多种强化技术联合植物修复重金属污染土壤机制探讨-《江苏农业科学》(2019年14期).docx

龙源版权所有 多种强化技术联合植物修复重金属污染土壤机制探讨作者：章绍康 弓晓峰 易佳璐来源：《江苏农业科学》2019年第14期 摘要：近几年来植物修复技术以其低成本性、环境友好性成为了国内外重金属污染土壤修复的研究重点。本文主要论述水肥调控、农艺调控、基因工程、螯合剂、钝化剂、丛枝菌根真菌、解磷菌、根瘤菌、植物内生菌、蚯蚓等工艺和修复技术强化植物修复重金属污染土壤的发展和机制，以期为土壤重金属修复提供依据。 关键词：植物修复;重金属污染;土壤修复;机制 中图分类号： X53 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）14-0001-05 2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的点位超标率为16.1%，耕地点位超标率为19.4%，其中以重金屬污染最为突出。土壤重金属污染不同于其他污染，其具有不可降解性、潜伏性、隐蔽性等特点，能长期存在于土壤环境中，影响土壤肥力及土壤生物多样性，并能被植物和微生物富集，通过食物链传递影响人类健康[1]。在众多修复技术中，排土客土改良未能从根本上去除重金属;电动修复对重金属处理效果好，但会对土壤理化性质和土壤微生物造成较大影响[2];化学淋洗成本低且见效快，但容易造成营养元素流失甚至可能导致地下水污染[3];化学稳定法能有效控制土壤重金属活性，但土壤易受外部环境改变，被钝化的重金属随时有可能重新活化[4]。植物修复技术以其成本低、不破坏生态环境、无二次污染等优点逐渐成为国内外重金属污染土壤修复的研究重点，但植物修复周期长、普通植物重金属耐受性差、超积累植物生物量小等因素限制了植物修复的发展[5]。本文主要总结常用于强化植物修复的工艺技术的发展和机制，以期为未来土壤重金属修复提供依据。 1 植物修复重金属污染土壤 植物修复通过植物提取、植物挥发、植物固定、根际过滤、植物降解等一系列活动去除土壤中的污染物质。适用于修复重金污染土壤的植物主要分为2类：超积累植物和生物质生产植物。与普通植物相比，超积累植物的茎叶对重金属表现出更高的吸收水平，比如十字花科类植物，但生物量往往偏小;而生物质生产植物生长速度快、生物量大，但金属摄取量偏低[6]。Brooks等在1977年首先提出超积累植物[7]这一概念，随后中外学者对超积累植物进行了大量的筛选;Blaylock等研究发现，印度芥菜对Zn、Pb、Cd有着较好的富集效果[8];陈同斌等的研究表明，蜈蚣草对As有超富集能力[9]。与普通植物相比，超积累植物对重金属有更高的吸收能力，主要体现在：首先，超积累植物有着更为庞大的根系，相应根际微生物也更加丰富，能够促进其在重金属胁迫下生长;其次，超积累植物对重金属有更好的活化效果，其能分泌有机酸活化重金属、生产还原酶还原高价重金属增加重金属溶解性、生产金属硫蛋白与重金属结合[10];最后，超积累植物对重金属有更好的解毒效果，其解毒作用包括细胞壁对重金属的固定作用、液泡房室化作用、体内特有耐性基因的表达[11]。污染土壤的肥力偏低，水土保持能力较差，单一植物修复效率往往偏低，通过生物手段、化学手段、农艺调控等联合植物修复方法因此发展起来。 2 基因工程联合植物修复重金属污染土壤 基因工程主要是向植物体内植入特定的基因片段并使其表达，Gisbert等将小麦TaPCSI基因转入到烟草体内，结果发现，烟草的生物量和Pb吸收量分别是对照组的1.6倍和2.0倍[12]。金属硫蛋白能与重金属发生螯合作用，降低重金属毒性，过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）能增强植物的抗氧化性，因此可以将产硫蛋白或者CAT等基因片段植入目标植物，进而提高植物对重金属的耐受性，提高其修复效率[13]。除此之外，植入植物重金属转化相关的基因，通过改变重金属价态和活性来降低重金属对植物的毒性也被证实可行，Ruiz 等在烟草等9种植物中导入汞还原酶基因merA和汞裂解酶基因merB，结果发现，转基因植物能在高浓度汞污染土壤上正常生长[14]。 目前基因工程植物修复大部分还停留在实验室试验阶段，进入野生环境的转基因植物能否正常生长或者对当地物种是否带来风险还有待考核，Zeller 等的研究表明，水稻在导入Pm3b基因后，在温室培养条件下的生物量是未处理水稻的2倍，但在野外试验时生物量显著下降，麦角病的感染率也相对提升[15]。因此仍需加强转基因植物的大田试验以及对其生态风险的评估。3 农业调控联合植物修复重金属污染土壤 3.1 水肥调控 水分是生化反应的介质和物质传输的载体，对于矿区重金属污染土壤的植物修复是必不可少的成分。肥料是促进植物生长的重要条件。施加水肥可以显著改善土壤肥力、土壤结构以及土壤pH值，为根际微生物提供一个有利的生长条件，而微生物又能通过固氮作用、分泌有机酸、分泌酶等活动影响植