土壤修復(fù)技術(shù)知識(shí)、案例分析及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)
土壤重金屬污染由于它們?cè)诃h(huán)境中的持久性，及不可生物降解的性質(zhì)，導(dǎo)致它們累積毒性高，已成為一個(gè)嚴(yán)重的全球性問(wèn)題。要使土壤完全恢復(fù)至未污染的狀態(tài)非常困難。
土壤重金屬污染治理問(wèn)題是當(dāng)今的熱點(diǎn)問(wèn)題。現(xiàn)階段修復(fù)土壤重金屬污染的主要方法有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。植物修復(fù)是一種利用一些超富集植物將土壤中的重金屬吸收到植物根部或轉(zhuǎn)運(yùn)到植物的地上部分，最后通過(guò)收割植物從而達(dá)到凈化污染土壤的目的。利用超富集植物可以有效減少土壤中重金屬的含量。施加鈍化劑為原位化學(xué)修復(fù)方法，可以減少作物對(duì)重金屬的吸收，且鈍化劑作為化學(xué)添加劑具有見(jiàn)效快、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。重金屬污染的土壤在修復(fù)過(guò)程中微生物群落也會(huì)發(fā)生變化，且土壤微生物在不同的修復(fù)方式中也具有不同的作用。
叢枝菌根( Arbuscular Mycorrhizae，AM) 真菌是一類(lèi)廣泛分布于土壤生態(tài)系統(tǒng)中的有益微生物，能與 90% 以上的陸生高等植物形成共生體。研究發(fā)現(xiàn)，AM 真菌能夠增強(qiáng)宿主植物對(duì)土壤中重金屬脅迫的耐受性。
當(dāng)前，利用 AM 真菌開(kāi)展重金屬污染土壤的生物修復(fù)已經(jīng)引起環(huán)境學(xué)家和生態(tài)學(xué)家的廣泛關(guān)注。
形成物理防御體系
叢枝根菌孢子
AM 真菌菌絲體表面重金屬離子交換作用及螯合物的形成，真菌細(xì)胞壁組分如幾丁質(zhì)等對(duì)重金屬的鈍化固定，真菌體內(nèi)有機(jī)酸根離子或無(wú)極酸根離子與重金屬形成沉淀等作用可使土壤中的重金屬固化，移動(dòng)性減弱，從而有效降低重金屬對(duì)宿主植物的毒害性 。研究表明，菌根化玉米( Zea mays) 籽苗中 Pb 主要存在于菌絲細(xì)胞壁、菌絲內(nèi)腔細(xì)胞膜、菌絲內(nèi)腔和液泡內(nèi)腔膜，因此植株體內(nèi) Pb 含量減少，緩解了Pb 對(duì)玉米幼苗的毒害作用。
① 植物根系/菌根分泌的鰲合物與重金屬產(chǎn)生絮凝作用；
② 植物根系/菌根表面(即細(xì)胞壁)對(duì)重金屬的吸附作用；
③ 植物根系/菌根細(xì)胞壁對(duì)重金屬的屏障作用；
④ 進(jìn)入細(xì)胞壁的重金屬被固定在原生質(zhì)膜上；
⑤ 植物根系/菌根細(xì)胞膜上的運(yùn)輸體將重金屬選擇性吸收到細(xì)胞內(nèi)；
⑥ AM真菌菌中的重金屬運(yùn)輸體;
⑦ AM真菌上的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過(guò)主動(dòng)/被動(dòng)運(yùn)輸將重金屬運(yùn)輸?shù)街参锛?xì)胞內(nèi)；
⑧ 重金屬離子與細(xì)胞基質(zhì)中的聚磷酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)/無(wú)機(jī)鰲合劑形成沉淀；
⑨ 將重金屬區(qū)域化到細(xì)胞液泡中；
⑩ 將細(xì)胞內(nèi)的重金屬通過(guò)代謝作用主動(dòng)排出；
? 重金屬向植物地上部分轉(zhuǎn)移并積累。
調(diào)控植物的生理代謝活動(dòng)
1.改善宿主營(yíng)養(yǎng)狀況
2.改變植物根系形態(tài)
3.改變根系環(huán)境的理化狀況
產(chǎn)生生化拮抗物質(zhì)
1.次生代謝物質(zhì)的合成
2.影響防御酶活性、調(diào)節(jié)重金屬誘導(dǎo)蛋白的合成
