【动态】土壤治理形势不乐观 生物修复技术五大前沿动态

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文源自：中国环保在线

我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，土壤污染治理迫在眉睫。

虽然传统物理化学修复技术对于治理严重污染土壤具有时间短、见效快等优点，但往往伴随着高能耗、高费用、二次污染等风险，因而不适用于大规模污染土壤的修复。而近年来发展起来的利用特定植物或微生物修复污染土壤的生物修复方法，因其绿色环保、高效、成本低等优点而受到广泛关注。

值得注意的是，自然环境中植物与微生物之间往往具有密切的相互作用，不仅影响着彼此的污染耐受性，同时也对污染物迁移转化产生重要影响。将植物修复和微生物修复技术有机结合起来，对于提高生物修复效率具有重要意义。例如，通过菌根共生体系通常能够增强植物对污染土壤的耐受性并促进植物修复。

在实际情况下，由于污染土壤往往存在复合污染、物理结构不良、水土保持能力弱等限制性因素，导致单一修复措施无法实现，因而需要根据实际情形将生物修复与物理化学修复有机结合，以获得最佳修复效果。此外，对于需要持续生产的农业用地或林地而言，可考虑生产与修复相结合的方式，如利用一些高生物量的能源植物进行修复，在达到污染土壤修复目的的同时产生一定的经济效益。

基于国内外土壤污染与土壤生物研究前沿动态和我国土壤污染基本状况，这一研究领域的关键科学问题可凝练为：(1)土壤污染如何影响土壤生物群落结构与功能？(2)土壤消纳污染物的生物学机理？(3)生物污染在土壤中的传播与演化机制？围绕这些问题，以下几方面将成为未来研究的重点方向：

前沿一：土壤污染背景下微生物群落结构和多样性的演变及生态效应

过去有关土壤污染的生态效应研究主要在细胞和生物个体水平开展，研究对象主要是动物和植物，但随着微生物分子生态学的发展，越来越多的研究开始关注土壤污染对微生物群落的影响，包括在功能基因、功能群乃至在土壤生态系统水平研究不同污染物及复合污染对土壤微生物多样性和功能的影响及其机制，重点是将生物多样性(群落结构)与相关生态功能/过程结合起来进行研究，从生物多样性和生态系统稳定性(抵抗力和恢复力)的关系角度理解土壤污染对土壤生态系统影响机制。

前沿二：土壤污染的生物转化和清除

土壤生物可通过氧化、还原和甲基化等过程直接改变重金属化学形态，或通过改变铁、硫等元素的氧化还原状态、分泌有机络合物、细胞壁吸附和固定等过程影响重金属的生物有效性。土壤生物同样可以通过特异性或非特异性酶脱毒系统，或通过一些特定的代谢途径降解有机污染物。

前沿三：病原菌和抗生素抗性基因在土壤中的分布规律与传播机制

病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因一方面会通过土壤-空气、土壤-植物、或土壤-地下水途径直接进入人体，危害人体健康，另一方面则会造成农作物病害，抑制农作物的生长发育，造成农业减产或农产品品质降低。

因而，进行土壤病原菌及抗生素抗性基因污染防御及治理迫在眉睫。系统深入研究病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因在土壤中的分布传播过程与机制是进行污染治理的前提。

土壤中存在大量的抗生素产生菌和同化菌，是天然的抗性基因储库，而抗生素的大规模生产和使用则进一步加速了土著抗性微生物和抗性基因的扩散，增加了抗生素耐药性的发生频率。目前研究者在远古冻土和不受人类活动影响的土壤中发现了多样性很高的抗性基因，发现在未受抗生素污染的农业和草地土壤中抗性基因结构由微生物群落组成决定，证明了土壤中抗性基因的自然广泛存在。

前沿四：基于活体微生物的土壤污染监测技术

传统的化学分析方法监测土壤污染的优点是能够精确测定污染物的浓度和形态，但却往往不能确切反映污染物的生物毒性强弱。化学分析本身不能反映生物暴露污染物的途径和环境条件的影响，也不能区别急性毒性和慢性毒性。以活的生物体或群体来测试化学物质毒性效应的生物监测方法能够有效克服化学分析方法的缺点，反映环境污染对生物产生的综合效应或专性效应，以及污染物在土壤中的动态转化，因而越来越受到重视。

根据测试对象的类型，土壤生物监测主要分为三大类，即基于个体或组织层次的生物监测，基于功能基因或基因组学层次的生物监测，以及基于群落水平的抵抗力和恢复力测试。目前研究的重点是通过“组学”研究方法不断发展新型生物标志物、生物芯片和新型全细胞专性的生物传感器。污染物进入土壤后形态会发生一系列变化，如何确定具体是哪种形态致毒是今后的研究热点和难点。比如，通过基因重组和突变等手段发展，能够区分无机砷和有机砷的全细胞微生物传感器，可以原位监测砷形态在转化过程。

前沿五：污染土壤生物修复原理与技术

污染土壤生物修复已有一定理论基础，但实践应用方面还有很长的路要走，许多技术瓶颈尚待突破。对于不同污染情形，往往需要构建不同的修复技术体系，如针对某一特定污染种类，选用专性耐受的植物和微生物种类，或利用转基因技术修饰改造植物或微生物，使之适应污染土壤并发挥修复功效。

同时，需要对特定功能的微生物或植物的污染物耐受及转化机制进行深入研究，明确其分子机理和遗传稳定性，并在此基础上发展基于功能基因的生物技术。

在实际应用中，需要特别考虑生物的环境适应性问题，明确微生物修复污染土壤的适用条件和范围，研究提高修复效率的关键参数及工程设计。现有的生物修复技术多以基础理论研究为主，而相关的技术推广及实践应用方面研究较为稀少，生物修复技术的实地应用还有待成熟和完善。

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