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《解磷微生物修复土壤重金属污染研究进展》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2018-06-14

  • 土壤重金属污染问题日益严重，具有普遍性、隐蔽性、表聚性、不可逆性等特点，已经成为环境污染治理中的热点、难点问题。解磷微生物能够依靠自身的代谢产物或通过与其他生物的协同作用，将土壤中的难溶性磷转化为可供植物吸收利用的磷，具有多重植物促生长功能和重金属解毒能力，可在重金属毒害水平下，促进植物生长、提高植物抗病能力、克服重金属对植物生长的不利影响，从而增强重金属修复植物的生存竞争力。从解磷微生物的研究现状入手，介绍了解磷微生物对土壤重金属污染的修复能力，综述了解磷微生物对土壤重金属污染修复的作用机制，分析了目前解磷微生物在重金属修复过程中存在的问题，并提出了今后研究的方向，为重金属污染土壤的修复提供了新思路。

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  • 《土壤重金属污染修复研究进展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-08-22
    • 摘要：本文主要概括分析了当前土壤中重金属的污染实际情况，并深入研究了各项修复处理技术，为更细致全面地掌握各项修复处理技术，今后更好地开展土壤中重金属的污染修复提供技术参考。 关键词：土壤；重金属；污染；修复 过量的重金属元素进入土壤环境，导致了多种多样的生态环境问题，并威胁着动植物及人类的健康。伴随着土壤中重金属的污染问题日益加剧，社会各界对此问题的关注度逐渐提高，对土壤中重金属污染修复工作提出更高的要求。鉴于此，本文主要对土壤中重金属的污染修复处理技术进行综述分析，望能够为相关工程管理专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或依据。 1 现状分析 目前国内土壤重金属的污染中，含量超标重金属元素主要包括：镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等。过量重金属不仅会破坏土壤生态平衡，造成土壤退化，威胁粮食安全，而且会通过食物链威胁人类的身体健康。如发生在湖南的镉大米事件和铅中毒事件，日本神通川流域的骨痛病事件等。近期我国所发布的土壤污染现状调查分析报告中显示，镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)等重金属点位实际超标率各为：4.7%、0.8%、2.0%、2.6%、1.5%、1.4%、6.9%、1.0%。2016年，我国国务院发布土壤污染问题防治行动的计划中明确指出，注重重点区域内土壤污染问题防治工作，必须加大对重金属污染农田专项防治工作力度。 2 修复技术研究 2.1 物理修复技术 2.1.1物理工程专项修复技术 常见方法包括：深耕翻土、换土、去表土、客土等。客土，指将未受到重金属污染的新土壤完全覆盖于被污染土壤上层；去表土，指将已被污染表层土移去；换土，指将污染土壤移除掉，将未被污染土壤填入其中；深耕翻土，指把表面被污染土壤翻到底部；以上方法当中，只有前三种适用于重度污染区域；深耕翻土修复技术工程量相对较小一些，适用于重金属轻度污染区域。物理工程专项修复技术，其适用于受重金属污染面积较小的土壤区域。若被污染土壤的面积相对较大，不仅修复的费用投入较多，且已被污染土壤处理将成为全新环境污染的源头，往往是很难达到治标治本作用。 2.1.2电热修复技术 电热修复技术，主要指借助高频电压产生电磁波，提高土壤温度，将土壤中易挥发性的污染物解吸出来，再做凝结采集处理等的一种修复技术。目前该修复技术适用于土壤受Hg、Se等易挥发性重金属重度污染区域内使用，虽具有较好地修复处理效果，但费用相对较为昂贵，且工程量巨大。 