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    另辟蹊徑修復鎘污染土壤

    2015-01-12 09:11 | 作者: 沈春蕾 | 標簽: 修復鎘污染土壤

    很多國家曾飽受重金屬污染之苦,如1955年日本富山縣發生的痛痛病聞名于世。我國的鎘污染也十分嚴重,曾涉及11個省市的25個地區,如2012年的廣西河池市龍江河鎘污染事件。

    日前,由中國科學院武漢植物園研究員傅金民、碩士生羅宏基和助理研究員婁燕宏共同發明的“利用草坪草—微生物聯合修復鎘污染土壤的方法”獲國家發明專利授權。

    傅金民告訴《中國科學報》記者:“這種修復方法利用土壤—微生物—植物的共存關系,提高土壤中污染物的植物修復效率,最終達到徹底修復重金屬污染土壤的目的。”

    不容忽視的鎘污染

    鎘是毒性最強的重金屬元素之一,能夠對人類健康造成不良影響。曾有研究指出,鎘在生物體內的半衰期長達20~40年,從而使人體某些器官的鎘含量隨著年齡的增長而增加。

    傅金民指出,土壤鎘污染的來源主要包括自然和人為兩個方面。其中,自然來源包括巖石風化和火山活動等地質和環境地球化學過程,通過此方式進入土壤中的鎘在很大程度上取決于區域地理狀況。人為來源主要是由工業、農業和交通等引起。

    在農業生產過程中,含重金屬的化肥、有機肥、城市廢棄物和農藥的不合理施用、污水灌溉等可能導致土壤鎘污染,除此之外,畜禽養殖業也不可忽視。傅金民說:“污泥施用、污水灌溉是造成土壤鎘污染的重要原因之一。”

    如何有效治理鎘污染,修復生態環境,是全社會高度關注的一個問題。這些年來,國內外鎘污染土壤的治理方式有很多種,如客土法、化學沖洗法、電化學法,以及植物修復技術。

    目前,對重金屬污染土壤的植物修復技術的研究主要集中在尋找超富集植物上??茖W家們也篩選到了很多超富集植物,如:天藍遏蘭菜、東南景天、寶山堇、蒲公英、龍葵、三葉鬼針草、球果蔊菜、美洲商陸、印度芥菜等。

    微生物—植物聯合修復

    植物和微生物共同生活在土壤環境中,植物根系為微生物提供了適宜的營養條件,保證了微生物數量和活性的維持;反之,微生物的旺盛生長優化了植物的根際微環境。在此基礎上,科學家發現了微生物—植物聯合修復技術。

    傅金民表示,這是一種強化植物修復的技術,為鎘污染土壤的生態修復提供了一條嶄新的途徑。

    近年來,微生物—植物聯合修復技術逐漸成為國內外研究的熱點。微生物—植物聯合修復的作用機理主要分為兩類:一是固定或鈍化,將有效態轉化為無效態,降低了重金屬進入食物鏈或污染周邊環境;二是活化,促進生物吸收以提高土壤重金屬的去除效率。微生物—植物聯合修復的形式也可分為兩種:一是植物與專性菌株的聯合修復;二是植物與菌根的聯合修復。

    “植物—微生物聯合修復技術可充分發揮植物和微生物各自的優點,優勢互補,提高修復效果,是目前公認為應用前景最為廣泛的重金屬污染土壤修復技術。”傅金民同時也指出,“該項技術為中試階段,有待于在鎘污染大田進行驗證。”

    然而,傅金民等人還發現了植物—微生物聯合修復的一些缺陷和不足,如篩選出的植物生物量普遍較低、個體矮小、生長緩慢,且受氣候和土壤等地域環境條件的限制,與植物、土壤的共存性不佳等,導致修復治理效率低和周期長,制約了大規模的應用。

    針對于此,他們提出了一種利用草坪草—微生物聯合修復鎘污染土壤的方法,該方法成本低廉、操作簡便,既能改善土壤環境,又有效利用了廢棄物,且具有良好的生態效益和社會效益。

    狗牙根和棘孢曲霉

    傅金民等人對湖南多處鎘污染地區的植被調查發現,狗牙根為該省多個污染地區的優勢植物之一,基于其生長快速、耐多次刈割,對土壤的鎘有一定萃取能力的特性,結合其形成的枯草層可增大地表徑流,可有效降低鎘在土壤中的遷移。

    “選擇狗牙根來修復鎘污染土壤,解決了與土壤環境適應性的問題,兼具美化環境的效果。”他們從其根際土壤中分離出了耐鎘微生物—棘孢曲霉,利用其和狗牙根聯合修復鎘污染土壤,解決了微生物、植物、土壤共存的問題。

    研究發現,通過接種棘孢曲霉,可有效降低鎘對狗牙根的毒害,其草坪質量、生長速度、葉綠素含量均高于未接種處理。他們對鎘含量的分析表明,狗牙根根部鎘含量增大,地上部鎘含量下降。這也正說明了棘孢曲霉—狗牙根聯合修復鎘污染土壤的效果很好,使土壤中的鎘在根部富集,降低了鎘在狗牙根體內的轉移。

    傅金民的研究開始于2011年,他們首先在鎘污染地區,采集了植物樣品和根際土壤樣品。

    回到實驗室,他們開展了兩方面的工作:一是對狗牙根種質資源(總共120余份,包括湖南采集的樣品34份)的耐鎘性進行了評價,篩選出了耐/富鎘材料和敏感材料;二是對根際土壤的鎘含量進行測定的同時,采用梯度濃度遞增法篩選、分離、純化了耐鎘微生物——棘孢曲霉。

    隨后,他們立即開展了棘孢曲霉與狗牙根聯合修復鎘污染土壤的研究,并發現狗牙根與耐鎘真菌棘孢曲霉聯合修復鎘污染土壤,很好地解決了目前植物—微生物聯合修復中存在的弊端。

    如今,傅金民等人正在開展耐鎘真菌棘孢曲霉對鎘污染土壤中水稻、辣椒、西紅柿、玉米、擬南芥耐鎘性的效果。下一步,他們的研究重點分為兩個部分:一是闡明棘孢曲霉對作物耐鎘性作用的機理;二是目前研究為中試階段,需要污染區大田試驗進一步驗證棘孢曲霉的有效性。

    來源:中國科學報

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