卜靜

摘 要：近年來(lái)重金屬隨著人類的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)入農(nóng)田土壤中，危害作物生長(zhǎng)，并對(duì)人類的身體健康造成威脅，因此迫切需要進(jìn)行修復(fù)，減輕重金屬的危害。生物修復(fù)是通過(guò)植物、微生物等的生命代謝活動(dòng)將有毒物質(zhì)進(jìn)行分解與轉(zhuǎn)化從而修復(fù)受污染環(huán)境。本文通過(guò)分析重金屬污染農(nóng)田土壤生物修復(fù)技術(shù)主要原理、現(xiàn)狀和進(jìn)展，為合理地利用生物修復(fù)技術(shù)修復(fù)農(nóng)田土壤的重金屬污染提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田重金屬污染；生物修復(fù)技術(shù)；工程實(shí)踐

1 引言

研究表明，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。主要來(lái)自采礦廢渣、農(nóng)藥、廢水、污泥和大氣沉降等，如汞主要來(lái)自含汞廢水，鎘、鉛污染主要來(lái)自冶煉排放和汽車廢氣沉降，砷則被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。

2 農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)植物生長(zhǎng)的危害

重金屬在污染農(nóng)田土壤之后，會(huì)隨著植物生長(zhǎng)遷移到植物體內(nèi)，對(duì)植物產(chǎn)生一定的毒害作用，如引起株高、葉長(zhǎng)、葉面積、分蘗數(shù)等一系列農(nóng)藝性狀指標(biāo)的改變，較高濃度的重金屬含量還會(huì)導(dǎo)致植物葉綠素含量與光合速率的下降。一方面是由于重金屬離子取代原本與生物大分子相結(jié)合的其他重金屬離子，在生物體內(nèi)發(fā)生作用，影響植物生長(zhǎng)和代謝；另一方面是由于重金屬離子誘導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)酶和代謝不利的物質(zhì)，如引起超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）等酶活性下降，以及抑制植物體對(duì) Ca、Mg等礦物質(zhì)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

2.2 農(nóng)田土壤重金屬污染對(duì)人體健康的危害

土壤中的重金屬遷移到植物體后，在農(nóng)產(chǎn)品中積累會(huì)產(chǎn)生鎘大米、重金屬蔬菜等有毒食用產(chǎn)品，這些有毒產(chǎn)品，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，直接對(duì)人體健康造成威脅。1953 年，在日本熊本縣水俁灣發(fā)現(xiàn)第一種重金屬污染疾病“水俁病”，該病由慢性汞中毒引發(fā)，導(dǎo)致患者步行困難、智力遲鈍、視力障礙； 1995 年，我國(guó)河套平原地區(qū)發(fā)生 As 中毒事件，中毒者具有急性腸胃炎、呼吸困難、貧血等癥狀；2010 年湖南郴州發(fā)生鉛中毒事件，患者的機(jī)體免疫力降低、記憶力減退，急性鉛中毒會(huì)嚴(yán)重影響神經(jīng)系統(tǒng)及消化系統(tǒng)的運(yùn)作，嚴(yán)重者可致命。綜上所述，重金屬在人體內(nèi)積累，會(huì)對(duì)人類的健康產(chǎn)生巨大的威脅。為了減少乃至杜絕由重金屬中毒帶來(lái)的病痛，應(yīng)加強(qiáng)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用。

3 重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)

3.1 細(xì)菌修復(fù)重金屬污染

細(xì)菌作為微生物群體中最多的一類微生物，在修復(fù)重金屬污染土壤方面?zhèn)涫荜P(guān)注，其中，在細(xì)菌對(duì)重金屬的耐受性和吸附富集作用等方面的研究比較多。目前，已報(bào)道的能夠修復(fù)重金屬污染的細(xì)菌中，蠟狀芽孢桿菌、蘇 云 金 芽 孢 桿 菌、短小芽孢桿菌、 地 衣 芽 孢 桿 菌等對(duì)重金屬均具有良好的耐受性和吸附性、劉紅娟等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蠟狀芽孢桿菌能夠在鎘濃度 200mg/L的瓊脂平板上快速生長(zhǎng)，證明該菌株在抗鎘污染方面有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)；該菌株在液體培養(yǎng)基中 Cd2+，Cr3+，Pb2+濃度均為 75 mg/L和 Mn2+ 濃度為100mg/L培養(yǎng)時(shí)，菌株生長(zhǎng)正常。曹德菊等利用大腸桿菌（Escherichia coli）、枯草桿菌 、酵母菌 等細(xì)菌對(duì)重金屬離子 Cu，Cd 進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，修復(fù)性能與重金屬含量呈正相關(guān)，土壤中 Cu，Cd 含量越低，微生物修復(fù)效果越好。

