电子垃圾影响区多氯联苯污染农田土壤的生物修复机制与技术发展

电子垃圾中含有大量多氯联苯等有毒有害物质,对电子垃圾的不当拆解可造成土壤、水体和大气的污染,进而对生态环境和人体健康构成潜在的威胁。生物修复是利用生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等功能,加速去除环境中污染物质的过程。根据修复所用的主体,生物修复又可分为植物修复、微生物修复、动物修复及其联合修复等。本文结合笔者的研究工作,综述了我国东南沿海某典型电子垃圾拆解区土壤多氯联苯的污染特征,并介绍了当前国内外对多氯联苯污染土壤的微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复技术及其机理研究的现状,并提出未来研究趋势,旨在为促进污染区土壤环境生物修复的深入研究、保障污染区的农产品质量安全和人体健康提供理论参考。     

植物修复对重金属镍污染土壤微生物群落的影响

采用室内盆栽试验方法,研究了外源镍污染土壤的植物修复对土壤微生物群落的影响。试验用水稻土中添加NiSO4.6H2O(100~1 600 mg kg-1)经过12周的驯化培养后,种植了2种超累积植物和1种耐性植物,经110 d的试验后进行了植物修复后土壤微生物活性的分析。结果表明,非根区土中添加镍的质量分数为100 mg kg-1时,对土壤中细菌、真菌和放线菌总数有一定的促进作用,土壤中微生物生物量最大;当添加镍的质量分数大于100 mg kg-1时,将对土壤微生物群落造成不利的影响。在植物修复过程中,通过植物的减毒(吸收重金属)作用和根系分泌物的作用,改善了土壤微生物的生存环境,提高了土壤微生物的数量和生物量。经过植物修复后,根区土壤微生物较非根区土壤的丰富,土壤微生物群落总DNA序列多样性指数相应增加,但不同植物对根区土壤微生物的贡献是不同的。     

多环芳烃污染土壤的微生物与植物联合修复研究进展

本文综述了多环芳烃(PAHs)污染土壤中微生物降解途径、机理及生物反应器的应用,并从植物修复角度,进一步阐述了与微生物联合作用促进污染土壤中PAHs降解的途径、机理及其应用。提出了利用微生物共代谢降解及其与植物联合修复PAHs污染土壤环境的生物修复技术未来研究课题。     

植物修复多环芳烃污染土壤的根际效应机制研究进展

多环芳烃类有机污染物在土壤中可长期存在,进而通过食物链对人类健康产生重大潜在风险。对多环芳烃污染土壤进行植物修复是一种环境友好且经济有效的污染补救策略。进行植物根际效应机制研究对于开发可持续性多环芳烃污染土壤的植物修复技术具有重要指导意义。对近年来的相关研究工作进行了总结,结果表明:多种禾本科植物具有较强的多环芳烃污染耐受性和较好的修复效能,利用多植物混植的联合修复方式表现出优于单一植物的修复优势。低分子量有机酸类根系分泌物通过与土壤中多环芳烃污染物形成反馈回路决定植物修复体系中多环芳烃的命运。修复植物根系分泌物可塑造特定的根际微生物区系,根际微生物可通过多种机制来降解土壤环境中的多环芳烃。针对在植物修复多环芳烃污染土壤研究过程中尚存在一些问题,提出了未来植物修复根际效应机理研究中应该关注的重点和方向,旨在为优化多环芳烃污染土壤植物修复技术提供科学依据与理论参考。     

