土壤污染的生物修复技术最新研究进展

摘要：近年来日益严峻的土壤污染形势受到了广泛的关注，土壤污染的修复技术得到了快速发展。本文总结了国内最新的土壤污染的生物修复技术进展，列举了微生物修复技术、植物修复技术、动物修复技术和联合修复技术等领域的典型研究成果，并对未来生物修复技术的研究重点进行了展望，以期为我国土壤污染生物修复技术的进一步发展提供参考和借鉴。

关键词：土壤污染;生物修复;联合;进展

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.040

Recent advances in bioremediation of soil pollution

Shen Xiaoshuai

（Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210036，China）

Abstract：The increasingly serious situation of soil pollution has attracted extensive attention in recent years， and the soil pollution remediation technology has developed rapidly.This paper summarizes the latest domestic bioremediation technology progress of soil pollution， and enumerates the typical research achievements of microorganism repair technology， phytoremediation technology， animal repair technology and combined repair technology.The bioremediation technology for the future research emphasis is prospected， in order to provide reference for the further development of soil pollution bioremediation technology in China.

Key words：Soil pollution;Bioremediation;Combine;Progress

土壤是生態环境的重要组成要素，也是人类赖以生存的重要自然资源之一，其质量状况直接影响到区域的生态安全以及公众的健康。土壤污染由于具有隐蔽性、长期性、复杂性等特点，因此越来越受到公众的关注。调查显示，我国土壤污染现状总体不容乐观，部分地区土壤污染严重，危害极大[1]。

面对日益严峻的土壤污染形势，世界各国在土壤污染修复技术方面不断增加投入，研发了物理、化学、生物、农业生态等多种土壤污染修复技术。近年来发展起来的生物修复技术，利用了生物对土壤污染物的吸收、代谢、降解等作用，在自然或者人为控制条件下降低土壤污染物的浓度及毒性，从而达到减少污染物对人类健康以及生态系统的危害的效果。因为土壤污染的生物修复技术具有成本低、效益高、操作简单、环境干扰小等优势，迅速成为土壤污染修复技术领域的研究热点[2]。本文对近年来土壤污染生物修复技术研究成果进行总结和分析，以期为土壤污染生物修复技术优化和进一步发展提供参考。

1 微生物修复技术

土壤中含有大量的微生物，这些微生物体积小、繁殖快、代谢能力强、适应性强、易培养，因此在土壤重金属和有机污染修复方面具有得天独厚的优势。微生物修复的机理包括吸附、富集、降解、溶解、沉淀、氧化还原等[1]。其中吸附主要是通过微生物表面的电荷主动吸收带电离子，或者通过微生物摄取必要营养元素的方式吸附污染物中的有用物质;降解主要利用细菌或真菌的生物降解功能对有机物或者重金属的络合物进行去除;溶解及沉淀主要是通过土壤微生物代谢活动产生的有机酸对进行重金属溶解或者形成沉淀并去除;氧化还原主要是利用杆菌类微生物与土壤中的重金属离子发生氧化反应，降低重金属元素的活性[3]。

微生物修复技术有原位修复和异位修复两种类型。前者包括：投菌法、生物通风、生物搅拌、工程镙钻、慢速渗滤、农耕法等，后者常见的有：土地填埋法、土壤耕作法、预备床法、堆腐法、泥浆生物反应器法等[2，4]。土著微生物具有较高的活性和降解污染物的巨大潜力，因此被广泛用于原位修复技术中;但对一些特殊的土壤污染物，则需要人为投放外源微生物来提高去除效率[2]。微生物修复技术具有低成本、低能耗、成效快、二次污染小等特点[5];另外微生物还可以参与调控土壤中的养分循环过程，因此具有较大的发展前景[6]。

近年来，培养和筛选具有特效功能的微生物成为研究的重点，如王薇利用镉污染土壤筛选出一株具有较强耐镉能力的蜡样芽孢杆菌，研究了该菌自诱导培养介质pH变化对Cd2+在菌体上的吸附、积累和生物矿化的影响机制[7]。张宗迪等在种苋菜的土壤中填加木霉菌和AB菌，结果表明两种菌均能促进苋菜的生长，对Zn的吸收量也增加[8]。王文峰建立了白腐菌的耐受性和开放性筛选体系，并利用筛选的两株高效土壤修复菌株，对有机污染土壤进行了修复研究，结果表明两种菌株对菲和2，4-二氯苯酚具有很好地降解效果[9]。另外彭德[10]和曾远[11]也都通过实验分别筛选出了对石油烃和铅污染具有良好修复效果的特异性生物。

