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生态修复技术课程论文重金属污染土壤生态修复研究进展专业：生物技术姓名：包永越学号：20116294论文内容40分论文格式10分参考文献10分论文字数10分论文成绩70分平时成绩30分总 分评阅人课程论文要求与评分标准1、运用本课程所讲授的知识，选择老师所列题目中的一篇撰写论文，达到期刊论文的有关标准。2、论文内容必须符合本门课程所讲内容，论点正确，紧扣主题，论文条理性、逻辑性正确（40分）。3、文献综述论文撰写必须符合论文写作规范（10分）。4、文献综述所涉及的文献数量应不少于20篇，并应在文中逐一标注，参考文献书写格式要正确（10分）。5、论文字数达到3000字以上，必须用A4纸打印（10分）。6、平时成绩（30分，其中读书报告10分，出勤10分，期中考试10分）。重金属污染土壤生态修复研究进展包永越（黑龙江大学生命科学学院）摘 要：随着工农业生产的现代化，土壤重金属污染日益严重。本文以土壤中重金属污染物为对象, 较为系统地综述了国内外重金属污染土壤生物修复( 植物修复、微生物修复、动物修复等) 技术的研究进展, 结合当前土壤污染的新特点, 提出了实际应用中存在的新问题, 并对生物修复的近期研究工作进行了展望。关键词：污染土壤；重金属；特征；机制；生物修复；展望Abstract: along with the modern industrial and agricultural production, soil heavy metal pollution.Based on the soil heavy metal pollutants as the object, systematically summarized the domestic and foreign heavy metal contaminated soil bioremediation (plant, animal, microbial repair repair repair) technology research, combined with the current soil pollution new characteristic, put forward the practical application in the problem of existence, and the bioremediation of recent research work the prospect of.Key words: contaminated soil; heavy metal; characteristics; mechanism; bioremediation; Prospect土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一。重金属污染导致了土壤环境质量恶化, 严重危害土壤生态系统的良性循环和人类的生存环境1,2 。生物修复技术的早期研究, 主要集中于植物对重金属的吸收和富集机理方面。随着现代生物技术的发展, 分子生物学和基因工程技术应用于超富集、高耐性生物的培育、筛选和鉴定, 促进了生物修复技术的发展。应用环境生物修复技术处理污染物时, 最终产物大都是无害的、稳定的物质, 如二氧化碳、水、氮气等, 而且这种处理方法能一步到位, 避免了污染物的多次转移。目前, 生物修复技术已经开始成为土壤污染修复的重要处理技术。1 重金属污染土壤的生物修复概念及其机制重金属污染土壤生物修复技术, 是利用生物作用削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性, 从而使污染了的土壤能够部分或完全恢复到原初状态的过程。主要是利用生物体将重金属富集、转移而恢复土壤生态功能的过程, 是重金属污染土壤的环境友好型治理技术。生物修复主要包括植物修复、微生物修复和动物修复3 种类型3。 2 土壤重金属污染的特征重金属在土壤中不易随水淋溶, 不易被生物降解, 具有明显的生物富集作用, 其主要是影响农作物的产量和质量来体现其危害的, 因此土壤污染有较长的潜伏期。其具体特点为4: 隐蔽性,不可逆性,普遍性,表聚性。3 重金属污染土壤生态修复3.1植物修复1983 年美国科学家Chaney5 首次提出了利用能够富集重金属的植物来清除土壤重金属污染的设想, 即植物修复技术。它具有传统环境修复技术所不具备的优点, 表现为治理效果的永久性、治理过程的原位性( 对土壤环境扰动小) 、治理成本的低廉性、环境美学的兼容性。修复过程一般无二次污染, 某些金属元素甚至可回收利用6 。3.1.1 植物提取修复自然界中的某些植物能从土壤中吸收重金属, 并在植物体内富集, 人们可通过收获植株集中处理, 使重金属脱离土壤, 进而得以净化, 这种特殊的植物被称为超积累植物。