刍议重金属污染农田土壤修复技术及其修复实践

卜静

摘 要：近年来重金属随着人类的生产活动进入农田土壤中，危害作物生长，并对人类的身体健康造成威胁，因此迫切需要进行修复，减轻重金属的危害。生物修复是通过植物、微生物等的生命代谢活动将有毒物质进行分解与转化从而修复受污染环境。本文通过分析重金属污染农田土壤生物修复技术主要原理、现状和进展，为合理地利用生物修复技术修复农田土壤的重金属污染提出了指导性意见。

关键词：农田重金属污染；生物修复技术；工程实践

1 引言

研究表明，我国农田土壤重金属污染现象日益严重，主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。主要来自采矿废渣、农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。

2 农田土壤重金属污染现状

2.1 农田土壤重金属污染对植物生长的危害

重金属在污染农田土壤之后，会随着植物生长迁移到植物体内，对植物产生一定的毒害作用，如引起株高、叶长、叶面积、分蘖数等一系列农艺性状指标的改变，较高浓度的重金属含量还会导致植物叶绿素含量与光合速率的下降。一方面是由于重金属离子取代原本与生物大分子相结合的其他重金属离子，在生物体内发生作用，影响植物生长和代谢；另一方面是由于重金属离子诱导产生对酶和代谢不利的物质，如引起超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等酶活性下降，以及抑制植物体对 Ca、Mg等矿物质元素的吸收和转运能力。

2.2 农田土壤重金属污染对人体健康的危害

土壤中的重金属迁移到植物体后，在农产品中积累会产生镉大米、重金属蔬菜等有毒食用产品，这些有毒产品，通过食物链进入人体，直接对人体健康造成威胁。1953 年，在日本熊本县水俣湾发现第一种重金属污染疾病“水俣病”，该病由慢性汞中毒引发，导致患者步行困难、智力迟钝、视力障碍； 1995 年，我国河套平原地区发生 As 中毒事件，中毒者具有急性肠胃炎、呼吸困难、贫血等症状；2010 年湖南郴州发生铅中毒事件，患者的机体免疫力降低、记忆力减退，急性铅中毒会严重影响神经系统及消化系统的运作，严重者可致命。综上所述，重金属在人体内积累，会对人类的健康产生巨大的威胁。为了减少乃至杜绝由重金属中毒带来的病痛，应加强土壤重金属污染修复技术的研究和应用。

3 重金属污染农田土壤修复技术

3.1 细菌修复重金属污染

细菌作为微生物群体中最多的一类微生物，在修复重金属污染土壤方面备受关注，其中，在细菌对重金属的耐受性和吸附富集作用等方面的研究比较多。目前，已报道的能够修复重金属污染的细菌中，蜡状芽孢杆菌、苏 云 金 芽 孢 杆 菌、短小芽孢杆菌、 地 衣 芽 孢 杆 菌等对重金属均具有良好的耐受性和吸附性、刘红娟等试验发现，蜡状芽孢杆菌能够在镉浓度 200mg/L的琼脂平板上快速生长，证明该菌株在抗镉污染方面有着较强的优势；该菌株在液体培养基中 Cd2+，Cr3+，Pb2+浓度均为 75 mg/L和 Mn2+ 浓度为100mg/L培养时，菌株生长正常。曹德菊等利用大肠杆菌（Escherichia coli）、枯草杆菌 、酵母菌 等细菌对重金属离子 Cu，Cd 进行修复试验，结果发现，修复性能与重金属含量呈正相关，土壤中 Cu，Cd 含量越低，微生物修复效果越好。

3.2 植物修复重金属污染

植物修复是最大程度降低或消除环境风险的一种环境友好型修复技术，其中植物挥发和植物稳定仍存在较大的潜在生态风险，目前应用最为广泛的是植物提取修复。它是指植物通过自身根系，从土壤中吸收重金属，并转运至植物地上部分，通过收割降低土壤中污染物的浓度，达到修复土壤的目的，包括连续植物提取和螯合剂诱导性植物提取。

植物修复关键在于筛选出对重金属具有超富集能力的植物，然后根据污染区域的污染情况选择合适的植物进行修复。目前，公认的超富集植物为植株地上部中镉的含量大于100mg/kg，砷、铬、钴、镍、铜、铅的含量大于 1000mg/kg，锰、锌的含量大于10000mg/kg，金的含量大于1mg/kg，且在污染区生长未受到明显抑制，地上部分重金属含量大于其根部重金属含量的植物目前，发现的超富集植物有400多种，如十字花科天蓝遏蓝菜是一种锌和镉的超富集植物，蕨类植物蜈蚣草是一种砷的超富集植物。然而，已知的超富集植物数量较少，绝大多数生长缓慢，生物量低，生长周期长，且为莲座生长，不适宜大面积污染土壤修复。一种有效的改良方式是向土壤中添加螯合剂来提高土壤中重金属的有效性，提高植物对重金属的吸收量。但螯合剂价格昂贵，又具有生物毒性，在土壤中不易降解，投加剂量过高会使植物的生物量减少；另一方面，重金属被螯合剂活化后，淋湿的风险增大，对土壤和地下水易造成二次污染，大面积推广难度较大。因此，研究者寻求新的高生物量或生长迅速的植物应用到植物修复中，如紫穗槐 、柳树、杨树、毛竹等。

3.3 放线菌修复重金属污染

放线菌在土壤环境中分布广泛、种类较多、适应性强，一些研究发现，放线菌在修复重金属土壤污染方面也占有重要的地位。NIES等学者发现，放线菌在新陈代谢过程中会释放带有絮凝活性的物质，这些物质分泌到细胞外能够络合重金属形成沉淀物，引起金属元素的价态变化，从而降低重金属的生态毒性。AMOROSO等研究发现，在重金属污染土壤中分布着许多抗性链霉菌，这些链霉菌不仅在重金属土壤中有很强的耐受性，而且还可以通过自身作用溶解一些重金属矿物；并对铜污染区的50 株放线菌进行了抗 Cu2+ 研究，结果发现，这些菌株对 Cu2+的最大耐受浓度可达 1000 mg/L，经过进一步鉴定，这些抗性菌株为链霉菌属。

4 结束语

生物修复技术对周边环境扰动小、不产生二次污染、经济有效、绿色环保，在未来发展的过程中，相关部门要针对重金属污染农田土壤问题进行分析，筛选最佳的修复技术，制定专门的污染管理机制，提升修复效果。

参考文献：

[1] 朱阳春，张振华，钟小仙，张娜，童非，罗永清.牧草修复重金属污染土壤的研究进展[J].江苏农业科学：1～6.

[2] 徐建明，孟俊，刘杏梅，施加春，唐先进.我国农田土壤重金属污染防治与粮食安全保障[J].中國科学院院刊，2018，33（2）：153～159.

[3] 张云霞，宋波，杨子杰，王佛鹏，周浪，周子阳，宾娟.广西某铅锌矿影响区农田土壤重金属污染特征及修复策略[J].农业环境科学学报，2018，37（2）：239～249.