在实际操作中，可通过填加某些物质来强化微生物修复技术的效果，如崔双超等在修复石油烃污染土壤时填加了生物修复药剂对，并通过实验确定了最佳的投放方式和条件，结果表明增加药剂量和降解时间能提高石油烃的去除率[12]。

2 植物修复技术

在土壤中生长着大量的植物，许多植物具有忍耐和富集化学物质的功能，因此可以利用绿色植物的生理或生长特性对污染物进行转移、容纳或转化，达到净化土壤的目的。植物修复不占用额外的土地、成本低且环境影响小，因此被广泛应用。但因为植物修复的对象范围小、修复周期较长，土壤性质、气候、水分状况等条件对修复效果都有一定的影响。另外修复植物的最终处置也是一个问题，如果无法彻底妥善处理好，修复植物的残留物可能会进入环境造成二次污染[2，6]。

现阶段植物对重金属污染土壤的修复方式主要有4种：植物提取、植物挥发、植物稳定和植物过滤[1，13]。植物提取利用对污染物具有较强富集能力的植物吸取污染物，并通过人工或机械方式收获植物地上部分，从而达到去除土壤污染物的目的。植物挥发是利用植物根系分泌的特殊物质，吸收土壤中的污染物，进入植物体内后转化为可挥发态物质，挥发至大气中，从而达到去除土壤中污染物的方法。植物稳定是利用植物吸收和具有耐性的植物分泌特殊物质将有污染物转化为相对无害物质，并降低其迁移性或生物有效性。植物过滤是利用植物庞大的根系吸收、吸附或过滤土壤中重金属元素的方法。

修复植物的筛选对修复效果有明显的影响，目前常见的修复植物有多种类型，乔木、灌木、草类，包括农作物、水生植物等都可以作为修复植物，其中生长快速、根系深、易收割、富集转化容量大的植物修复效果最佳。如董亚明等研究了芦苇、柽柳、沙枣等植物对石油污染土壤的修复效果，结果表明经过80d的修复，石油烃的去除率可达到26.50%～31.27%，明显高于空白[14]。另外鲁白、芥菜、龙葵、蜈蚣草、东南景天、苎麻、繁穗苋、三叶鬼针草等超富集植物都能够较好地修复不同类型的重金属污染的土壤[15-18]。

3 动物修复技术

土壤环境中除了有微生物和大量的植物根系外，还有丰富的动物物种，这些动物的生长和活动都与土体紧密接触，对土壤中的污染物质也有一定的生理反应，除了对污染物有一定的耐性以外，還可以通过摄食活动富集污染物，因此可以利用这些生理特征将动物作为指示动物或修复动物加以利用。原生动物、环节动物以及无脊椎动物都可以作为环境污染评价、修复的动物类群[2]。

蚯蚓是一种常见的并且分布非常广的土壤环节动物，在维持土壤生态系统结构和功能中发挥着重要的作用，也是近年来备受关注的一类土壤污染修复动物种类。蚯蚓对土壤污染的修复作用主要体现在以下两方面：一是直接作用，体现在蚯蚓对重金属等污染物有一定的忍耐、富集能力，可以通过被动扩散、摄食等方式达到重金属富集的效果;二是间接作用，体现在蚯蚓取食、作穴、代谢等活动过程中，提高了土壤重金属的生物有效性，促进植物对重金属的吸收，同时蚯蚓的日常活动还可以改善土壤条件，促进其他修复植物的生长[1，19]。

4 其他修复技术

土壤污染的植物修复技术具有鲜明的优点，但是植物的生长会受到自然和人为因素的限制，修复过程较为缓慢且吸收的污染物相对单一，如果吸收过量还会出现中毒情况，这些都限制了植物修复技术的推广。近年来，植物-微生物联合修复技术得到了很大的发展。植物-微生物联合修复技术兼具了两种修复的优点，植物可以为微生物提供生存场所和氧气，植物根际释放出碳水化合物、氨基酸等物质刺激了根系微生物的生长，强化了联合修复的效果[4]。

实验表明，植物-微生物联合技术可修复土壤中较高浓度的游离重金属离子，例如可采用巴氏芽孢杆菌矿化修复游离的镉离子，再种植对游离的镉离子吸附较好的植物，进行复合修复，以达到国标要求[15]。Zhang等通过种植铺地黍、牛筋草、高羊茅等草本植物的方式来促进土著菌对石油进行降解[20]。在植物-微生物联合修复技术中，菌株的筛选非常关键。曹中利分别从石油污染土壤、汽修厂污泥以及污水厂活性污泥中筛选到了3株有石油降解能力的菌株，实验表明混合菌株对石油的降解效果明显;进而采用添加复合菌株及种植黑麦草的联合修复方式对石油污染土壤进行处理，结果表明这种强化方式具有很好的修复效果，且对土壤中的有毒物质具有良好的去除效果[21]。

