植物揮發(fā)

是指植物將其吸收與積累的重金屬元素轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)形態(tài)，并揮發(fā)出植物表面的過(guò)程。這種方法只用于具有揮發(fā)性的污染物，應(yīng)用范圍較小。同時(shí)該方法只是將污染物從土壤轉(zhuǎn)移到大氣，對(duì)環(huán)境仍有一定影響。目前這方面研究最多的是類(lèi)金屬元素Hg 和非金屬元素Se。草能使毒性大的二價(jià)汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)汞。印度芥菜有較高的吸收和積累硒的能力，在種植該植物的第 1 年即可使土壤中的全硒含量減少48%。報(bào)道指出，洋麻可以使土壤中47%的三價(jià)硒轉(zhuǎn)化為甲基硒揮發(fā)去除。



植物穩(wěn)定

是指利用植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬的生物有效性，或促進(jìn)土壤中重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榈投拘螒B(tài)，防止其進(jìn)入地下水和食物鏈，從而減少其對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的危害。但是這種方式并未使土壤中的重金屬去除，環(huán)境條件的改變?nèi)钥墒怪亟饘俚纳镉行园l(fā)生變化。施 用 磷 酸 鹽 可 以 促 使 鉛在根際形成磷氯鉛礦，從而把土壤中的鉛鈍化起來(lái)。根際環(huán)境的pH、氧化還原電位的改變，使得重金屬污染物的化學(xué)形態(tài)也發(fā)生相應(yīng)的變化，例如Cr6+具有較高的毒性，而通過(guò)轉(zhuǎn)化形成的 Cr3+溶解性很低，基本沒(méi)有毒性。


微生物修復(fù)法

微生物對(duì)重金屬污染土壤的生物修復(fù)作用主要是通過(guò)微生物對(duì)重金屬的溶解、轉(zhuǎn)化與固定來(lái)實(shí)現(xiàn)。

微生物對(duì)重金屬的溶解

主要是通過(guò)各種代謝活動(dòng)產(chǎn)生多種低分子量的有機(jī)酸直接或間接進(jìn)行的。最早的報(bào)道是真菌可以通過(guò)分泌氨基酸、有機(jī)酸以及其他代謝產(chǎn)物溶解重金屬及含重金屬的礦物。比較不同碳源條件下微生物對(duì)重金屬的溶解，發(fā)現(xiàn)土壤微生物能夠利用有效的營(yíng)養(yǎng)和能源，在土壤濾瀝過(guò)程中通過(guò)分泌有機(jī)酸絡(luò)合并溶解土壤中的重金屬。在滅菌試驗(yàn)中，未滅菌處理的淋洗液中重金屬。在滅菌處理的淋洗液中重金屬離子的濃度顯著高于滅菌處理。Loser等曾借助土著微生物的淋濾作用來(lái)修復(fù)德國(guó)薩克森地區(qū)河流沉積物的重金屬污染，指出處理過(guò)程中基質(zhì)的最適投加量為2%，最適溫度在30~40°C之間，去除率最高可達(dá)98%。

微生物對(duì)重金屬的氧化還原轉(zhuǎn)化

在外界環(huán)境中，變價(jià)金屬As、Cr、Co和Au等可以不同的價(jià)態(tài)形式存在，而細(xì)菌代謝活動(dòng)可以通過(guò)其氧化還原作用改變它們的價(jià)態(tài)。Chang等在污水處理廠發(fā)現(xiàn)一種噬硫酸鹽細(xì)菌可以還原Cr6+為低毒的溶解度較小的Cr3+，從而降低水體中的重金屬毒性。土壤中還分布著多種可以使鉻酸鹽和重鉻酸鹽還原的微生物，如產(chǎn)堿菌屬，芽孢桿菌屬、棒桿菌屬、腸桿菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬等，這些菌能將高毒性的Cr6+還原為低毒性的Cr3+。另外一些細(xì)菌，如硫-鐵桿菌類(lèi)能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假單胞桿菌能使As、Fe、Mn等發(fā)生氧化，從而降低這些重金屬元素的活性。

