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user: 3. 土壤重金属污染的生物修复 生物修复技术主要是利用生物的生命代谢活动来减少环境中对人体有毒有害物质的浓度或者使其转化为对环境完全无害的物质，因其较传统修复方法而言有更多的优点，故具有广阔的应用前景 [ 9 ] 。本文主要对生物修复技术中的植物修复、微生物修复以及二者的联合修复技术进行阐述。 3.1. 植物修复技术 植物修复主要是利用可超富集重金属的植物吸收、积累环境中的污染物，并降低其毒害的环保生物技术。主要包括植物提取，植物稳定或固化和植物挥发 [ 10 ] 。 3.1.1. 植物提取修复 植物提取的概念，是由Chaney在1983年首次提出来的，主要依靠超积累植物来进行 [ 11 ] 。超积累植物是指能够超量吸收和积累重金属的植物，因其具有富累重金属、污染地生长旺盛、富集质量分数界限不同等特点，一般只生长在矿山区、成矿作用带或者由富含某种或某些化学元素的岩石风化而成的地表土壤上 [ 12 ] 。据统计，目前世界范围内超积累植物的种类可达700多种，其中，部分研究成熟的超积累植物也被成功地应用于实践修复。早在上个世纪，我国就已经开展了利用耐重金属植物进行矿山尾矿地植被恢复的实验研究，确定了一些矿山尾矿地影响植物定居的主要因素，并建立了植被重建技术 [ 13 ] [ 14 ] 。同样于90年代的美国，环境科学家Chaney等在明尼苏达州圣堡罗遭受Cd污染的土地上种植对Cd有富集作用的曼陀罗属植物，并在努力3年以后得到了很好的效果，最终给本已荒废无用的土地带去了生机 [ 15 ] 。 随着科学技术的不断发展，除了运用成功的超积累植物外，越来越多具有潜在修复能力的超积累植物也在用于实践修复的研究中看到了曙光。这些具有潜在修复能力的超积累植物不仅对某一种重金属具有富集作用，有的还能同时对两种及以上的重金属进行吸收、转化和富集。例如：在铜和钴的超积累植物中，有12种对两者都有超富集能力，但目前还并没有发现具有广谱重金属超积累特性的植物[ 4 ]。此外，林昕、高建培等人在研究油菜对镉、铅复合污染土壤修复潜力后发现，油菜能通过降低抗坏血酸含量和改变酶系活性来减轻镉和铅得复合污染对自身的毒害，并对其有一定的富集作用，可作为镉、铅复合污染土壤的高生物量修复植物 [ 16 ] 。况武、田伟莉、高全喜等人还对白三叶在铜、镉、铅复合污染土壤修复上的应用进行了研究，结果发现，白三叶也能同时富集污染土壤中的铜、镉、铅，且富集量可观。加之白三叶牧草的特性，是一种修复效果好，适用范围广的超富集植物 [ 17 ] 。 3.1.2. 植物稳定或固化修复 植物稳定或固化修复是指植物通过根系的吸附作用或产生根系分泌物，使污染基质中金属的流动性降低，生物可利用性下降，从而减轻有毒金属对植物的毒性的修复方法 [ 18 ] 。在自然界中，植物为了保证正常生长不断从土壤中汲取养分，但与此同时，生物有效性重金属也被植物通过根部直接吸收，并产生根系分泌物来调控植物根际微环境。整个过程中重金属的有效性发生了改变，同时还降低了溶解态化学污染物在土壤中的流动性，将污染物稳定在污染土壤中，防止污染物在土壤中迁移和扩散 [ 19 ] 。敖子强，熊继海等人对植物稳定技术在金属矿山废弃地修复中的利用进行了研究，结果发现，植物稳定技术不仅能尽快在金属矿山废弃地上重建植被，提高植被覆盖率，减少水土流失，还能将金属矿山废弃地的重金属稳定下来，防止了重金属的迁移扩散带来更大范围的污染 [ 20 ] 。 对于进行固化修复的植物选择，应该满足能忍耐高含量污染物、根系发达且为多年生植物的要求，它们通过在根部的累积和沉淀或根系吸收重金属来增加对污染物的固定。例如：瑞典学者Wang和Greger研究发现，柳树的根部能积累大量的汞，而且和其它植物如豌豆、小麦、苜蓿以及油菜等相比，其叶面未有向大气释汞的现象。因此，虽然柳树无法作为上述提取修复中理想的超积累植物，但由于其生物量大、且根系发达，可以被用于土壤中汞的稳定化修复 [ 21 ] 。 3.1.3. 植物挥发修复 植物挥发修复主要指利用植物将土壤中的重金属吸收到体内，并在植物体内经过一系列反应转化为气态物质排放到大气中的修复方法。此方法虽然能够达到减轻土壤污染的目的，但由于其只适用于具有挥发性的重金属，所以应用的范围较小，目前利用此方法研究最多的重金属元素主要有硒、汞和砷等 [ 2 ] 。