《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Chaney[5] 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