干货|矿山重金属污染植物修复技术

植物挥发

是指植物将其吸收与积累的重金属元素转化为可挥发形态，并挥发出植物表面的过程。这种方法只用于具有挥发性的污染物，应用范围较小。同时该方法只是将污染物从土壤转移到大气，对环境仍有一定影响。目前这方面研究最多的是类金属元素Hg 和非金属元素Se。草能使毒性大的二价汞转化为气态汞。印度芥菜有较高的吸收和积累硒的能力，在种植该植物的第 1 年即可使土壤中的全硒含量减少48%。报道指出，洋麻可以使土壤中47%的三价硒转化为甲基硒挥发去除。



植物稳定

是指利用植物降低重金属的活性，从而减少重金属的生物有效性，或促进土壤中重金属转变为低毒形态，防止其进入地下水和食物链，从而减少其对环境和人类健康的危害。但是这种方式并未使土壤中的重金属去除，环境条件的改变仍可使重金属的生物有效性发生变化。施 用 磷 酸 盐 可 以 促 使 铅在根际形成磷氯铅矿，从而把土壤中的铅钝化起来。根际环境的pH、氧化还原电位的改变，使得重金属污染物的化学形态也发生相应的变化，例如Cr6+具有较高的毒性，而通过转化形成的 Cr3+溶解性很低，基本没有毒性。


微生物修复法

微生物对重金属污染土壤的生物修复作用主要是通过微生物对重金属的溶解、转化与固定来实现。

微生物对重金属的溶解

主要是通过各种代谢活动产生多种低分子量的有机酸直接或间接进行的。最早的报道是真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物溶解重金属及含重金属的矿物。比较不同碳源条件下微生物对重金属的溶解，发现土壤微生物能够利用有效的营养和能源，在土壤滤沥过程中通过分泌有机酸络合并溶解土壤中的重金属。在灭菌试验中，未灭菌处理的淋洗液中重金属。在灭菌处理的淋洗液中重金属离子的浓度显著高于灭菌处理。Loser等曾借助土著微生物的淋滤作用来修复德国萨克森地区河流沉积物的重金属污染，指出处理过程中基质的最适投加量为2%，最适温度在30~40°C之间，去除率最高可达98%。

微生物对重金属的氧化还原转化

在外界环境中，变价金属As、Cr、Co和Au等可以不同的价态形式存在，而细菌代谢活动可以通过其氧化还原作用改变它们的价态。Chang等在污水处理厂发现一种噬硫酸盐细菌可以还原Cr6+为低毒的溶解度较小的Cr3+，从而降低水体中的重金属毒性。土壤中还分布着多种可以使铬酸盐和重铬酸盐还原的微生物，如产碱菌属，芽孢杆菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、假单胞菌属和微球菌属等，这些菌能将高毒性的Cr6+还原为低毒性的Cr3+。另外一些细菌，如硫-铁杆菌类能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假单胞杆菌能使As、Fe、Mn等发生氧化，从而降低这些重金属元素的活性。

微生物对重金属的生物固定

主要有3种作用方式：胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累。细胞壁中的分子结构具有活性，可以将金属螯合在细胞表面。Papassiopi等对两组Cr(Ⅵ)污染土壤样品进行生物固定处理后，土壤中可溶性Cr的含量分别从13mg/kg降到低于0.5mg/kg,120mg/kg降到低于5.6mg/kg。

从芽孢杆菌上分离下来的细胞壁可以从溶液中螯合大量的金属元素，当将细胞壁放入含氯化金的水溶液中时，可在细胞壁上通过聚合作用形成微小晶体。可调节Zn2+、Pb2+和其他金属的氧化还原反应，如硫杆菌可氧化铁和硫。


微生物-植物的联合修复

尽管植物修复技术具有不造成二次污染、费用低等优点，但是植物作为活的生命体，其生长必然受到各种自然和人为因素的限制，修复过程通常较为缓慢;一种植物往往只吸收一种或几种重金属，对土壤中其他浓度较高的重金属则表现出某些中毒症状，从而限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤方面的应用;同时要针对不同污染状况的土壤选用不同的生态型植物：重金属污染严重的土壤应选用超积累植物，而污染较轻的土壤应栽种耐重金属植物。



此外筛选超积累植物很难。而对于微生物修复来说，大多数技术仍局限在科研和实验室水平，实验室的微生物修复研究，因修复条件较为理想化，被干扰因素极少，其修复可能很好，如一旦将室内的微生物修复技术放入到现场条件下，干扰因素复杂，一系列的新问题可能会出现。


广西省河池市环江县5000多亩采矿洪水污染农田植物修复工程

修复前：广西某县因洪灾造成超过5000亩农田土壤被严重污染，部分土壤甚至寸草不生，这已成为广西当前最突出的环境问题。修复后：建立污染土地的植物修复示范工程，目前已开始种植超富集植物进行土壤重金属污染修复试验，取得初步成效。

目前研究较多的是菌根修复，因为菌根是土壤中的真菌菌丝与高等植物根形成的一种联合体，菌根修复只是微生物-植物的联合修复的一种。一方面植物根部的表皮细胞脱落、酶和营养物质的释放，为微生物提供了更好的生长环境，另一方面菌根真菌的活动可改善根际微生态环境，增强植物抗病能力，极大地提高植物在逆境(如干旱、有毒物质污染等条件下的生存能力。

展望

生物修复技术作为一种新兴高效、绿色廉价的修复途径，它可以最大限度地降低修复时对环境的扰动。但该技术目前还不太成熟，有待进一步完善。目前，植物修复的发展还依赖于高效吸收污染物的植物种类开发、土壤改良剂以及优化植物栽培等农业措施。