據(jù)2014年國家環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合公布的《全國土壤污染調(diào)查公報》顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，其中耕地土壤點位超標率高達19.4%;在調(diào)查的重污染企業(yè)用地和工業(yè)廢棄地點位中，超標率分別高達36.3%和34.9%。

由此可見，我國土壤污染的總體形勢嚴峻。另外，土壤污染類型還呈現(xiàn)出新老污染物并存、無機有機復(fù)合污染的局面。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年因土壤污染而減產(chǎn)糧食1000萬噸，因重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成直接經(jīng)濟損失超過200億元。

我國土壤修復(fù)技術(shù)經(jīng)歷物理修復(fù)、土地復(fù)墾、化學和生物恢復(fù)等階段，其中，處于剛剛起步階段的生物修復(fù)技術(shù)因具有成本低、操作簡單、無二次污染、處理效果好且能大面積推廣應(yīng)用等優(yōu)點備受關(guān)注。

微生物修復(fù)極具潛力

生物修復(fù)是一項清潔的低投資、高效益、便于應(yīng)用、發(fā)展?jié)摿^大的新興技術(shù)，生物修復(fù)利用生物(包括植物、微生物和原生動物)的代謝功能，吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)恢復(fù)。從參與修復(fù)過程的生物類型來劃分，生物修復(fù)包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)等類型。

微生物修復(fù)技術(shù)就是利用土壤中的土著微生物的代謝功能，或者補充具有降解轉(zhuǎn)化污染物能力的人工培養(yǎng)的功能微生物群，通過創(chuàng)造適宜環(huán)境條件，促進或強化微生物代謝功能，從而降解并最終消除污染物的生物修復(fù)技術(shù)。

微生物修復(fù)的實質(zhì)是生物降解或者生物轉(zhuǎn)化，即微生物對有機污染物的分解作用或者對無機污染物的鈍化作用。利用微生物修復(fù)技術(shù)既可治理農(nóng)藥、除草劑、石油、多環(huán)芳烴等有機物污染的環(huán)境，又可治理重金屬等無機物污染的環(huán)境;既可使用土著微生物進行自然生物修復(fù)，又可通過補充營養(yǎng)鹽、電子受體及添加人工培養(yǎng)菌或基因工程菌進行人工生物修復(fù);既可進行原位修復(fù)，也可進行異位修復(fù)。

從目前來看，微生物修復(fù)是最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，但微生物個體微小，富集有重金屬的微生物細胞難以從土壤中分離，還存在與修復(fù)現(xiàn)場土著菌株競爭等不利因素。近年來微生物修復(fù)研究工作著重于篩選和馴化高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性，并通過修復(fù)過程參數(shù)的優(yōu)化和養(yǎng)分、溫度、濕度等關(guān)鍵因子的調(diào)控等方面，最終實現(xiàn)針對性強、高效快捷、成本低廉的微生物修復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用。

聯(lián)合修復(fù)成熱點

植物修復(fù)技術(shù)是利用自然生長植物根系(或莖葉)吸收、富集、降解或者固定污染土壤、水體和大氣中的污染物的環(huán)境技術(shù)總稱。主要通過植物提取、植物蒸騰作用、根系過濾和植物鈍化來實現(xiàn)。植物修復(fù)技術(shù)目前主要利用對重金屬有富集特征的植物吸收或者吸附積累重金屬，達到從土壤中除去重金屬的目的。

動物修復(fù)是利用土壤中蚯蚓等低等動物和其體內(nèi)的微生物，在污染土壤中生長、繁殖等活動過程中對土壤中的污染物進行轉(zhuǎn)化和富集的作用，最后通過對這些動物集中處理，從而降低土壤中的污染物。土壤動物修復(fù)技術(shù)未來的發(fā)展方向是將土壤動物作為一種“催化劑”，將其放入被污染的土壤中，提高傳統(tǒng)生物土壤修復(fù)技術(shù)的修復(fù)速度和效率。

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)就是協(xié)同兩種或兩種以上修復(fù)方法，克服單項修復(fù)技術(shù)的局限性，實現(xiàn)對多種污染物的同時處理和對復(fù)合污染土壤的修復(fù)。該方法已成為土壤修復(fù)技術(shù)中的重要研究內(nèi)容，其中植物—微生物聯(lián)合修復(fù)是最為廣泛采用的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)。

目前，重金屬污染土壤的植物—微生物聯(lián)合修復(fù)作為一種強化植物修復(fù)技術(shù)逐漸成為國際研究熱點，這種方式可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而提高污染環(huán)境的修復(fù)效率。微生物可以輔助超積累植物修復(fù)重金屬污染土壤，其代謝過程可改變根際土壤重金屬的生物有效性，從而有利于超積累植物對重金屬的吸收和積累，微生物的代謝產(chǎn)物還可改善土壤生態(tài)環(huán)境。另外，微生物還能夠分泌植物激素類物質(zhì)、鐵載體等活性物質(zhì)，促進植物的生長。反之，植物根系分泌氨基酸、糖類、有機酸及可溶性有機質(zhì)等可以被微生物代謝利用，促進微生物的生長，有利于提高植物—微生物聯(lián)合修復(fù)的效率。

而在有機物污染土壤中，植物生長時，其根系提供了微生物生長的最佳場所，反過來，微生物的旺盛生長，增強了對有機污染物的降解，也使得植物有更好的生長環(huán)境，所以，植物—微生物聯(lián)合體系就能夠促進有機污染物的快速降解、礦化。

未來須突破應(yīng)用局限

我國微生物修復(fù)技術(shù)近些年發(fā)展較為迅速，人們在微生物資源、降解途徑以及修復(fù)技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進展，開展微生物酶制劑及其相關(guān)環(huán)境修復(fù)制劑的研發(fā)，積極探索土壤修復(fù)反應(yīng)器工藝技術(shù)，開展與動物植物或者物理化學土壤修復(fù)技術(shù)相結(jié)合。

但是，在現(xiàn)實修復(fù)過程中還需要認識和解決其中出現(xiàn)的新問題，如微生物代謝活動易受環(huán)境條件變化影響，特定的微生物只能吸收利用降解特定類型的污染物;外源微生物的生長條件與原則問題;生物修復(fù)過程中微生物的適應(yīng)性機制與影響因素的研究問題;有機污染物降解過程中的次生污染物安全問題等。

因而未來生物修復(fù)技術(shù)需要突破應(yīng)用的局限，多途徑、多方法分離具有高效降解特性的菌株，建立環(huán)境修復(fù)微生物資源庫;利用基因工程手段改良菌株，使其擴大降解范圍，提高降解能力，解決復(fù)合污染土壤的修復(fù)問題;開展酶學研究，使微生物制劑產(chǎn)業(yè)化;發(fā)展多種修復(fù)方式之間的組合研究。

總之，相信隨著科學的發(fā)展，大規(guī)模利用生物降解土壤污染物、治理環(huán)境污染，不久將會成為現(xiàn)實。

來源：科學網(wǎng) 作者：劉志培 劉雙江

(作者系中國科學院微生物研究所研究員)