污染土壤生态修复研究进展
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作者: 闫世江 张继宁 刘洁
摘要：介绍了国内外污染土壤生态修复的研究进展，分析了污染土壤生态修复的基本原理、修复内容、修复特点等，最后指出了污染土壤生态修复的前景。
关键词：污染土壤；生态修复；重金属污染；有机物污染
土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源[1]。随着石油、城市垃圾、工业废物、农药、化肥的不断渗入，我国的土壤污染问题日趋严重，已严重威胁着人类的生存环境和农业的可持续发展，成为继水污染、大气污染、噪声污染和固体废物污染后备受社会广泛关注的污染问题之一。据不完全统计，目前我国受各种污染物污染的耕地有1 200多万hm2，约占全国耕地总面积的10%，严重威胁着人类的生命健康。
加强土壤肥力的培育，防治土壤污染，实施污染土壤的清洁显得十分必要。近年来，土壤污染的生态修复技术在国内外已成为十分活跃的研究热点。与传统的物理修复和化学修复相比，生态修复具有高效、无二次污染与操作简便等特点，逐渐被大家所认识[2]。本文对污染土壤的生态修复技术研究作一综合介绍，以期为致力于这方面研究的科学工作者提供有益的参考。
1 污染土壤生态修复基本原理
生态修复（Ecological remediation）是指在生态学原理指导下，以广义的生物修复（包括微生物修复、植物修复、动物修复和酶学修复）为基础，结合各种物理修复、化学修复以及工程技术措施，通过优化组合和技术再造，使之达到最佳效果和最低耗费的一种综合的修复污染环境的方法。也就是说，生态修复是根据生态学原理，利用特异生物（如修复植物或专性降解微生物等）对环境污染物的代谢过程，并借助物理修复与化学修复以及工程技术的某些措施加以强化或条件优化，使污染环境得以修复的综合性环境污染治理技术[3]。
2 污染土壤生态修复研究内容
2.1 重金属污染土壤生态修复研究
重金属污染土壤生态修复研究多以植物为核心。主要包括修复植物筛选与合理搭配、修复机理和根际圈效应以及修复强化措施与应用。有关超积累植物筛选的研究经历了从对Ni、Cu、Zn 和Mn的超积累植物的筛选[4]，到近年来对Cd、Pb和As等重金属超积累植物的筛选[5]的过程。
近年来，对重金属污染土壤生态修复的研究已由对单一重金属污染的修复研究转移到对多种重金属复合污染的修复研究，包括对一些已经发现的单一重金属超积累植物，检验其是否具有对多种重金属污染的修复作用。为了解决土壤重金属复合污染的问题，许多学者还就多种单一重金属污染超积累植物的合理搭配进行了研究与探索。
随着植物生理生态学和分子生物学以及各种微观技术的发展，植物超积累机理的研究在不断深入。有研究发现，植物根系分泌物特别是有机酸能通过螯合作用或酸化根际环境促进土壤重金属的溶解和根系的吸收，这可能与植物体内某些专一性运输蛋白的特殊作用有关。也有研究表明，超积累植物对重金属有较强的耐性，它对重金属的富集可能与一些转运蛋白有关，如转运蛋白基因ZnT-1对Zn转运。目前已有成功从植物体内分离出与超积累及耐性相关的一些转运蛋白基因的报道[6]。
近年来，利用转基因植物修复重金属污染土壤的研究也取得一定的进展。Banuelos[7]等在田间试验条件下，研究了转基因植物印度芥菜对Se富集的能力，结果表明，与野生型印度芥菜相比，转基因型印度芥菜的富集能力几乎提高了近1倍。
除以上外，一些学者还开展了通过施加各种添加剂来提高植物对重金属污染土壤修复效果的研究。如施加EDTA、EDDS、有机酸等[8-9]后能明显提高植物的修复效果，但这些研究存在一定的缺陷，即易对环境产生不良影响。此外，利用微生物促进植物对某一或某几种重金属富集的研究报道也较多，如丛枝菌根真菌促进植物对Zn、Cd、Pb或As的富集作用。
重金属污染土壤生态修复研究较多但研究得不够深入，目前仍有一些机理不完全清楚，生态修复的方法操作和应用还不成熟。因此，加强重金属污染土壤的生态修复机理、实用技术及多学科交叉研究是今后研究的重点。
2.2 有机物污染土壤生态修复研究
有机物污染土壤生态修复研究主要是围绕微生物修复作用展开的，这方面的研究内容大致包括高效降解微生物筛选和合理搭配、生物修复的化学强化和生物化学强化、生物修复的物理强化和物理化学强化、生物修复的电化学强化、生物修复的酶学强化以及植物与微生物的联合修复等。目前，有关有机物污染土壤生态修复的研究主要集中在对高效降解微生物的筛选、分离、鉴定等方面[10]。
3 污染土壤生态修复技术特点
目前，尽管污染土壤的物理修复、化学修复以及工程修复技术已取得一定进展并出现了一些实用技术，但往往会破坏污染土壤的理化性质，甚至会造成对环境的二次污染，对于污染面积巨大且污染程度较轻的土壤基本上难以应用。重金属等无机污染的植物修复和有机污染的生物修复虽克服了这些缺点，但由于这些技术本身所固有的一些应用条件的限制，在修复实践中也难以推广，大多只是处于试验阶段或是基础研究阶段。
