因污染物修复主体的不同,有机污染物污染土壤生物修复技术可分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术及其联合修复技术。其中污染土壤微生物修复技术是土壤污染生物修复的重要技术之一,也是最具应用和发展前景的生物修复环保技术。

 

　　土壤有机物污染的修复日益迫切

 

　　土壤污染成为全球性的主要环境问题之一(骆永明等,2005;杨勇等,2012)。现代农业的出现改变了自然界原有状况,为追求高产优质,导致水肥和化学农药的大量使用,除此之外,在工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等工农业生产生活过程中也会排出大量有机污染物,如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)及抗生素(ATBs)等,使土壤有机物污染进一步加剧(Song等,2013;高园园和周启星,2013;李伟明等,2012;肖文丹等,2012;张杏丽和周启星,2013;邹威等,2014)。土壤有机物污染的修复日益迫切。

 

　　因此,开展污染土壤修复活动,促进土壤的保护和可持续利用,对实现社会经济可持续发展具有重要作用和意义。

 

　　1土壤污染的修复

 

　　土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。包括污染土壤的物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术 3 种方式。

 

　　在污染土壤修复技术中,生物修复技术因其安全、无二次污染及修复成本低等优点而受到越来越多的关注.....

 

　　土壤污染修复的研究起始于 20 世纪 70 年代后期,在过去的近 40 年时间里,欧、美、日、澳等国制定了大量的土壤污染修复计划,投资研制了很 多土壤污染修复相关的技术及设备,积累了大量污染现场修复技术及工程应用经验,成立了众多的土壤污染修复公司与组织,使土壤污染修复技术研究与应用得到了快速发展。

 

　　我国的土壤污染修复技术研究起步较晚,直到“十五”期间才受到足够重视,并列入国家高技术研究发展计划领域(骆永明,2008),研究水平与应用经验同美、英、德、荷等国有很大差距。为了顺应土壤保护和土壤环境科学发展的需求,国家自然科学基金委员会等国家相关部委有计划地设置了一些土壤污染修复研究计划与专题,极大地促进与带动了国内土壤污染控制与土壤污染修复技术的研发。此间,以土壤污染修复为主题的国内系列学术活动也为我国土壤污染修复技术的研发起到了很好的引领与推动作用,土壤污染修复理论与技术成为土壤科学、环境科学研究的新内容。

 

　　土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。同物理修复和化学修复方法相比,生物修 复具有可基本保持土壤理化性质、污染物降解彻底、处理费用较低和应用广泛、不易产生二次污染、适应于大面积土壤污染的修复等特点。生物修复由于具有低耗、高效、环境安全及纯生态过程等的显著优点,成为土壤环境修复的最活跃的研究领域。

 

　　根据土壤受污染的类型,可以将污染土壤的生物修复分为无机污染(如重金属等)土壤和有机污染(如农药、石油、抗生素等)土壤的生物修复两大类。其中,有机污染土壤的生物修复是目前污染修复研究的热点领域,接下来重点介绍有机污染土壤生物修复的研究进展及相关修复机理。

 

　　2有机污染土壤生物修复技术

 

　　生物修复技术(Bioremediation)的研究始于20 世纪 80 年代中期,到 20 世纪 90 年代开始有了成功应用的实例(Wilson 和 Jones,1993)。

 

　　广义的土壤污染生物修复是指通过土壤生物(包括植物、动物及微生物单独作用或联合作用)吸收、降解和转化土壤中的污染物,使土壤污染物含量降低或将有毒有害物质转化为无害物质的过程(陈坚,2000;王翔等,2012)。生物修复分为微生物修复、植物修复和动物修复 3 种,并以微生物修复及植物修复的研究和应用最为广泛。

 

　　狭义的土壤污染生物修复特指微生物修复,即通过微生物将土壤有机污染物作为碳源和能源,将其分解为 CO2 和 H2O 或其他无害物质的过程(黄艺等,2009;张从和夏立江,2000)。

 

　　2.1有机污染土壤的植物修复技术

 

　　土壤污染植物修复研究进展

 

　　自 20 世纪 80 年代问世以来,植物修复技术研究迅速发展(Arthur 等,2005;Jayanthy 等,2014;Mitton 等,2012;李廷强等,2011;骆永明,1999)。