Meagher R B通过研究指出，烟草能使毒性大的二价汞转化为气态汞；Banuelos G S等也经过研究发现，洋麻可以使土壤中47%的三价硒转化为甲基硒挥发去除 [ 5 ] 。因此，对于具有挥发性的重金属，利用植物的挥发修复还是可以达到很好的修复效果。 但在修复过程中，由于重金属物质被转化为气态物质排放到大气中，就可能又对大气造成二次污染。所以，在使用植物挥发修复污染土壤时保持一个谨慎的态度是很有必要的。相比于前两种修复方法而言，此方法的适用条件、应用范围都受到了一定的限制，故对于重金属污染土壤的植物修复，植物提取和固化是实际生产生活中更为常用的一种方法。 3.2. 微生物修复技术 微生物活动可以通过影响植物的根系分泌和吸收等过程，来影响土壤对重金属的吸附和价态，降低重金属的生物有效性，进而达到修复污染土壤的效果 [ 22 ] 。微生物修复所遵循的原理主要包括生物吸附和生物氧化、还原两个方面的内容。所谓生物吸附，是指土壤中的重金属被生物体吸附的过程，而生物氧化、还原则是利用土壤微生物改变重金属离子的氧化、还原态来控制土壤中重金属的含量 [ 23 ] 。实际运用过程中主要是利用上述原理，采用原位微生物修复和异位微生物修复两种方法来进行。与传统的修复方法相比，微生物修复具备费用低廉、处理形式多样、二次污染问题小等优点，具有广阔的应用前景。 3.2.1. 原位微生物修复 原位微生物修复不需将污染土壤搬离现场，直接向污染土壤投放N、P等营养物质和供氧，促进土壤中土著微生物或特异功能微生物的代谢活性，降解污染物 [ 24 ] 。同时，为了增强微生物的降解能力，强化处理效果，常采用生物通气、泵处理工艺等工程化措施来进行。 泵处理工艺简称P/T工艺，主要用于修复受污染的地下水和土壤，处理方法较为简单，费用较省，适用于受污染面积较大的区域；而生物通气工艺一般是在受污染的土壤中至少打两口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行通入再抽出。此工艺有助于通过真空或加压进行土壤曝气，使土壤中的气体成分发生变化，常用于被地下储油罐泄漏污染的土壤 [ 2 ] 。 3.2.2. 异位微生物修复 异位微生物修复是利用微生物手段异位治理各种土壤污染的一种方法，主要的工艺类型包括堆肥化处理、挖掘堆置处理等 [ 25 ] 。堆肥是有机废弃物资源化的产物，利用堆肥修复土壤的金属污染有着重大意义。堆肥可通过直接与金属产生氧化还原作用、沉淀作用、吸附作用或间接改变土壤理化性质如酸碱度，氧化还原电位等来降低土壤金属的生物有效性和移动性 [ 26 ] 。此工艺是自然界废物循环利用的又一种诠释，是经济有效处理和消纳城市固体废物的重要途径。挖掘堆置处理工艺主要为了防止污染物向地下水或邻近土壤扩散，所以将受污染的土壤经过挖掘、运输、处理后再运回原地。这种技术可以在土壤污染前期限制污染物的扩散和迁移，在极大减小受污染范围方面起到了很好的控制作用。 3.3. 植物-微生物联合修复技术 在重金属污染土壤的联合修复技术中，植物—微生物的联合可谓是最常见的组合，它将植物修复和微生物修复各自的优势进行组合应用，二者在实际生存生长中互利共生，相互促进。一方面，联合修复中的植物能为微生物提供充足的养分，使其能够旺盛生长；另一方面，微生物在生长的过程中通过自身的酶和其他分泌液来加强植物对土壤中重金属的修复效果。 此联合修复技术自提出以来便被给予高度重视，现阶段在国内外都是重金属修复中的热点技术，并且在经过科学家们的不断努力后也取得了不错的成就。杨卓、王占利、李博文等在研究了微生物对植物修复重金属污染土壤的促进效果后发现，巨大芽胞杆菌和胶质芽胞杆菌的混合微生物制剂不仅可以促进超富集植物的生长，增强超富集植物对土壤Cd、Pb、Zn的吸收，而且大幅度提高了植物的修复效率 [ 27 ] 。陈苏、陈宁、晁雷等研究了土霉素、镉复合污染土壤的植物-微生物联合修复，结果表明，土霉素降解菌有利于提高植物生物量，促进孔雀草、紫茉莉对镉吸收并提高紫茉莉对镉的富集系数 [ 28 ] 。植物-微生物联合修复法作为重金属污染土壤修复技术中环境友好型的代表是很具有发展前景的，但由于此法的难点是构建更好的修复组合，因此在努力运用于实际的同时还需要投入更多的时间、精力和成本使修复技术的内容更加丰富。