土壤修復(fù)技術(shù)知識、案例分析及市場動態(tài)

土壤重金屬污染由于它們在環(huán)境中的持久性，及不可生物降解的性質(zhì)，導(dǎo)致它們累積毒性高，已成為一個(gè)嚴(yán)重的全球性問題。要使土壤完全恢復(fù)至未污染的狀態(tài)非常困難。

土壤重金屬污染治理問題是當(dāng)今的熱點(diǎn)問題。現(xiàn)階段修復(fù)土壤重金屬污染的主要方法有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。植物修復(fù)是一種利用一些超富集植物將土壤中的重金屬吸收到植物根部或轉(zhuǎn)運(yùn)到植物的地上部分，最后通過收割植物從而達(dá)到凈化污染土壤的目的。利用超富集植物可以有效減少土壤中重金屬的含量。施加鈍化劑為原位化學(xué)修復(fù)方法，可以減少作物對重金屬的吸收，且鈍化劑作為化學(xué)添加劑具有見效快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。重金屬污染的土壤在修復(fù)過程中微生物群落也會發(fā)生變化，且土壤微生物在不同的修復(fù)方式中也具有不同的作用。

叢枝菌根( Arbuscular Mycorrhizae，AM) 真菌是一類廣泛分布于土壤生態(tài)系統(tǒng)中的有益微生物，能與 90% 以上的陸生高等植物形成共生體。研究發(fā)現(xiàn)，AM 真菌能夠增強(qiáng)宿主植物對土壤中重金屬脅迫的耐受性。

當(dāng)前，利用 AM 真菌開展重金屬污染土壤的生物修復(fù)已經(jīng)引起環(huán)境學(xué)家和生態(tài)學(xué)家的廣泛關(guān)注。

形成物理防御體系

叢枝根菌孢子

AM 真菌菌絲體表面重金屬離子交換作用及螯合物的形成，真菌細(xì)胞壁組分如幾丁質(zhì)等對重金屬的鈍化固定，真菌體內(nèi)有機(jī)酸根離子或無極酸根離子與重金屬形成沉淀等作用可使土壤中的重金屬固化，移動性減弱，從而有效降低重金屬對宿主植物的毒害性 。研究表明，菌根化玉米( Zea mays) 籽苗中 Pb 主要存在于菌絲細(xì)胞壁、菌絲內(nèi)腔細(xì)胞膜、菌絲內(nèi)腔和液泡內(nèi)腔膜，因此植株體內(nèi) Pb 含量減少，緩解了Pb 對玉米幼苗的毒害作用。

①   植物根系/菌根分泌的鰲合物與重金屬產(chǎn)生絮凝作用；

②   植物根系/菌根表面(即細(xì)胞壁)對重金屬的吸附作用；

③   植物根系/菌根細(xì)胞壁對重金屬的屏障作用；

④   進(jìn)入細(xì)胞壁的重金屬被固定在原生質(zhì)膜上；

⑤   植物根系/菌根細(xì)胞膜上的運(yùn)輸體將重金屬選擇性吸收到細(xì)胞內(nèi)；

⑥   AM真菌菌中的重金屬運(yùn)輸體;

⑦   AM真菌上的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過主動/被動運(yùn)輸將重金屬運(yùn)輸?shù)街参锛?xì)胞內(nèi)；

⑧   重金屬離子與細(xì)胞基質(zhì)中的聚磷酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)/無機(jī)鰲合劑形成沉淀；

⑨   將重金屬區(qū)域化到細(xì)胞液泡中；

⑩   將細(xì)胞內(nèi)的重金屬通過代謝作用主動排出；

?   重金屬向植物地上部分轉(zhuǎn)移并積累。

調(diào)控植物的生理代謝活動

1.改善宿主營養(yǎng)狀況

2.改變植物根系形態(tài)

3.改變根系環(huán)境的理化狀況

產(chǎn)生生化拮抗物質(zhì)