微生物對(duì)重金屬的生物固定

主要有3種作用方式：胞外絡(luò)合作用、胞外沉淀作用以及胞內(nèi)積累。細(xì)胞壁中的分子結(jié)構(gòu)具有活性，可以將金屬螯合在細(xì)胞表面。Papassiopi等對(duì)兩組Cr(Ⅵ)污染土壤樣品進(jìn)行生物固定處理后，土壤中可溶性Cr的含量分別從13mg/kg降到低于0.5mg/kg,120mg/kg降到低于5.6mg/kg。

從芽孢桿菌上分離下來(lái)的細(xì)胞壁可以從溶液中螯合大量的金屬元素，當(dāng)將細(xì)胞壁放入含氯化金的水溶液中時(shí)，可在細(xì)胞壁上通過(guò)聚合作用形成微小晶體。可調(diào)節(jié)Zn2+、Pb2+和其他金屬的氧化還原反應(yīng)，如硫桿菌可氧化鐵和硫。


微生物-植物的聯(lián)合修復(fù)

盡管植物修復(fù)技術(shù)具有不造成二次污染、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是植物作為活的生命體，其生長(zhǎng)必然受到各種自然和人為因素的限制，修復(fù)過(guò)程通常較為緩慢;一種植物往往只吸收一種或幾種重金屬，對(duì)土壤中其他濃度較高的重金屬則表現(xiàn)出某些中毒癥狀，從而限制了植物修復(fù)技術(shù)在多種重金屬污染土壤方面的應(yīng)用;同時(shí)要針對(duì)不同污染狀況的土壤選用不同的生態(tài)型植物：重金屬污染嚴(yán)重的土壤應(yīng)選用超積累植物，而污染較輕的土壤應(yīng)栽種耐重金屬植物。



此外篩選超積累植物很難。而對(duì)于微生物修復(fù)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)技術(shù)仍局限在科研和實(shí)驗(yàn)室水平，實(shí)驗(yàn)室的微生物修復(fù)研究，因修復(fù)條件較為理想化，被干擾因素極少，其修復(fù)可能很好，如一旦將室內(nèi)的微生物修復(fù)技術(shù)放入到現(xiàn)場(chǎng)條件下，干擾因素復(fù)雜，一系列的新問(wèn)題可能會(huì)出現(xiàn)。


廣西省河池市環(huán)江縣5000多畝采礦洪水污染農(nóng)田植物修復(fù)工程

修復(fù)前：廣西某縣因洪災(zāi)造成超過(guò)5000畝農(nóng)田土壤被嚴(yán)重污染，部分土壤甚至寸草不生，這已成為廣西當(dāng)前最突出的環(huán)境問(wèn)題。修復(fù)后：建立污染土地的植物修復(fù)示范工程，目前已開(kāi)始種植超富集植物進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)試驗(yàn)，取得初步成效。

目前研究較多的是菌根修復(fù)，因?yàn)榫峭寥乐械恼婢z與高等植物根形成的一種聯(lián)合體，菌根修復(fù)只是微生物-植物的聯(lián)合修復(fù)的一種。一方面植物根部的表皮細(xì)胞脫落、酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，為微生物提供了更好的生長(zhǎng)環(huán)境，另一方面菌根真菌的活動(dòng)可改善根際微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)植物抗病能力，極大地提高植物在逆境(如干旱、有毒物質(zhì)污染等條件下的生存能力。

展望

生物修復(fù)技術(shù)作為一種新興高效、綠色廉價(jià)的修復(fù)途徑，它可以最大限度地降低修復(fù)時(shí)對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)。但該技術(shù)目前還不太成熟，有待進(jìn)一步完善。目前，植物修復(fù)的發(fā)展還依賴(lài)于高效吸收污染物的植物種類(lèi)開(kāi)發(fā)、土壤改良劑以及優(yōu)化植物栽培等農(nóng)業(yè)措施。