与传统的物理和化学修复技术相比，污染土壤生态修复技术具有以下优点：（1）土壤的物理、化学和生物学特性基本保持不变，一般不破坏植物生长所需要的土壤环境；（2）实现有机污染物的矿化；（3）处理形式多样，可根据条件分别采用原位和异位修复方式；（4）处理成本低；（5）应用范围广泛，可处理不同类型、不同程度的污染土壤。
4 污染土壤生态修复研究前景
综上所述，生态修复研究虽然有较多的报道，但目前仍处于基础性研究阶段，仍有一些修复机理不完全清楚，修复的实践应用和操作方法还不够成熟。因此，污染土壤的生态修复机理研究将是污染土壤生态修复研究的一个重点。
从生态学的角度看，污染土壤生态修复研究的核心内容仍然是超积累植物和高效降解微生物的筛选及合理搭配、修复机理的探索和基于植物与微生物联合修复的根际圈效应、以广义生物修复为核心的联合修复以及修复强化措施的研究。其应用不可避免地要利用分子生物学方法和农业高新技术，因此环境科学与生物学、农学的交叉融合必将成为污染土壤生态修复的一种重要研究方法。从这种意义上来看，生态修复将成为解决污染土壤的根本手段。如何综合运用环境科学、生物学和农学等多学科原理，研究既实用又造价低廉的污染土壤生态修复实用技术，将是污染土壤生态修复研究的另一个重点。
参考文献
[1] 周启星,宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M].北京:科学出版社,2004.
[2] 熊明彪.污染土壤生态修复研究综述[J].中国水土保持,2009(6):41-42.
[3] 周启星,魏树和,张倩茹,等.生态修复[M].北京:中国环境科学出版社,2006.
[4] Brown S L, Chaney R L, Angle J S, et al. Phytoremediation potential of Thlaspi caerulescens and bladder campion for zinc and cadmium-contaminated soil[J]. Joural of Environmental Quality, 1994 (23):1151-1157.
[5] Ma L Q, Komar K M, Tu C, et al. A fem that hyperaccumulates arsenic[J]. Nature, 2001, 409 :579.
[6] 郎明林,张玉秀,柴团耀.基因工程改良植物重金属抗性与富集能力的研究进展[J].生物工程学报, 2004,20(2):157-164.
[7] Banuelos G, Leduc D L, Pilon-Smits E A H, et al. Transgenic Indian mustard overexpressing selenocysteine lyase or selenocysteine methyltransferase exhibit enhanced potential for selenium phytoremediation under field conditions[J]. Environmental Science & Technology, 2007, 41(2):599-605.
[8] Liphadzi M S, Kirkham M B, Snyman H G. Heavy metal displacement in EDTA assisted phytoremediation of biosolids soil[J]. Water Science and Technology, 2006, 54 (5):147-153.
[9] Turgut C , Pepe M K, Cutright T J. The effect of EDTA and citric acid on phytoremediation of Cd, Cr, and Ni from soil using Helianthus annuus [J]. Environmental Pollution, 2004, 131(1):147-154.
[10]Sheng X F, Gong J X. Increased degradation of phenanthrene in soil by Pseudom onas sp. GF3 in the presence of wheat[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006,38(9):2587-2592.
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