植物和微生物修复石油污染土壤的研究进展

阐述了植物和微生物降解环境中石油污染物及PAHs的重要作用和最新进展。国内外大量实验室研究表明,不同植物和微生物(细菌、真菌和放线菌)联合修复石油污染土壤均得到了较为理想的效果,在某种程度上微生物菌群要优于单一菌株;土壤中植物根系与微生物形成根际效应对污染物的降解起到了促进作用;生物表面活性剂较合成表面活性剂具有更好的生态适宜性和石油污染土壤修复能力;土壤中多组分污染物共同修复虽处于起步阶段,其作用机理也有待进一步研究,但是,发展前景值得期待。目前该领域的研究仍存在一些问题有待解决:植物–微生物菌群降解石油污染物过程中,微生物菌群间协同和竞争机制及试验结果的可重复性尚需证实;实验室研究与大田环境条件的差异,使得目前的研究成果尚需田间试验的验证和支持;根据土壤类型和气候特点,研究极端(高含盐量;氮、磷等营养元素缺乏;低温)条件下的石油高效降解菌株/群,制备有效的便于大田应用的固体菌肥意义重大;同时在确定石油污染物对环境致害的限值的基础上,建立石油污染土壤评价体系也势在必行。     

砷污染土壤的生物修复研究进展

土壤As污染已是全球性问题,我国也不例外,对As污染土壤的生物修复已是研究热点,但相关机理仍不完全清楚.本文综述了国内外微生物、蚯蚓、植物在As污染土壤中吸收转化As及其解As毒机理,以及微生物-植物复合系统修复As污染土壤方面实验室内研究情况.目前广泛认为植物修复土壤重金属/非金属污染较有应用前景,可限于甚至是使用超富集植物单一作用下仍有较多缺陷,如通过微生物技术及蚯蚓调节根际微生态,以利于植物在污染土壤中存活或/和吸收更多的As,将极具应用前景.     

植物-微生物联合修复化学退化土壤研究进展

土壤化学退化问题严重威胁了人类生存的基础环境,已成为当前面临的严重的全球性问题之一。为增加粮食产量、减缓生物多样性下降速度以及遏制气候变化,逆转全球土壤化学退化趋势势在必行。生物修复是一种环境友好且经济有效的修复策略,逐渐成为改良与修复化学退化土壤的重要方法。特别是植物-微生物联合修复能够弥补单一修复方法的不足,显著提高化学退化土壤的修复效率,具有广阔的应用前景。但该联合修复技术针对不同化学退化类型土壤的治理效果、机理及影响因素等各有侧重。本文回顾了土壤营养元素亏缺、盐渍化、污染三种主要化学退化类型的成因、分布和危害,论述了植物-微生物联合修复在这三种化学退化类型治理方面的效果、内在机理和影响因素。针对土壤营养元素亏缺,微生物通过释放分泌物刺激植物根系等方式与植物有机结合,增强固氮、解磷等作用,提高对土壤养分的高效利用,并增加土壤肥力;而盐渍化土壤中添加能够适应极端环境的耐盐碱微生物可通过改善土壤结构、提高营养元素可利用度等,促进植物生长、改良盐渍化土壤;向污染土壤中接种微生物后通过优化植物根际环境、减少有毒污染物对植物的侵害,形成互利共生关系,加强对污染物的降解。综上所述,植物-微生...     

有机磷农药污染土壤的微生物降解研究进展

有机磷农药是目前我国使用量最大的农药之一,严重污染环境和生态系统,并通过食物链在生物体内富集,进而危害人类健康。微生物降解技术具有降解效率高、代谢途径多、无二次污染的优势,是目前清除环境中有机磷农药的主要手段,能有效降低有机磷农药的危害。目前有机磷农药的降解微生物主要是通过实验室纯培养方法获得,与自然生态环境中存在的降解功能性微生物信息差异较大,而利用不可培养方法识别功能性微生物的技术具有广阔的应用前景。本文从有机磷农药的使用情况及引发的环境问题出发,概述了有机磷农药在土壤中的迁移转化途径,稳定同位素探测技术和磁性纳米材料等不可培养方法对有机磷农药降解功能性微生物的识别,微生物降解有机磷农药污染土壤的功能基因、降解途径及降解机理;探讨了植物–微生物联合修复在有机磷农药污染土壤修复中的作用,并分析了环境因子及农药自身性质对有机磷农药降解的影响;最后,讨论了微生物降解技术存在的问题及今后研究方向。     

