生物修复技术为土壤“疗伤”-9728太阳集团

据2014年国家环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染调查公报》显示，全国土壤总的超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达19.4%;在调查的重污染企业用地和工业废弃地点位中，超标率分别高达36.3%和34.9%。

由此可见，我国土壤污染的总体形势严峻。另外，土壤污染类型还呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。据不完全统计，全国每年因土壤污染而减产粮食1000万吨，因重金属污染的粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿元。

我国土壤修复技术经历物理修复、土地复垦、化学和生物恢复等阶段，其中，处于刚刚起步阶段的生物修复技术因具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点备受关注。

微生物修复极具潜力

生物修复是一项清洁的低投资、高效益、便于应用、发展潜力较大的新兴技术，生物修复利用生物(包括植物、微生物和原生动物)的代谢功能，吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态恢复。从参与修复过程的生物类型来划分，生物修复包括微生物修复、植物修复、动物修复和联合修复等类型。

微生物修复技术就是利用土壤中的土著微生物的代谢功能，或者补充具有降解转化污染物能力的人工培养的功能微生物群，通过创造适宜环境条件，促进或强化微生物代谢功能，从而降解并最终消除污染物的生物修复技术。

微生物修复的实质是生物降解或者生物转化，即微生物对有机污染物的分解作用或者对无机污染物的钝化作用。利用微生物修复技术既可治理农药、除草剂、石油、多环芳烃等有机物污染的环境，又可治理重金属等无机物污染的环境;既可使用土著微生物进行自然生物修复，又可通过补充营养盐、电子受体及添加人工培养菌或基因工程菌进行人工生物修复;既可进行原位修复，也可进行异位修复。

从目前来看，微生物修复是最具发展潜力的技术，但微生物个体微小，富集有重金属的微生物细胞难以从土壤中分离，还存在与修复现场土著菌株竞争等不利因素。近年来微生物修复研究工作着重于筛选和驯化高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、寿命和安全性，并通过修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控等方面，最终实现针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复技术的工程化应用。

联合修复成热点

植物修复技术是利用自然生长植物根系(或茎叶)吸收、富集、降解或者固定污染土壤、水体和大气中的污染物的环境技术总称。主要通过植物提取、植物蒸腾作用、根系过滤和植物钝化来实现。植物修复技术目前主要利用对重金属有富集特征的植物吸收或者吸附积累重金属，达到从土壤中除去重金属的目的。

动物修复是利用土壤中蚯蚓等低等动物和其体内的微生物，在污染土壤中生长、繁殖等活动过程中对土壤中的污染物进行转化和富集的作用，最后通过对这些动物集中处理，从而降低土壤中的污染物。土壤动物修复技术未来的发展方向是将土壤动物作为一种“催化剂”，将其放入被污染的土壤中，提高传统生物土壤修复技术的修复速度和效率。

联合修复技术就是协同两种或两种以上修复方法，克服单项修复技术的局限性，实现对多种污染物的同时处理和对复合污染土壤的修复。该方法已成为土壤修复技术中的重要研究内容，其中植物—微生物联合修复是最为广泛采用的联合生物修复技术。

目前，重金属污染土壤的植物—微生物联合修复作为一种强化植物修复技术逐渐成为国际研究热点，这种方式可以充分发挥各自的优势，从而提高污染环境的修复效率。微生物可以辅助超积累植物修复重金属污染土壤，其代谢过程可改变根际土壤重金属的生物有效性，从而有利于超积累植物对重金属的吸收和积累，微生物的代谢产物还可改善土壤生态环境。另外，微生物还能够分泌植物激素类物质、铁载体等活性物质，促进植物的生长。反之，植物根系分泌氨基酸、糖类、有机酸及可溶性有机质等可以被微生物代谢利用，促进微生物的生长，有利于提高植物—微生物联合修复的效率。

而在有机物污染土壤中，植物生长时，其根系提供了微生物生长的最佳场所，反过来，微生物的旺盛生长，增强了对有机污染物的降解，也使得植物有更好的生长环境，所以，植物—微生物联合体系就能够促进有机污染物的快速降解、矿化。

未来须突破应用局限

我国微生物修复技术近些年发展较为迅速，人们在微生物资源、降解途径以及修复技术研发等方面取得了一定的研究进展，开展微生物酶制剂及其相关环境修复制剂的研发，积极探索土壤修复反应器工艺技术，开展与动物植物或者物理化学土壤修复技术相结合。

但是，在现实修复过程中还需要认识和解决其中出现的新问题，如微生物代谢活动易受环境条件变化影响，特定的微生物只能吸收利用降解特定类型的污染物;外源微生物的生长条件与原则问题;生物修复过程中微生物的适应性机制与影响因素的研究问题;有机污染物降解过程中的次生污染物安全问题等。

因而未来生物修复技术需要突破应用的局限，多途径、多方法分离具有高效降解特性的菌株，建立环境修复微生物资源库;利用基因工程手段改良菌株，使其扩大降解范围，提高降解能力，解决复合污染土壤的修复问题;开展酶学研究，使微生物制剂产业化;发展多种修复方式之间的组合研究。

总之，相信随着科学的发展，大规模利用生物降解土壤污染物、治理环境污染，不久将会成为现实。

来源：科学网 作者：刘志培 刘双江

(作者系中国科学院微生物研究所研究员)