很多國(guó)家曾飽受重金屬污染之苦，如1955年日本富山縣發(fā)生的痛痛病聞名于世。我國(guó)的鎘污染也十分嚴(yán)重，曾涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū)，如2012年的廣西河池市龍江河鎘污染事件。

日前，由中國(guó)科學(xué)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(fā)明的“利用草坪草—微生物聯(lián)合修復(fù)鎘污染土壤的方法”獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。

傅金民告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者：“這種修復(fù)方法利用土壤—微生物—植物的共存關(guān)系，提高土壤中污染物的植物修復(fù)效率，最終達(dá)到徹底修復(fù)重金屬污染土壤的目的。”

不容忽視的鎘污染

鎘是毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，能夠?qū)θ祟惤】翟斐刹涣加绊�。曾有研究指出，鎘在生物體內(nèi)的半衰期長(zhǎng)達(dá)20～40年，從而使人體某些器官的鎘含量隨著年齡的增長(zhǎng)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(gè)方面。其中，自然來源包括巖石風(fēng)化和火山活動(dòng)等地質(zhì)和環(huán)境地球化學(xué)過程，通過此方式進(jìn)入土壤中的鎘在很大程度上取決于區(qū)域地理狀況。人為來源主要是由工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等引起。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，含重金屬的化肥、有機(jī)肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用、污水灌溉等可能導(dǎo)致土壤鎘污染，除此之外，畜禽養(yǎng)殖業(yè)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(fù)生態(tài)環(huán)境，是全社會(huì)高度關(guān)注的一個(gè)問題。這些年來，國(guó)內(nèi)外鎘污染土壤的治理方式有很多種，如客土法、化學(xué)沖洗法、電化學(xué)法，以及植物修復(fù)技術(shù)。

目前，對(duì)重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)的研究主要集中在尋找超富集植物上�？茖W(xué)家們也篩選到了很多超富集植物，如：天藍(lán)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(lián)合修復(fù)

植物和微生物共同生活在土壤環(huán)境中，植物根系為微生物提供了適宜的營(yíng)養(yǎng)條件，保證了微生物數(shù)量和活性的維持；反之，微生物的旺盛生長(zhǎng)優(yōu)化了植物的根際微環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了微生物—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

傅金民表示，這是一種強(qiáng)化植物修復(fù)的技術(shù)，為鎘污染土壤的生態(tài)修復(fù)提供了一條嶄新的途徑。

近年來，微生物—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。微生物—植物聯(lián)合修復(fù)的作用機(jī)理主要分為兩類：一是固定或鈍化，將有效態(tài)轉(zhuǎn)化為無效態(tài)，降低了重金屬進(jìn)入食物鏈或污染周邊環(huán)境；二是活化，促進(jìn)生物吸收以提高土壤重金屬的去除效率。微生物—植物聯(lián)合修復(fù)的形式也可分為兩種：一是植物與專性菌株的聯(lián)合修復(fù)；二是植物與菌根的聯(lián)合修復(fù)。

“植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可充分發(fā)揮植物和微生物各自的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高修復(fù)效果，是目前公認(rèn)為應(yīng)用前景最為廣泛的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)。”傅金民同時(shí)也指出，“該項(xiàng)技術(shù)為中試階段，有待于在鎘污染大田進(jìn)行驗(yàn)證。”

然而，傅金民等人還發(fā)現(xiàn)了植物—微生物聯(lián)合修復(fù)的一些缺陷和不足，如篩選出的植物生物量普遍較低、個(gè)體矮小、生長(zhǎng)緩慢，且受氣候和土壤等地域環(huán)境條件的限制，與植物、土壤的共存性不佳等，導(dǎo)致修復(fù)治理效率低和周期長(zhǎng)，制約了大規(guī)模的應(yīng)用。

針對(duì)于此，他們提出了一種利用草坪草—微生物聯(lián)合修復(fù)鎘污染土壤的方法，該方法成本低廉、操作簡(jiǎn)便，既能改善土壤環(huán)境，又有效利用了廢棄物，且具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。

狗牙根和棘孢曲霉

傅金民等人對(duì)湖南多處鎘污染地區(qū)的植被調(diào)查發(fā)現(xiàn)，狗牙根為該省多個(gè)污染地區(qū)的優(yōu)勢(shì)植物之一，基于其生長(zhǎng)快速、耐多次刈割，對(duì)土壤的鎘有一定萃取能力的特性，結(jié)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(fù)鎘污染土壤，解決了與土壤環(huán)境適應(yīng)性的問題，兼具美化環(huán)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(lián)合修復(fù)鎘污染土壤，解決了微生物、植物、土壤共存的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，通過接種棘孢曲霉，可有效降低鎘對(duì)狗牙根的毒害，其草坪質(zhì)量、生長(zhǎng)速度、葉綠素含量均高于未接種處理。他們對(duì)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(lián)合修復(fù)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(nèi)的轉(zhuǎn)移。

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

回到實(shí)驗(yàn)室，他們開展了兩方面的工作：一是對(duì)狗牙根種質(zhì)資源（總共120余份，包括湖南采集的樣品34份）的耐鎘性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，篩選出了耐/富鎘材料和敏感材料；二是對(duì)根際土壤的鎘含量進(jìn)行測(cè)定的同時(shí)，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(lián)合修復(fù)鎘污染土壤的研究，并發(fā)現(xiàn)狗牙根與耐鎘真菌棘孢曲霉聯(lián)合修復(fù)鎘污染土壤，很好地解決了目前植物—微生物聯(lián)合修復(fù)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(duì)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(diǎn)分為兩個(gè)部分：一是闡明棘孢曲霉對(duì)作物耐鎘性作用的機(jī)理；二是目前研究為中試階段，需要污染區(qū)大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證棘孢曲霉的有效性。

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