3.2 植物修復(fù)重金屬污染

植物修復(fù)是最大程度降低或消除環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的一種環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)，其中植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定仍存在較大的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，目前應(yīng)用最為廣泛的是植物提取修復(fù)。它是指植物通過(guò)自身根系，從土壤中吸收重金屬，并轉(zhuǎn)運(yùn)至植物地上部分，通過(guò)收割降低土壤中污染物的濃度，達(dá)到修復(fù)土壤的目的，包括連續(xù)植物提取和螯合劑誘導(dǎo)性植物提取。

植物修復(fù)關(guān)鍵在于篩選出對(duì)重金屬具有超富集能力的植物，然后根據(jù)污染區(qū)域的污染情況選擇合適的植物進(jìn)行修復(fù)。目前，公認(rèn)的超富集植物為植株地上部中鎘的含量大于100mg/kg，砷、鉻、鈷、鎳、銅、鉛的含量大于 1000mg/kg，錳、鋅的含量大于10000mg/kg，金的含量大于1mg/kg，且在污染區(qū)生長(zhǎng)未受到明顯抑制，地上部分重金屬含量大于其根部重金屬含量的植物目前，發(fā)現(xiàn)的超富集植物有400多種，如十字花科天藍(lán)遏藍(lán)菜是一種鋅和鎘的超富集植物，蕨類植物蜈蚣草是一種砷的超富集植物。然而，已知的超富集植物數(shù)量較少，絕大多數(shù)生長(zhǎng)緩慢，生物量低，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，且為蓮座生長(zhǎng)，不適宜大面積污染土壤修復(fù)。一種有效的改良方式是向土壤中添加螯合劑來(lái)提高土壤中重金屬的有效性，提高植物對(duì)重金屬的吸收量。但螯合劑價(jià)格昂貴，又具有生物毒性，在土壤中不易降解，投加劑量過(guò)高會(huì)使植物的生物量減少；另一方面，重金屬被螯合劑活化后，淋濕的風(fēng)險(xiǎn)增大，對(duì)土壤和地下水易造成二次污染，大面積推廣難度較大。因此，研究者尋求新的高生物量或生長(zhǎng)迅速的植物應(yīng)用到植物修復(fù)中，如紫穗槐 、柳樹、楊樹、毛竹等。

3.3 放線菌修復(fù)重金屬污染

放線菌在土壤環(huán)境中分布廣泛、種類較多、適應(yīng)性強(qiáng)，一些研究發(fā)現(xiàn)，放線菌在修復(fù)重金屬土壤污染方面也占有重要的地位。NIES等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，放線菌在新陳代謝過(guò)程中會(huì)釋放帶有絮凝活性的物質(zhì)，這些物質(zhì)分泌到細(xì)胞外能夠絡(luò)合重金屬形成沉淀物，引起金屬元素的價(jià)態(tài)變化，從而降低重金屬的生態(tài)毒性。AMOROSO等研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬污染土壤中分布著許多抗性鏈霉菌，這些鏈霉菌不僅在重金屬土壤中有很強(qiáng)的耐受性，而且還可以通過(guò)自身作用溶解一些重金屬礦物；并對(duì)銅污染區(qū)的50 株放線菌進(jìn)行了抗 Cu2+ 研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些菌株對(duì) Cu2+的最大耐受濃度可達(dá) 1000 mg/L，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步鑒定，這些抗性菌株為鏈霉菌屬。

4 結(jié)束語(yǔ)

生物修復(fù)技術(shù)對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小、不產(chǎn)生二次污染、經(jīng)濟(jì)有效、綠色環(huán)保，在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，相關(guān)部門要針對(duì)重金屬污染農(nóng)田土壤問(wèn)題進(jìn)行分析，篩選最佳的修復(fù)技術(shù)，制定專門的污染管理機(jī)制，提升修復(fù)效果。

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