AM真菌因其具有擴(kuò)大植物根系的吸收面積、加快營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和灰分的運(yùn)輸速率、分泌活化物質(zhì)等直接或間接作用，從而改善植物營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。重金屬污染土壤中接種適宜的AM真菌可以有效減輕重金屬對(duì)植物的毒害水平，增加植株地上部分重金屬元素的吸收或根系中的積累量，從而對(duì)重金屬污染土壤生物修復(fù)起到促進(jìn)作用。利用AM真菌進(jìn)行生物修復(fù)是一門(mén)新興的環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，國(guó)際上開(kāi)展研究的歷史較短，尚需加強(qiáng)以下領(lǐng)域的深入研究：
1.深化基礎(chǔ)理論研究。
2.增加野外和自然條件下的試驗(yàn)研究。
3.利用分子生物技術(shù)及基因工程等手段，選育、馴化、培養(yǎng)耐性/抗性較強(qiáng)的AM真菌菌株。
4.篩選高效的植物-AM真菌組合，最大限度縮短生物修復(fù)進(jìn)程。
5.進(jìn)行AM真菌與其他有益微生物、有機(jī)殘?jiān)慕M合研究，強(qiáng)化AM真菌的生物修復(fù)效果。
Aalipour等采用叢枝菌根真菌接種于亞桑柏根部以修復(fù)Cd污染土壤，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效修復(fù)的同時(shí)防止二次污染的產(chǎn)生。其中，接種叢枝菌根真菌的亞桑柏的植株葉綠素含量顯著增大，光合作用效果增強(qiáng)，且促進(jìn)植株對(duì)土壤中磷的吸收，在實(shí)際應(yīng)用中還可將假單胞菌與叢枝根菌協(xié)同接種使用，效果更顯著。
針對(duì)土壤中Se(III)的修復(fù)，采用Acinetobactersp.JH7治理，可顯著降低Se(III)的濃度，且菌群的生長(zhǎng)代謝不受影響，在微生物場(chǎng)地修復(fù)應(yīng)用中潛力巨大。
此外，微生物指標(biāo)已被廣泛用于評(píng)價(jià)冶煉廠、礦山鉛鋅污染廢物處置區(qū)及含鉛礦冶煉渣區(qū)，在邊緣采集土路，表現(xiàn)出較高的金屬濃度和微生物多樣性。檢測(cè)到的主要門(mén)樣品中分別為:變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和酸桿菌門(mén)。細(xì)菌耐潛在有毒金屬(PTM)的存在，如Rhodoplanes, Kaistobacter,Sphingomonas和Flavisolibacter。單個(gè)微生物生物量雖然對(duì)土壤變化高度敏感，但在監(jiān)測(cè)土壤污染方面存在一定的局限性。
生物量碳Cmic指數(shù)與土壤中重金屬Cd、Cu、Pb 及Zn的濃度的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但與土壤中的可溶性Cu濃度無(wú)相關(guān)關(guān)系。
生物量氮Nmic指數(shù)與重金屬濃度的相關(guān)性較低，但對(duì)于污染程度較高的場(chǎng)地，可較好地評(píng)估Cu、Zn、Cd、Pb、Ni 及Zn污染狀況及修復(fù)狀況。
此外,當(dāng)重金屬污染濃度較低時(shí)，如Cd、Cu、Zn的濃度較低時(shí)，Cmic的短時(shí)間培養(yǎng)的效果不顯著，無(wú)法判斷修復(fù)的效果。Cmic/Nmic比值可有效用于修復(fù)效果的評(píng)估。Cmic/Nmic的比值升高，可顯示高重金屬含量，歸因于重金屬耐受菌真菌數(shù)量的增多，且相對(duì)于放線菌和細(xì)菌，真菌的重金屬耐受度更好。
此外，Cmic/Corg比值也可作為一種敏感的評(píng)估重金屬污染的工具，與As及Cu的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在實(shí)際研究及應(yīng)用中，應(yīng)采用幾種方式（生物指標(biāo)）進(jìn)行土壤質(zhì)量診斷。