土壤修复技术知识、案例分析及市场动态

土壤重金属污染由于它们在环境中的持久性，及不可生物降解的性质，导致它们累积毒性高，已成为一个严重的全球性问题。要使土壤完全恢复至未污染的状态非常困难。

土壤重金属污染治理问题是当今的热点问题。现阶段修复土壤重金属污染的主要方法有物理修复、化学修复和生物修复。植物修复是一种利用一些超富集植物将土壤中的重金属吸收到植物根部或转运到植物的地上部分，最后通过收割植物从而达到净化污染土壤的目的。利用超富集植物可以有效减少土壤中重金属的含量。施加钝化剂为原位化学修复方法，可以减少作物对重金属的吸收，且钝化剂作为化学添加剂具有见效快、价格便宜等优点。重金属污染的土壤在修复过程中微生物群落也会发生变化，且土壤微生物在不同的修复方式中也具有不同的作用。

丛枝菌根( Arbuscular Mycorrhizae，AM) 真菌是一类广泛分布于土壤生态系统中的有益微生物，能与 90% 以上的陆生高等植物形成共生体。研究发现，AM 真菌能够增强宿主植物对土壤中重金属胁迫的耐受性。

当前，利用 AM 真菌开展重金属污染土壤的生物修复已经引起环境学家和生态学家的广泛关注。

形成物理防御体系

丛枝根菌孢子

AM 真菌菌丝体表面重金属离子交换作用及螯合物的形成，真菌细胞壁组分如几丁质等对重金属的钝化固定，真菌体内有机酸根离子或无极酸根离子与重金属形成沉淀等作用可使土壤中的重金属固化，移动性减弱，从而有效降低重金属对宿主植物的毒害性 。研究表明，菌根化玉米( Zea mays) 籽苗中 Pb 主要存在于菌丝细胞壁、菌丝内腔细胞膜、菌丝内腔和液泡内腔膜，因此植株体内 Pb 含量减少，缓解了Pb 对玉米幼苗的毒害作用。

①   植物根系/菌根分泌的鳌合物与重金属产生絮凝作用；

②   植物根系/菌根表面(即细胞壁)对重金属的吸附作用；

③   植物根系/菌根细胞壁对重金属的屏障作用；

④   进入细胞壁的重金属被固定在原生质膜上；

⑤   植物根系/菌根细胞膜上的运输体将重金属选择性吸收到细胞内；

⑥   AM真菌菌中的重金属运输体;

⑦   AM真菌上的膜转运蛋白通过主动/被动运输将重金属运输到植物细胞内；

⑧   重金属离子与细胞基质中的聚磷酸、蛋白质、氨基酸、有机/无机鳌合剂形成沉淀；

⑨   将重金属区域化到细胞液泡中；

⑩   将细胞内的重金属通过代谢作用主动排出；

?   重金属向植物地上部分转移并积累。

调控植物的生理代谢活动

1.改善宿主营养状况

2.改变植物根系形态

3.改变根系环境的理化状况

产生生化拮抗物质

1.次生代谢物质的合成

2.影响防御酶活性、调节重金属诱导蛋白的合成

AM真菌因其具有扩大植物根系的吸收面积、加快营养物质和灰分的运输速率、分泌活化物质等直接或间接作用，从而改善植物营养，促进植物生长。重金属污染土壤中接种适宜的AM真菌可以有效减轻重金属对植物的毒害水平，增加植株地上部分重金属元素的吸收或根系中的积累量，从而对重金属污染土壤生物修复起到促进作用。利用AM真菌进行生物修复是一门新兴的环境科学领域，国际上开展研究的历史较短，尚需加强以下领域的深入研究：

1.深化基础理论研究。

2.增加野外和自然条件下的试验研究。

3.利用分子生物技术及基因工程等手段，选育、驯化、培养耐性/抗性较强的AM真菌菌株。

4.筛选高效的植物-AM真菌组合，最大限度缩短生物修复进程。

5.进行AM真菌与其他有益微生物、有机残渣的组合研究，强化AM真菌的生物修复效果。

Aalipour等采用丛枝菌根真菌接种于亚桑柏根部以修复Cd污染土壤，可实现经济高效修复的同时防止二次污染的产生。其中，接种丛枝菌根真菌的亚桑柏的植株叶绿素含量显著增大，光合作用效果增强，且促进植株对土壤中磷的吸收，在实际应用中还可将假单胞菌与丛枝根菌协同接种使用，效果更显著。

针对土壤中Se(III)的修复，采用Acinetobactersp.JH7治理，可显著降低Se(III)的浓度，且菌群的生长代谢不受影响，在微生物场地修复应用中潜力巨大。

此外，微生物指标已被广泛用于评价冶炼厂、矿山铅锌污染废物处置区及含铅矿冶炼渣区，在边缘采集土路，表现出较高的金属浓度和微生物多样性。检测到的主要门样品中分别为:变形菌门、拟杆菌门和酸杆菌门。细菌耐潜在有毒金属(PTM)的存在，如Rhodoplanes, Kaistobacter,Sphingomonas和Flavisolibacter。单个微生物生物量虽然对土壤变化高度敏感，但在监测土壤污染方面存在一定的局限性。

生物量碳Cmic指数与土壤中重金属Cd、Cu、Pb 及Zn的浓度的含量呈负相关关系，但与土壤中的可溶性Cu浓度无相关关系。

生物量氮Nmic指数与重金属浓度的相关性较低，但对于污染程度较高的场地，可较好地评估Cu、Zn、Cd、Pb、Ni 及Zn污染状况及修复状况。

此外,当重金属污染浓度较低时，如Cd、Cu、Zn的浓度较低时，Cmic的短时间培养的效果不显著，无法判断修复的效果。Cmic/Nmic比值可有效用于修复效果的评估。Cmic/Nmic的比值升高，可显示高重金属含量，归因于重金属耐受菌真菌数量的增多，且相对于放线菌和细菌，真菌的重金属耐受度更好。

此外，Cmic/Corg比值也可作为一种敏感的评估重金属污染的工具，与As及Cu的含量呈负相关关系。在实际研究及应用中，应采用几种方式（生物指标）进行土壤质量诊断。