1.次生代謝物質(zhì)的合成

2.影響防御酶活性、調(diào)節(jié)重金屬誘導(dǎo)蛋白的合成

AM真菌因其具有擴(kuò)大植物根系的吸收面積、加快營養(yǎng)物質(zhì)和灰分的運(yùn)輸速率、分泌活化物質(zhì)等直接或間接作用，從而改善植物營養(yǎng)，促進(jìn)植物生長。重金屬污染土壤中接種適宜的AM真菌可以有效減輕重金屬對植物的毒害水平，增加植株地上部分重金屬元素的吸收或根系中的積累量，從而對重金屬污染土壤生物修復(fù)起到促進(jìn)作用。利用AM真菌進(jìn)行生物修復(fù)是一門新興的環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，國際上開展研究的歷史較短，尚需加強(qiáng)以下領(lǐng)域的深入研究：

1.深化基礎(chǔ)理論研究。

2.增加野外和自然條件下的試驗(yàn)研究。

3.利用分子生物技術(shù)及基因工程等手段，選育、馴化、培養(yǎng)耐性/抗性較強(qiáng)的AM真菌菌株。

4.篩選高效的植物-AM真菌組合，最大限度縮短生物修復(fù)進(jìn)程。

5.進(jìn)行AM真菌與其他有益微生物、有機(jī)殘?jiān)慕M合研究，強(qiáng)化AM真菌的生物修復(fù)效果。

Aalipour等采用叢枝菌根真菌接種于亞桑柏根部以修復(fù)Cd污染土壤，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效修復(fù)的同時(shí)防止二次污染的產(chǎn)生。其中，接種叢枝菌根真菌的亞桑柏的植株葉綠素含量顯著增大，光合作用效果增強(qiáng)，且促進(jìn)植株對土壤中磷的吸收，在實(shí)際應(yīng)用中還可將假單胞菌與叢枝根菌協(xié)同接種使用，效果更顯著。

針對土壤中Se(III)的修復(fù)，采用Acinetobactersp.JH7治理，可顯著降低Se(III)的濃度，且菌群的生長代謝不受影響，在微生物場地修復(fù)應(yīng)用中潛力巨大。

此外，微生物指標(biāo)已被廣泛用于評價(jià)冶煉廠、礦山鉛鋅污染廢物處置區(qū)及含鉛礦冶煉渣區(qū)，在邊緣采集土路，表現(xiàn)出較高的金屬濃度和微生物多樣性。檢測到的主要門樣品中分別為:變形菌門、擬桿菌門和酸桿菌門。細(xì)菌耐潛在有毒金屬(PTM)的存在，如Rhodoplanes, Kaistobacter,Sphingomonas和Flavisolibacter。單個(gè)微生物生物量雖然對土壤變化高度敏感，但在監(jiān)測土壤污染方面存在一定的局限性。

生物量碳Cmic指數(shù)與土壤中重金屬Cd、Cu、Pb 及Zn的濃度的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但與土壤中的可溶性Cu濃度無相關(guān)關(guān)系。

生物量氮Nmic指數(shù)與重金屬濃度的相關(guān)性較低，但對于污染程度較高的場地，可較好地評估Cu、Zn、Cd、Pb、Ni 及Zn污染狀況及修復(fù)狀況。

此外,當(dāng)重金屬污染濃度較低時(shí)，如Cd、Cu、Zn的濃度較低時(shí)，Cmic的短時(shí)間培養(yǎng)的效果不顯著，無法判斷修復(fù)的效果。Cmic/Nmic比值可有效用于修復(fù)效果的評估。Cmic/Nmic的比值升高，可顯示高重金屬含量，歸因于重金屬耐受菌真菌數(shù)量的增多，且相對于放線菌和細(xì)菌，真菌的重金屬耐受度更好。

此外，Cmic/Corg比值也可作為一種敏感的評估重金屬污染的工具，與As及Cu的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在實(shí)際研究及應(yīng)用中，應(yīng)采用幾種方式（生物指標(biāo)）進(jìn)行土壤質(zhì)量診斷。