2.1.3电动修复技术 电动修复技术，主要指土壤中重金属离子在电场作用下，以电渗透或电迁移等方式向电极方向移动，重金属离子在电极处富集，再借助离子的沉淀、电镀等手段集中处理的一种修复技术。该项技术属于原位修复技术，比较适用于黏土和淤泥土等较低渗透的土壤区域，实际修复效果通常会受土壤Ph、组分、缓冲性能等理化指标的影响。实验室借助该项修复技术针对重金属单一离子污染溶液进行模拟试验，效果相对较好。 2.2 化学修复技术 2.2.1化学萃取修复技术 化学萃取修复技术，主要是通过化学试剂将被污染土壤中重金属自固相逐渐转移到液相中的一项修复处理技术。但是，该项修复技术在实际操作方面相对较为复杂，且费用相对较高，极易出现二次污染情况。故需采用萃取性能极佳，且不会对土壤结构产生破坏作用的经济型萃取剂，这是今后研究的重点及热点问题。 2.2.2离子拮抗修复技术 在土壤中某些重金属的实际含量若相对较高，为更好地抑制其生物有效性，一般会通过添加一些其它的物质，以达到离子拮抗修复作用，如锌(Zn)、镉(Cd)等化学性质较为类似的金属物质，把适量的锌(Zn)加入至镉(Cd)含量较高的土壤中，是针对土壤受镉(Cd)严重污染最佳的一项修复技术。在土壤中加入适量的NH4+可以抑制重金属的生物有效性，但大量 NH4+和酸存在时也会改变重金属的化学形态和迁移，易造成二次污染。 2.2.3化学改良修复技术 化学改良修复技术，主要指向土壤中添加适量化学改良剂，促使土壤理化性质发生变化，提高土壤对重金属吸附、鳌合能力，从而降低重金属的生物有效性。海藻、木质素的物料、硫磺粉、石膏、石灰等提取物质及腐植酸肥均为常用改良剂。但是，大部分改良剂均会存在一定的限制范围，如天然矿物质改良剂储存量对大面积被污染土壤的修复有着一定限制；无机废气物质改良剂可抑制植物的生长，影响土壤的氮循环及微生物的呼吸等；有机固体废弃物相应的改良剂，会导致土壤中一些重金属可提取态的含量有所增加；天然提取类高分子化合物，该种改良剂通常还会诱发植物中毒情况。生物炭（bio）是一种新型的土壤修复材料，是生物质在缺氧环境中，经过高温热裂解后形成的性质较为稳定且富含炭的材料。生物炭的空隙结构相对较好，具有相对较大的比表面积和丰富的含氧官能团，且可以长期稳定地存在于土壤中，因此生物炭可以作为良好的土壤修复剂，尤其是对土壤中重金属具有较强的吸附固定能力，在降低重金属的生物有效性等方面具有广阔的应用前景。 2.3 生物修复技术 2.3.1微生物化修复技术 微生物修复技术，主要借助土壤中的藻类、菌类等各种微生物，其能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物，从而固定土壤中重金属，微生物还可以改变根际微环境，降低重金属的毒性，提升植物对于重金属实际去除率。 2.3.2植物修复技术 植物修复技术主要是借助重金属超富集植物吸收、降解、转化并固定土壤中重金属的一项修复技术，包括植物稳定、植物挥发及植物提取等。植物提取，指植物利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并逐渐转移至植物地上部分，通过收割植物地上部分集中处理，去除掉土壤中的重金属的一项修复技术。但是，绝大多数超富集植物的生物量相对较小、生长缓慢，且机械化操作存在一定难度系数。故该项修复技术比较适用于小区域污染的土壤修复中；植物挥发，主要借助植物根系分泌的一些特殊物质，不断吸收土壤中重金属，将其转化成气态释放出去。但是，该项修复技术只能把重金属自固相逐渐转化为气相，极易出现二次污染。植物稳定，主要指通过植物根系的吸收、还原作用，降低土壤中重金属的生物有效性，逐渐惰化重金属，固定于根系或根际土壤中，降低对人类健康的污染风险。 2.4 联合修复技术 因单一修复处理技术均有一定的优缺点。目前，多种修复处理技术的联合使用被广泛应用于实践工作中。常见的联合修复处理技术包括：化学改良剂联合植物修复处理技术、电动联合植物修复处理技术、微生物联合植物修复处理技术、基因工程联和植物修复技术等，需广大土壤修复科技工作者能够结合实际修复处理要求及标准予以科学合理地选择，以便于提升土壤重金属污染的修复处理效果。 3 结语 通过以上分析论述，我们对土壤中重金属的污染实际情况及各项修复处理技术等，均有更深层次地认识及了解。为了能够更好地应用各项修复处理技术，开展土壤中重金属的污染修复工作，还需广大技术工作们能够多参与到实践工作中去，多积攒更为丰富地实践工作经验，以便于充分发挥各项修复技术应用优势，确保土壤中重金属的污染修复工作高效进展。