植物对污染土壤修复作用的研究进展

利用植物修复污染土壤是一种被人们认为安全可靠的方法.植物修复技术不仅能修复被石油污染的土壤,而且对更多品种污染的土壤修复有效,植物降解高分子有毒化合物的基础是根际环境及根际微生物,与无植物土壤不同.对根际区微生物降解和转化有机化合物的研究,更多的集中于植物对杀虫剂和除草剂的降解.事实证明,生物修复污染土壤是一项实用性和有效性很强的技术.     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。     

基于文献计量的土壤生物修复技术研究现状及进展分析

随着人类活动对地球环境的影响日益显著,土壤污染问题已成为社会关注的焦点。我国土壤修复起步较晚,且修复技术仅局限于物理、化学等常规手段。随着国家对污染防治攻坚战的深入推进,修复领域亟需高效、低耗、环保的新技术出现,而生物修复可以一定程度弥补现有修复技术的缺陷。因此,通过与传统物理化学修复比较,探究了生物技术（如动物、植物、微生物技术）的优势、使用特点及适用范围,对国内外生物土壤修复技术进行了计量分析。文献调研结果显示:①土壤生物修复主要关注多环芳烃、重金属等污染物,并且微生物技术是研究热点,前期主要探究降解菌的分离鉴定,现阶段则集中于相关机理分析;②动物修复技术的主体模式生物单一,主要利用蚯蚓的生物性和非生物性特性进行修复,在土壤修复中应用较少;③植物修复技术因其多样的修复机理,广泛应用于重金属污染场地,同时可与微生物协同处理污染物;④微生物修复技术主体多样,修复污染物种类多,并且可与其他修复技术联合应用,在生物修复技术中研究最为广泛;⑤对国内土壤修复的发展方向进行展望,以期推动我国修复领域技术的快速发展。     

大环内酯类抗生素在土壤中的迁移转化与毒性效应分析

抗生素已成为一种新型土壤环境污染源,为确切评估大环内酯类抗生素对土壤生态环境的影响,对该物质在土壤中的吸附、迁移、降解行为及毒理效应进行了综述,重点分析了大环内酯类抗生素在土壤中的降解过程,主要阐述了微生物与植物对大环内酯抗生素的生物降解作用,旨在为土壤污染防治与修复提供理论依据。     

铜川市三里洞煤矸石堆积地风化土壤重金属污染及植物富集特征

研究煤矿矸石地的土壤污染及植物对有毒元素的吸收可为污染治理和植被恢复提供科学依据。对铜川市三里洞煤矸石堆积地土壤污染和草本植物中重金属含量进行了研究。运用地质累积指数法和综合富集系数分别对土壤污染和草本植物富集重金属元素的能力进行了分析评价。结果表明,该区土壤中和草本植物中Cu,Cd,Zn,Mn,Ni,Pb,Cr元素均明显高于背景值;草本植物中Cu,Cd,Ni元素超出正常范围。土壤中重金属元素Cd为强度污染,Ni,Cu,Zn,Pb,Cr元素为轻度污染。不同植物中小飞蓬、铁杆蒿和野艾蒿对重金属元素的富集能力最强,其次为猪毛蒿和曼陀罗,狗牙根最差。     

中国土壤污染与修复科技研究进展和展望

土壤污染与修复是土壤学的一个重要分支学科,对推进中国土壤污染管控与修复工作、保障国家土壤环境安全和生态文明建设发挥着重要的科技支撑作用。简要分析了中国土壤污染状况,介绍了国内外土壤污染与修复技术研究现状与发展趋势,指出了我国土壤污染防治科技研发中存在的若干问题,提出了今后我国土壤污染与修复科技研究与发展的总体思路与主要方向等对策建议。     