5 结论与展望

土壤污染的修复是非常复杂的过程，生物修复技术较其他技术而言，具有操作简单、成本低及环境干扰小等特点，因此在场地土壤污染修复中具有广泛的应用。本研究围绕近年来土壤污染生物修复技术的最新研究成果，对微生物、植物、动物和联合修复技术类型、特点以及进展进行了总结，为土壤污染生物修复技术的应用和发展提供了参考和借鉴。但生物修复技术也有一定的局限性，比如速度较慢、周期较长，仅适用于中低浓度污染土壤，另外生物的种类、生长状况以及土壤的结构、组成、理化属性、生物学性状等对修复效率都有很大的影响[22-23]。为了进一步提高土壤污染治理的效果，在今后的研究中必须筛选更加高效的生物类群，加强植物、动物、微生物修复技术的联合应用，并开展和其他修复技术的联合实验研究，取长补短，以达到更好的修复效果。

参考文献

[1]牌卫卫.土壤重金属污染的生物修复技术分析[J].低碳世界，2018（8）：8-9.

[2]李燕.污染场地生物修复技术应用研究[J].环境保护与循环经济，2019（5）：22-25，60.

[3]庄旭超.微生物在重金属污染土壤修复中的作用分析[J].环境与发展，2019（6）：70，72.

[4]李辈辈.石油污染土壤的生物修复[J].上海国土资源，2018，39（4）：55-57.

[5]陈丽华，马金珠，雒晓芳，等.添加混合菌剂对石油污染土壤的降解[J].中南大学学报（自然科学版），2012，43（11）：4581-4589.

[6]曾祥福.重金属污染土壤治理技术应用现状与展望[J].环境与发展，2018（11）：60，62.

[7]王薇.Bacilluscereus Cd01 自诱导pH对镉矿化和土壤镉形态的影响机制[D].湘潭：湘潭大学，2018.

[8]张宗迪，崔夏倩，杨延斌，等.不同微生物制剂对土壤中结合态Zn稳定性的影响[J].上海交通大学学报（农业科学版），2017，35（3）：70-75，89.

[9]王文峰.白腐菌对多环芳烃和氯酚污染土壤生物修复研究[D].武汉：华中科技大学，2016.

[10]彭德.筛选真菌_细菌联合强化修复石油污染土壤应用研究[D].重庆：重庆大学，2017.

[11]曾远.铅锌矿区土壤中特异性微生物吸附转化铅机理研究[D].北京：中国地质大学，2017.

[12]崔双超，齐世明，殷晓波，等.石油烃污染土壤生物修复工程实例[J].绿色科技，2019（4）：83-87.

[13]王卫华，雷龙海，杨启良，等.重金属污染土壤植物修复研究进展[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2015，40（2）：114-122.

[14]董亚明，赵朝成，蔡芸，等.新疆石油污染土壤植物修复特性研究[J].干旱区研究，2013，30（1）：162-165.

[15]高燕，於孝牛.浅论生物修复金属矿区土壤重金属污染研究进展[J].教育现代化，2018（32）：339-340+345.

[16]王英辉，祁士华，陈学军.金属矿山废弃地重金属污染的植物修复治理技术[J].中国矿业，2006，15（10）：67-71.

[17]刘孝利，曾昭霞，铁柏清，等.几种修复措施对Cd淋失及土壤剖面运移影响[J].环境科学，2016，37（2）：734-739.

[18]李念.潼关某重金属污染农田的化学-植物联合修复研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2015.

[19]姚巍.蚯蚓对土壤污染的修复作用[J].陕西林业科技，2019，47（2）：99-102+113.

[20]Zhang Z Z， Su S M， Luo Y J， et al. Improvement of natural microbial remediation of petroleum-polluted soil using graminaceous plants [J].Water Science and Technology，2009，59（5）：1025-1035.

[21]曹中利.石油污染土壤生物強化修复效果及毒性变化研究[D].西安：西安建筑科技大学，2017.

[22]魏样.石油污染土壤生物修复技术研究展望[J].科技经济导刊，2019，27（15）：109-110.

[23]卜庆国，李朝晖，张姣，等.不同修复措施对砷污染土壤处理效果及土壤理化性质的影响[J].安徽农业科学，2019，47（6）：85-87.

收稿日期：2019-10-14

作者简介： 沈小帅（1986-），男，工程师，研究方向为污染场地调查及土壤、地下水修复工作。