 

　　植物修复(Phytoremediation)是指通过利用植物忍 耐或超量吸收积累某种或某些化学元素的特性,或利用植物及其根际微生物将污染物降解转化为无毒物质的功能,利用植物在生长过程中对环境中的某些污染物的吸收、降解、过滤和固定等特性来净化环境污染的技术。

 

　　包括利用植物积累/超积累功能的植物吸取修复(Ma 等,2001;Whicker 等,2004)、 利用植物根系控制污染扩散及恢复生态功能的植物稳定修复(Mendez 和 Maier,2008)、利用植物代谢功能的植物降解修复(Newman 和 Reynolds,2004)、利用植物转化功能的植物挥发修复(骆永 明,1999)、利用植物根系吸附功能的植物过滤修复(骆永明,1999)等。能利用植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、 放射性核素等(Ma 等,2001;Sun 等,2011;Whicker等,2004;Zhang 等,2012),并形成了包括络合诱导强化修复(Roy 等,2005)、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套技术(骆永明,2008)以及纳米-植物联合修复技术(高园园和周启 星,2014)等。

 

　　植物修复技术的关键在于选择具有高产及高去污能力的植物,弄清植物生长对土壤及其生态环境的适应性

 

　　(Cunningham,1997;Jayanthy等,2014;Mitton等,2012;杨红军等,2012;张弛等,2012)。

 

　　有机污染土壤植物修复原理

 

　　在有机污染物的植物修复中,有机污染物的理化性质、环境条件、植物种类等都影响着修复效果。 植物对土壤有机污染物的修复原理有 3 种

 

　　(Hathaway,1989;Whicker 等,2004;桑伟莲和孔 繁翔,1999)。

 

　　(1)植物对有机污染物的直接吸收分解与蒸腾作用:一般来讲,植物从土壤中直接吸收有机污染 物,将其代谢分解,并经过木质化作用使其成为植 物的一部分,如木质素等,储藏于植物细胞的不同位点;或通过矿化作用使其彻底分解为 CO2 和 H2O; 也可以利用植物的挥发作用去除土壤中有机污染物(Schnoor 等,1995);还有的可以通过植物叶子的蒸腾作用释放到大气中去。

 

　　研究表明,污染物经根直接吸收取决于其在土壤中的浓度和植物的吸收率和蒸腾率,而蒸腾作用是决定植物修复中吸收 速率的关系变量,它又与植物的种类、叶面积、养 分、土壤水分和风力条件以及相对湿度有关。土壤中有机污染物的种类、浓度,植物种类、叶面积、 根结构、土壤养分、水分、风力、相对湿度等均影响着土壤中有机污染物的直接吸收(桑伟莲和孔繁 翔,1999)。

 

　　(2)植物根系分泌物(包括一些酶类)到土壤中,加速土壤的生化反应,促进有机污染物的修复: 植物根系能分泌一些营养物质,如糖类、醇、蛋白 质等,供土壤微生物生存;植物根系还能分泌一些 特殊的化学物质,如有机酸等,可以改变土壤的 pH等,从而有利于污染物的分解。

 

　　研究表明,根系(根 须)发达的植物能促进根际微生物对除草剂等有机污染物的吸附、降解,植物根系释放到土壤中的酶也可以直接降解有机污染物。

 

　　此外,植物死亡后释放到环境中的酶也可继续发挥分解作用。已有科研工作者利用植物根系中的硝基还原酶对含硝基的有机污染物进行降解的报道(Macek等,2000), 相似的研究也发现了植物根系中的脱卤素酶和漆酶,可被用来降解含氯有机污染物。

 

　　虽然植物酶在各种杀虫剂等外来有机物在植物细胞内降解过程中起很重要的作用(Macek等,2000),但植物修复还是需要依靠整个植物系统来完成,植物的生长可以中和土壤 pH,吸着或螯合重金属,酶被保护在植物体内或吸附在植物表面,不至于受到损伤, 因而能较长时间保持降解土壤中有机污染物的活性。

 

　　美国 EPA 实验室从淡水沉积物中鉴定出来自植物的 5 种可以分解相关有机污染物的酶:脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶。

 

　　因此,在筛选新的降解植物或研究有机污染物降解机理的时候需要关注这些酶系,并且注意发现新酶系。