土壤污染生态毒理诊断方法研究进展

土壤污染诊断研究对土壤污染预警和土壤污染修复效果评价具有重要的指导意义。近年来土壤污染日趋严重,污染类型呈现出复合型和多样化的趋势,传统的化学诊断法由于指标单一、样品前处理复杂且费用高已不能满足全面诊断土壤污染及评价土壤健康状况的要求。与传统的化学法相比,土壤污染生态毒理学诊断由于其灵敏度高、检测指标多样、响应快且能够从微观角度反映污染物胁迫效应,成为目前土壤污染诊断领域的热点。本文综合分析国内外文献,介绍了基于植物、动物、微生物、细胞、分子等不同层次的诊断方法并对其优缺点作了评价,同时也对其未来发展前景做出了展望。     

香薷属植物在重金属修复中的应用进展

香薷属植物应用于重金属修复经历了矿区植物资源调查和比较、室内模拟研究、田间规模修复以及修复后处置研究,已经初步形成一个植物修复技术的完整体系。在现有技术条件下,把生态修复模式、品种驯化及诱导剂"配方"应用到香薷属植物修复土壤重金属污染对提高修复效率具有重要意义。     

基于Tessier法的土壤中不同形态镉的转化及其影响因素研究进展

土壤重金属形态分析对土壤污染修复具有重要意义。综述了几种常见的重金属形态分析方法并基于Tessier五步连续浸提法分析土壤中Cd形态转化规律,进一步总结了土壤的理化性质对Cd形态的影响。不同类型土壤中Cd形态的含量分配比不同,土壤中的可交换态Cd含量较高,迁移性较强,对生物危害较大,因此可通过改变土壤pH值、土壤有机质和土壤氧化还原条件等土壤理化性质使可交换态Cd向残渣态Cd转化,进而降低土壤中Cd对生物的毒性作用。旨在深化读者对土壤Cd污染的认识,并为土壤Cd污染治理与修复提供参考。     

Speciation of heavy metals in garden soils: evidences from selective and sequential chemical leaching

Purpose  

Gardening (especially food growing) in urban areas is becoming popular, but urban soils are often very contaminated for historical reasons. There is lack of sufficient information as to the bioavailability of soil heavy metals to plants and human in urban environments. This study examines the relative leachability of Cr, Ni, As, Cd, Zn, and Pb for soils with varying characteristics. The speciation and mobility of these metals can be qualitatively inferred from the leaching experiments. The goal is to use the data to shed some light on their bioavailability to plant and human, as well as the basis for soil remediation.     

Plant- and microbe-assisted biochar amendment technology for petroleum hydrocarbon remediation in saline-sodic soils: A review

Soil degradation through salinization and pollution by toxic compounds such as petroleum hydrocarbons(PHCs) in the coastal wetlands has become a significant threat to ecosystem health, biodiversity, and food security. However, traditional remediation technologies can generate secondary pollutants, incur high operating costs, and consume significant quantities of energy. Bioremediation, using plants, biochar, and microbes, is an innovative and cost-effective option to remediate contaminated soils. Biochar, as a plant/microbe growth enhancer, is a promising green approach for the sustainable phytoremediation of PHCs in salinized soils. This review therefore summarizes the effect of plant-and microbe-assisted biochar amendment technology for the remediation of PHCs and salinization. Plant-microbe interactions mediated rhizodegradation despite increasing hydrocarbon sorption. Overall, microbial respiration is more active in biochar amendments, due to faster biodegradation of PHCs and improved soil properties. The use of biochar, plants, and microbes is recommended,as it offers a practical and sustainable option, both ecologically and economically, for the remediation of PHCs and excess salinity. Further development of new green technologies is to be encouraged.     

同位素稀释分析在土壤氮素循环利用研究中的应用

同位素稀释分析是研究氮素在土壤植物体系中转化和迁移特征的有效方法。本文对国内外近十年利用同位素稀释技术研究土壤微生物和植物对不同形态的氮素的利用与竞争进行了总结,强调了土壤在植物和微生物养分利用中的双重作用。利用同位素稀释分析还可以研究所施氮肥的转化、迁移、和流失,推断土壤-植物系统N肥平衡状况,对提高肥料利用率,科学施肥,减少氮素污染有着科学的指导作用。