还有一些不具有超积累特性但通过一些过程可以诱导出超量积累能力的植物, 被称为诱导的积累植物。Baker 等人在英国的IACR- Rothamsted( 洛桑) 试验站进行了积累植物的首次田间试验7 , 结果显示, 超级类植物T.carulercens 在净化Zn 污染土壤方面有极大的成效。Meers等5 发现, 岩兰草、向日葵、大麻、遏蓝菜、芥子草、高山萤属类和柳属的一些植物均能有效吸收富集重金属。目前, 国际上报导的超积累植物已有500 多种8, 我国目前发现的超积累植物有: A5 超级类植物蜈蚣草和大叶井口边草, Cd 超级机类植物油菜宝山堇菜和龙菜, Mn 超积累植物商陆。诱导性积累植物的提取修复包括2 个阶段, 首先是将土壤中束缚态重金属转化为非束缚态, 其次是将重金属向植物可收获的地上部运输9。近年来, 植物修复过程中螯合剂的添加层出不穷。一些人工合成的螯合剂EDTA、DTPA、CDTA、EGTA 及柠檬酸明显促进Cd 和Pb 在植物体内的积累和向地上部的运输。宋进等研究发现, Pb 污染的土壤施加EDTA( 乙二胺四乙酸) 可使印度芥菜叶片中的As 含量提高5 倍多。但是, 有研究表明在螯合剂的使用过程中有可能对地下水产生污染, 还有可能影响植物的正常生长。3.1.2 植物挥发修复植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发减少土壤中一些挥发性污染物, 即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中。目前, 在这方面研究最多的是重金属元素汞和非金属元素硒。硒以硒酸盐、亚硒酸盐和有机态硒为植物所吸收。某些湿地植物可清除土壤中的硒, 其挥发态占20%-25%, 可还原成低毒性的CH3SeCH3 和CH3SeSeCH3, 高毒性的硒可被杨麻根系分泌物转变成低毒性的气态甲基硒挥发10 。汞在土壤中以多种形态存在, 如无机汞、有机汞。Adle等研究表明, 单质汞的毒性较小, 有机汞的毒性较强, 高毒汞可经植物气化后变成低毒汞。3.1.3 植物稳定修复植物稳定是通过吸收、分解、氧化、固定等过程，降低重金属的流动性和生物可利用性，防止重金属的渗漏和转移，减少重金属对植物的危害。在这一过程中，土壤中重金属含量并不减少，只是存在形态发生了变化。通过大面积种植该类作物 可有效降低废弃矿场和重金属污染严重地区重金属的危害11目前，利用植物修复重金属污染土壤的做法正在被越来越多的研究人员所推崇。该方法的关键是通过多种方法寻找更多超积累植物或修复效率高的植物。有部分研究人员还提出可以用大生物量的植物进行替代，虽然有些植物不是超积累植物，但因其生物量大和对重金属有耐性等特征，仍能应用于重金属污染土壤的植物修复。有研究人员用烟草、美人蕉等作物进行植物修复研究12 ，取得很好的效果。这也为其他研究人员提供了一种思路。3.2 微生物修复 土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌。它们是根际生态区的完整组成部分13。微生物在重金属污染环境中逐渐形成一些对重金属抗性的种群。它们通过生物解毒对重金属产生抗性，能够在重金属污染环境中生存。微生物抗重金属机制包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用14 。通过这些作用，微生物可以吸附、吸收重金属并固化之，或降低重金属活性和生物有效性以使重金属无害，或增强重金属活性和生物有效性以利于植物根系对重金属的吸收和转运。这对土壤的重金属污染有修复作用。如，动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类能够产生胞外聚合物，与重金属离子形成络合物。耿春女等利用菌根吸收和固定重金属Fe、Mn、zn、cu在沈抚污水灌溉区修复受污染土壤取得了良好效果15 。有研究发现，有些微生物能把剧毒的甲基汞降解为毒性小、可挥发的单质Hg。对于微生物修复技术，还需做更深入的探索。将微生物修复与植物修复相结合对污染土壤进行治理的方法，已受到越来越多的关注。目前，大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平，实例研究还不多。3.3 动物修复技术动物修复是利用土壤中的某些低等动物( 如蚯蚓) 能吸收土壤中的重金属这一特性, 通过习居的土壤动物或投放高富集动物对土壤重金属吸收、降解、转移, 以去除重金属或抑制其毒性。动物修复的生理基础包括: . 生物体内普遍存在一种金属硫蛋白, 能与重金属结合形成低毒或无毒的络合物; . 生物体代谢产生一些富含. SH 的多肽( 如PC) , 能与重金属螯合, 从而改变其存在状态; . 