重金属污染土壤生物修复技术研究进展
土壤重金属污染是指由于人类活动致使土壤中较高含量的重金属对生物产生毒害作用，并造成生态环境质量恶化的现象。常见的对土壤造成污染的重金属包括锌、铜、铬、镍、铅、镉、汞等元素，它们不仅导致土壤退化、农作物产量和品质下降，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。重金属作为一类危害很大的环境污染物，它所产生的污染过程具有隐蔽性、不可逆性、长期性和后果严重性的特点。因此，土壤系统中重金属污染的治理目前是国际性的难题和研究热点。
土壤重金属污染传统的治理方法通常采用物理、化学的方法，如客土换土法、淋滤法、吸附固定法、热处理法、络合浸提法、氧化还原法、电化学法等。虽然这些方法治理效果较好，历时较短，但往往投资大，难以管理，易造成二次污染，对环境扰动大等。近年来，土壤重金属污染生物修复技术正在兴起。生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。生物修复技术与其他治理重金属污染的技术相比，具有成本低、操作简单易行、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，具有良好的社会、生态综合效益，具有广阔的应用前景。本文综述了植物修复、微生物修复、动物修复等生物修复技术在重金属污染土壤修复方面的研究进展，以期推动国内在这一国际热点领域的研究。
1 植物修复技术
植物修复是20世纪8O年代初期发展起来的环境污染治理技术。1983年美国科学家Chaney首次提出了利用能够富集重金属的植物来清除土壤重金属污染的设想，即植物修复技术。它是一种利用自然界中超积累植物或者遗传工程培育植物系统及其根际微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境中的重金属污染物，或降低重金属的毒性，以期达到清除污染、修复或治理土壤为目的的一种新兴绿色生物技术。根据植物修复的机理和作用过程，重金属污染土壤的植物修复技术主要包括植物提取、植物挥发和植物稳定3种基本类型。
1.1 植物提取
植物提取是利用耐受并能积累重金属的植物吸收土壤环gesep境中的金属，将它们输送并贮存在植物体的地上部分，通过种植和收割植物而去除土壤中的重金属。这些植物有两大类：超积累植物和诱导的积累植物。前者是指一些具有很强的吸收重金属并运输到地上部积累能力的植物；后者则是指一些不具有超积累特性但通过一些过程可以诱导出超量积累能力的植物。超积累植物由于具有很强的吸收和积累重金属的能力，从而在修复重金属污染土壤方面表现出极大的潜力，其对某种重金属的累积量是普通植物的10-500倍以上。植物提取修复技术是目前应用最多、最有发展前景的土壤重金属污染植物修复技术。
1.2 植物挥发
植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中的重金属转化为可挥发态，或者植物将土壤中的重金属吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中，从而净化土壤。植物挥发要求被转化后的物质毒gesep全球节能环保网性要小于转化前的污染物质，以减轻对环境危害。目前在这方面研究较多的是Hg和Se。Se的化合物形态对人的毒性最强，元素Se毒性最小。Se以硒酸盐、亚硒酸盐和有机态硒的形态为植物所吸收。某些湿地植物可清除土壤中的Se，其中单质占75％，挥发态占20％-25％，可通过植物体内三磷酸腺苷(ATP)硫化酶的作用还原成低毒性的CH3SeCH3和CH3SeSeCH3。高毒性的Se(Ⅲ)可被杨麻根系分泌物转变成低毒性的气态甲基硒而挥发。Hg是一种对环境危害很大的易挥发性重金属，在土壤中以多种形态存在，如无机汞、有机汞。高毒汞可经植物气化后变成低毒汞，如拟南芥菜能将Hg变成低毒的单质汞挥发掉。植物挥发修复技术应用于修复重金属污染土壤，能有效去除土壤中的重金属，但只限于挥发性重金属的修复，应用范围较小，而且是将Hg、Se等挥发性重金属转移到大气中，有没有环境风险有待于进一步研究，因此，在采用植物挥发修复技术时应持谨慎态度。