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  • 《生物修复技术在重金属污染土壤中的应用及发展》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-20
    • 摘要：近些年，因为各方面原因导致我国很多地区的土地重金属含量严重超标，其不仅给人民群众的生命安全造成了严重的影响，还会干扰到农村发展的进程，这些情况都在说明解决重金属污染问题已经迫在眉睫。据此，本文将从生物修复技术在重金属污染土壤治理的实际应用入手研究，并对其未来的发展方向进行展望，以期能够为如今的相关研究部门的生物修复技术的开发和研究提供一些理论基础，进而促进我国重金属污染土壤的治理工作。 关键词：生物修复技术；重金属污染；应用；发展 前言：随着社会经济的不断发展，如今的社会对于各方面地需求也在日趋上升，但同人们地需求一同上升的却是如今的环境污染问题也在日趋严重，大量的工业“三废”的排放、农药化肥的不合理使用等等问题，都导致了如今土地环境中各方面重金属的含量严重超标。其不仅会对人们的身体健康造成严重的影响，还会导致可耕种的土地范围也在日渐缩小，所以对土地重金属含量超标这一问题进行治理已经是如今迫在眉睫的一个严峻问题。 一、重金属污染土壤的现状： 现如今，很多地区土壤的重金属污染都是由于人类的日常生产活动做造成的。过去人类所造成的重金属污染没有超过自然界的自我净化能力，所以没有显现出太多的问题，但随着社会的不断发展，人们对于各方面的需求也在不断的上升，而有需求就会有生产，需求量越大，生产量也就越多，但人类的生产与生活常常都是伴随着污染产生的，随着需求量越来越多，造成的污染也就越来越多，最终超过了自然界的自我净化能力，致使出现土壤污染问题，最终对人们的生命健康和农业生产造成了极大的负面影响。而且相对于其他污染来说，重金属污染更加普遍和隐蔽，其在污染初期并不容易被人们所发现，只有在污染问题积累到一定程度以后，才能够被人们所发现，但这个时候已经有些为时已晚，自然界已经无法对其进行自我净化作用，只能通过人类自身的各种方法来对其进行治理工作。据有关部门研究发现，当前我国被污染的土壤面积已经超过了5000万亩，这些被污染的土壤中超标的重金属元素主要有汞、镉、铅、铬、锌、铜等，并且随着时间的推移，土壤重金属污染的情况还在不断的加剧，如不及时对这些已经被重金属污染的土壤进行治理工作，那么就会对我国的生态环境造成严重的危害，进而危害到人们的生命健康[1]。 二、生物修复技术在重金属污染土壤中的应用： 所谓的生物修复技术，就是指那些利用生物的生命代谢活动来将土壤中所蕴含的各种有毒有害物质进行消除或者是进行无害化处理的技术。而现如今，生物修复技术主要分为植物修复技术、微生物修复技术、动物修复技术三大类。相对于其他的重金属污染治理技术来说，生物修复技术有着修复时间短、对周围环境不会造成太大的干扰，修复效果比较明显等优点，所以在如今被广泛的应用于各种重金属污染污染的治理之中。 （一）植物修复技术： 所谓的植物修复技术，就是直接利用其各种绿色植物及其共生的微生物系统来对已经被重金属污染的土壤进行吸收、富集作用，进而有效改变土壤重金属污染的一种新兴环境治理技术。在实际应用过程中，用超富集作用植物修复技术主要分为植物吸收、植物挥发以及植物稳定三大类：其中植物吸收就是植物利用自身的根部来发挥出超富集作用，进而对各种重金属元素通过根部进行吸收，再从根部进行转移，转移到植物的地上部分，最终达到消除、降低土壤内部重金属元素含量的目的；而植物会发则是指植物在生长生存过程中，通过自身的转化作用，将土壤中所积累的各种重金属元素转化成为可挥发的形态，最后从植物的地上部分将其进行挥发，以此来起到降低和消除土壤中的重金属元素含量的目的；至于植物稳定则是指利用植物来降低土壤中的各种重金属元素的活性，进而实现降低重金属的危害性的目的[2]。