生物体内存在多种编码金属转运蛋白的基因( 如最早克隆的Zn 转运蛋白基因和Fe 转运蛋白基因)16 , 这些基因编码的转运蛋白能提高生物对金属的抗性。动物修复在国外有较长的研究史, 国内研究则处于摸索阶段。它包括将生长在污染土壤上的植物体、果实等饲喂动物, 通过研究动物的生化变异来研究土壤污染状况, 或者直接将土壤动物, 如虹蝴、线虫饲养在污染土壤中进行有关研究17。Wang 等18 研究表明, 在较低Cu 浓度污染土壤的条件下, 蛆蛆的活动、分泌物及其相互间的作用可以提高黑麦草对重金属Cu 的吸收效果。Czamowaka 等对华沙交通要道附近3个草坪采集土壤和蚯蚓进行测定, 可知蚯蚓对Zn 和Cd 有良好的富集作用19 。陈志伟等20 用威廉环毛蚯蚓进行试验, 发现向土壤投加Hg 10 mg/ kg, 蚯蚓能存活; 投加As 100 300 mg/ kg及同时投加Cd、Cu、Pb 各10、300 和300 mg/ kg, 蚯蚓已不能成活,蚯蚓对重金属的富集系数以As 为最大, 其次为Cd、Hg、Cu 15。由此可见, 在重金属污染的土壤中放养蚯蚓, 待其富集重金属后,采用电激、清水等方法驱出蚯蚓, 集中处理, 对重金属污染土壤是一种经济有效的土壤生态恢复措施。 4 重金属污染土壤修复展望随着工业的发展和人们的物质需求日益增长，由此带来的土壤重金属污染越来越严重，已严重影响粮食安全和人类健康。众多研究人员对重金属污染土壤的修复技术进行了大量卓有成效的研究，并不断地找到新技术、新方法和新材料。4.1 重金属污染土壤修复植物的选育全世界已经筛选出700多种具有超积累特性的植物，但这些超积累植物普遍具有生物量小、生长缓慢和气候适应性差的特点。找寻生物量大、易收割、气候适应性强的超积累植物仍是当前的重点工作之一。除草本植物外，也可对木本植物进行选育。有人用杨树和柳树进行试验，发现它们对重金属污染土壤的修复具有良好的效果。此外，通过选育多种超积累植物，可用这些植物在重金属污染土壤区域构建生物群落，在不同季节进行不同组合，实现生物多样性，提高修复效率。4.2 生物工程技术和基因工程技术的应用建立超积累植物基因库，以便资源共享，加快研究步伐。通过应用生物工程技术和基因工程技术，将超积累植物基因导人一些生物量大、生长迅速、季节适应性强的植物体内，将可以培育出比较理想的具有超积累特性的植物。该技术的不断成熟和应用，将会突破目前超积累植物选育的瓶颈，并将因其绿色环保、经济高效而在以后的重金属污染土壤修复方面发挥不可替代的作用。4.3 多种修复技术的综合应用 虽然目前对于重金属污染土壤的修复方法多样，但就单一手段来看，任何一种技术都有其缺陷。这些技术在修复效率、经济成本、对生态扰动等方面有各自的局限，也因其某一局限而无法大力推广。许多研究尝试着将多种修复技术综合应用进行土壤修复，并取得较好的效果。如通过植物、微生物和化学药剂之间的相互作用和相互配合进行重金属污染土壤的修复，如植物一微生物联合定向修复重金属污染土壤的方法21 、重金属污染土壤改良剂及植物和化学联合修复方法22 等。多种修复技术的综合应用必将是土壤修复技术研究的趋势。4.4 建立监管体系和过程量化数学模型 对于重金属污染,应建立一个科学监测网，及时、准确掌握各区域污染类型和污染程度。根据土壤受污染状况，种植相应植物，以防重金属进入食物链，确保粮食安全。同时，掌握污染状况也能为后期治理提供依据。在治理过程中，应加强对污染物生态化学过程研究，建立量化数学模型。另外，对于生物修复也应重视生态风险的研究，并建立安全评价和监测管理体系。这方面的研究对于生态修复也是必不可少的补充。4.5 制定、完善法规，强化防治意识制定中华人民共和国土壤污染防治法，在普查的基础上对环境标准体系进行修订。鼓励各地政府和相关机构因时因地制定污染防治法规、政策。同时，加大科普宣传力度，强化人们的污染防治意识。 结语生物修复是一种环境友好型的修复技术, 与其他治理重金属污染的技术相比较, 生物修复不仅对土壤肥力结构没有破坏, 而且能有效改善土壤理化性质, 永久性修复土壤基质。生物修复被认为是替代物理化学修复的一种极具优势的方法。参考文献 1 冷天利, 蒋小军, 杨远祥. 锌铬复合污染对水稻根系可溶性糖代谢的影响 J . 生态环境, 2007, 16(4) : 1088- 1091. 2 韩志萍, 王趁义. 不同生态型芦竹对Cd 的富集与分布 J . 生态环境, 2007, 16( 4) : 106- 109. 3 杨海琳土壤重金属污染修复的研究J环境科学与管理，2009，34(6)：130135 4 任旭喜. 土壤重金属污染及防治对策研究. 环境保护科学, 1999( 5) : 31 33 5 Meers E, Ruttens A, Hopgood M, et al . 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