对重金属富集后,部分通过粪便等排泄物又返还给土壤,产生二次污染问题。动物对重金属的浓度都有一定的承受范围,当污染浓度较高时,可先利用其他技术方法降低浓度再用动物修复方法。利用蚯蚓来修复土壤也存在一定的风险,方婧等发现,蚯蚓活动造成的蚯蚓洞能促使重金属渗入地下,对地下水造成污染。
利用本地微生物或遗传工程微生物(细菌、真菌、放线菌等)通过生物累积、氧化还原、重金属溶解及沉淀、生物降解等作用来修复受损土壤。研究发现,许多丝状真菌(木霉菌属、青霉属、曲霉属等)细胞壁具有良好的重金属结合性,对重金属有较强的生物累积性,具有耐重金属胁迫的能力。在Tris-HCl缓冲液中培养菌株Ochrobactrumanthropi,利用其氧化还原反应将六价镉离子转变为三价镉离子,降低镉离子的毒性和迁移性。相关研究也表明,当土壤中Cd的质量分数分别为1、10、100mg/kg时,接种菌根真菌植物对Cd的吸收分别比普通植物高90%、127%、131%。
微生物可用于生物沥浸,利用微生物代替化学试剂用于浸出土壤中的重金属,以往的研究多采用钩端螺旋菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等自养型菌种作为沥浸菌种,其缺点是微生物浸出启动困难、浸出周期长、生长受土壤pH限制(最适合生长的pH为2.0~5.0),崔雨琪等在土壤中分离出一种黑曲霉(aspergillusnigerY9),其生长pH耐受范围更广(pH为3.0~8.0)且可以产生大量草酸、柠檬酸、葡萄糖酸和苹果酸来促进土壤中重金属的解吸,将该菌株接入1%的孢子悬浮液培养2d后加入质量百分比浓度为5%的灭菌土壤泥浆进行处理,在第15d时Zn、Cd、Pb的浸出率达到75%、100%、43%。
微生物在生物稳定修复方面也有应用,在一项研究中,将聚乙烯醇(PVA)与固定化硫酸盐还原菌(SRB)相结合,对湘江流域重金属污染底泥进行处理实验。经X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析表明固定化还原硫细菌(SRB)将重金属转化为稳定的晶体结构,浸出毒性较低,Cu、Zn、Pb和Cd的去除效率分别为76.3%、95.6%、100%和91.2%。通过微生物的生理活动,进行重金属的耐受和去除是一种环保、经济的方法。找到具有耐重金属性和协助植物吸收能力的微生物是该技术的关键。
该技术通过先进的基因工程手段,对现有的生物进行改造,以提高耐受重金属胁迫的能力以及对重金属积累的能力。厉芳将金属硫蛋白基因MT10和降解含硝基化合物基因NSFA导入紫花苜蓿中,并在含铬酸钠和TNT的污染基质中生长,结果显示,转复合基因的紫花苜蓿对污染物的耐受能力提高2~3倍。研究还表明,将mpd基因导入恶臭假单胞菌,构建了高抗7mM的重金属Cd基因工程菌,具有同时修复农药和Cd污染土壤的潜力。
（安根团队摘自刘冬冬等：重金属污染土壤修复技术的研究进展及问题剖析）
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