如今植物修复技术已经被广泛的应用于如今的重金属污染土壤治理过程中，并取得了很多喜人的效果。例如水生植物凤眼莲可以对土壤中的汞、铅、镉、铜、砷都有着良好的富集效果。 在例如印度芥菜也同样可以应用于重金属污染土壤的治理当中，其对于各种重金属的富集效果也非常良好，由此可见在如今的重金属污染土壤中应用植物修复技术进行重金属治理是一种非常好的方法。 （二）微生物修复技术： 微生物修复技术，就是选择那些自然界已有的或者人工培育后的有着各方面特性的微生物，然后利用其生命代谢活动，对土壤中所蕴含的各种重金属元素进行转化、降解，进而起到降低重金属元素活性或者进行消除的作用。据科学研究发现，微生物对于重金属污染土壤治理主要是通过两种机理来进行的。其一是微生物通过生物代谢活动来对重金属元素的形态进行改变，以此来降低重金属元素的毒性的作用；其二则是微生物通过自身的生物代谢活动来对土壤中所蕴含的各种重金属元素的价态进行改变，将重金属元素转变成为一种易溶物，进而可以轻易的将其从土壤中进行滤除工作，以此来实现降低土壤中重金属元素含量，改善土壤生态环境的目的[3]。如今，世界上对于微生物修复技术的研究也同样取得了很大的成效。例如在国外，有很多学生都曾经利用微生物修复技术的第二种机理来将重金属元素从土壤中进行分离工作，由此可见微生物修复技术在却是可以在实际重金属污染土壤治理过程中进行应用。而在我国，也同样有很多专家学者在进行相关的微生物修复技术的研究工作。例如牛旭等人曾经研究过微生物能耗改变矿区的的特性，进而将矿区改变成为种植区进行过相关的研究工作。而对于矿区的土壤来说，其中蕴含着很多难以通过自然界的净化作用来进行降解的腐殖质，这些腐殖质的存在不仅会影响到土壤的整体结构，还会对土壤的疏松度造成一定的干扰，这些都矿区转化成为种植区的阻碍坐在。但通过对微生物修复技术的研究发现，微生物修复技术不仅可以对这些腐殖质进行降解作用，还能够积累土壤中所蕴含的有机质，进而起到改善土壤整体结构的同时，实现积累土壤肥力的作用。 （三）动物修复技术： 所谓的动物修复技术，就是利用土壤中本身便存在的各种动物及其肠道中现有的微生物，在自然条件下或者人工条件下、促使其这些动物及其体内的微生物的生长与繁殖，然后令其在生命代谢过程中，对土壤中所蕴含的各类重金属进行去除、分解、富集等作用。一般在使用动物修复技术的时候，通常都会选择诸如蚯蚓、蜘蛛等常见的动物，其不仅有着很强的重金属富集能力，还能够改善土壤的结构，提升土壤的肥力，所以在如今的重金属生物修复技术当中，动物修复技术应用之处也很多。 三、生物修复技术在重金属污染土壤中的发展展望： 目前，我国对于生物修复技术的研究还是处于起步阶段，所以主要研究方向还是几种与植物修复技术与微生物修复技术两类生物修复技术之上，对于动物修复技术的研究却不是很多。也正是因为我国对于生物修复技术的研究还处于起步阶段，所以还存在着诸如用于修复的生物和被修复地区的本土生物之间存在的竞争、生物修复效果容易受到外界因素影响等问题。根据这些问题，本文将对未来生物修复技术的发展方向进行展望：（1）做好用于修复的生物与被修复地区本土生物之间的竞争协同关系；（2）建立完善的生物修复体系，很多土壤中所蕴含的重金属还有着极大的回收再利用的价值，未来如果在完善生物修复技术的同时，还应该方便重金属元素在分离受的回收作用，进而缓解我矿产资源缺乏的现状。 总结：综上所述，鉴于我国如今土壤重金属污染现象越来越严重的问题，使得越来越多的人们关注起重金属污染土壤的治理问题。虽然生物修复技术有着各种各样的优点，但因为我国相关的生物修复技术起步时间比较晚，还有很多不足之处，所以在进行具体应用过程中肯定会有着很多的局限之处，但作者相信，随着生物修复技术而不断研究发展，未来肯定会全面的应用于各种污染修复之中，进而为我国人民群众创造出一个更加优美的生态环境。
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