1.3 植物稳定
植物稳定是指植物通过某种生化过程使污染基质中重金属的流动性降低，生物可利用性下降，从而减轻重金属的毒性。植物稳定修复的作用：一是通过根部累积、沉淀、转化重金属，或通过根表面吸附作用固定重金属；二是保护污染土壤不受风蚀、水蚀，减少重金属渗漏污染地下水和向四周迁移污染周围环境。如植物可通过分泌磷酸盐与铅结合成难溶的磷酸铅，使铅固化而降低铅的毒性；植物能使毒性较高的Cr6+转变为基本没有毒性的Cr3+。这类植物一般具有两个特征：一是能在高含量重金属污染土壤上生长；二是根系发达及分泌物能够吸附、沉淀或还原重金属。值得注意的是植物稳定修复并没有从土壤中将重金属去除，只是暂时将其固定，当土壤环境发生变化时重金属仍可能重新活化并恢复毒性，因而，没有彻底解决重金属污染问题。重金属污染土壤的植物稳定修复是一项正在发展中的技术，若与原位化学钝化技术相结合可能会显示出更大的应用潜力。未来的研究方向可能是耐性植物、特异根分泌植物的筛选，以及稳定修复植物与原位钝化联合修复技术的研究。
2 微生物修复技术
微生物在被污染土壤环境去毒方面具有独特作用已被用于进行土壤生物改造或土壤生物改良，高效微生物降解活性就地净化污染土壤。可用于重金属修复的微生物主要是土著的真菌(酵母)和细菌。不同类型微生物对重金属污染的耐性也不同，通常为真菌>细菌>放线菌。微生物修复易受各种环境因素的影响，温度、氧气、水分、pH等均可影响微生物活性从而影响修复效果。每种微生物菌株对影响生长和代谢的生物因子都有一定的耐受范围。如果某一环境中有几种参与生物修复的微生物，就比在同一环境中只有一种修复微生物的耐受范围要宽。但如果环境条件超出了所有定居微生物的耐受范围，微生物的修复作用就会停止。微生物修复在具体实践中也有一定的局限性：如某些微生物只能降解特定类型污染物；有些情况下不能将污染物全部去除，微生物／酶制剂可能带来次生污染问题，并对自然生态过程产生一定影响；加人到修复现场环境中的微生物可能由于竞争或难以适应环境而导致作用结果与实验结果有较大出入。另外，该方法相关文献报道较少，也缺乏进一步的试验研究，且微生物修复土壤的能力有限，它只能修复小范围的污染土壤。
3 动物修复技术
动物修复是利用土壤中的某些低等动物(如蚯蚓)能吸收土壤中的重金属这一特性，通过习居的土壤动物或投放高富集动物对土壤重金属吸收、降解、转移，以去除重金属或抑制其毒性。动物修复的生理基础包括：①生物体内普遍存在一种金属硫蛋白，能与重金属结合形成低毒或无毒的络合物；②生物体代谢产生一些富含一SH的多肽(如Pc)。能与重金属螯合，从而改变其存在状态；③生物体内存在多种编码金属转运蛋白的基因(如最早克隆的Zn转运蛋白基因和Fe转运蛋白基因)，这些基因编码的转运蛋白能提高生物对金属的抗性。
动物修复在国外有较长的研究史，国内研究则处于摸索阶段。它包括将生长在污染土壤上的植物体、果实等饲喂动物，通过研究动物的生化变异来研究土壤污染状况，或者直接将土壤动物，如虹蝴、线虫饲养在污染土壤中进行有关研究。Wang等研究表明，在较低Cu浓度污染土壤的条件下，蛆蛆的活动、分泌物及其相互间的作用可以提高黑麦草对重金属Cu的吸收效果。Czamowaka等对华沙交通要道附近3个草坪采集土壤和蚯蚓进行测定，可知蚯蚓对Zn和Cd有良好的富集作用。陈志伟等用威廉环毛蚯蚓进行试验，发现向土壤投加Hg10mg／ks，蚯蚓能存活；投加As100～300mg／kg及同时投加Cd、Cu、Pb各10、300和300mg／kg，蚯蚓已不能成活，蚯蚓对重金属的富集系数以As为最大，其次为Cd、Hg、Cu。由此可见，在重金属污染的土壤中放养蚯蚓，待其富集重金属后，采用电激、清水等方法驱出蚯蚓，集中处理，对重金属污染土壤是一种经济有效的土壤生态恢复措施。
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