劉志培，劉雙江

1 環(huán)境修復技術(shù)的發(fā)展階段

據(jù)2014年國家環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合公布的《全國土壤污染調(diào)查公報》顯示，全國土壤總的超標率為16.1%，其中耕地土壤點位超標率高達19.4%；在調(diào)查的重污染企業(yè)用地和工業(yè)廢棄地點位中，超標率分別高達 36.3%和34.9%[1]。因此，我國土壤污染的總體形勢嚴峻，在重污染企業(yè)或工業(yè)密集區(qū)、工礦開采區(qū)及周邊地區(qū)、城市和城郊地區(qū)出現(xiàn)了土壤重污染區(qū)和高風險區(qū)。土壤污染類型多樣，呈現(xiàn)出新老污染物并存、無機有機復合污染的局面。其中有機污染物主要有六六六、滴滴涕、多環(huán)芳烴以及來源于化工廠、采油區(qū)、工業(yè)區(qū)、氮肥廠、電子廠、焦化廠、農(nóng)藥廠等的廢棄物。無機污染物主要有鎘、鉛、砷等重金屬元素；另外耕種過程中過度施用化肥、農(nóng)藥、固體廢棄物等都不同程度地造成了土壤污染[2-3]。據(jù)不完全統(tǒng)計調(diào)查，因土壤污染而減產(chǎn)糧食1 000萬 t，全國每年因重金屬污染的糧食達1 200萬t，造成的直接經(jīng)濟損失超過200億元。

我國土壤修復技術(shù)經(jīng)歷 3個階段[3]：第 1階段為20世紀80年代以前，土壤治理方式為物理修復，主要是土地資源的穩(wěn)定利用，相關(guān)基本環(huán)境工程的配套。第 2階段是 20世紀 90年代，土壤治理方式為物理、化學和生物恢復，但主要修復技術(shù)是土地復墾，選用先鋒植物、耐性植物恢復土壤特性。第3階段是21世紀以來，土壤治理方式為物理、化學和生物恢復，修復技術(shù)主要采用微生物、植物、動物、固化/穩(wěn)定化、土壤氣提、化學氧化還原、熱脫附、淋洗、化學萃取等，其中以微生物修復、植物修復、微生物-植物聯(lián)合修復為研發(fā)應用重點。可見，我國的生物修復處于剛剛起步階段，最初的生物修復主要是利用細菌治理石油、農(nóng)藥之類的有機污染。隨著研究的不斷深入，生物修復又應用在地下水、土壤等環(huán)境的污染治理上。生物修復已由細菌修復拓展到真菌修復、植物修復、微生物-植物聯(lián)合修復、動物修復，由有機污染物的生物修復拓展到無機污染物的生物修復[4]。

2 環(huán)境生物修復技術(shù)類型

生物修復 (Bioremediation) 是一項清潔環(huán)境的低投資、高效益、便于應用、發(fā)展?jié)摿^大的新興技術(shù)，它具有成本低、操作簡單、無二次污染、處理效果好且能大面積推廣應用等優(yōu)點，生物修復利用生物 (包括植物、微生物和原生動物) 的代謝功能，吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)恢復[5]。從參與修復過程的生物類型來劃分，生物修復包括微生物修復、植物修復、動物修復和聯(lián)合修復等類型。

2.1 微生物修復技術(shù)

土壤中存在著豐富的微生物，這些微生物具有多種多樣的代謝功能，驅(qū)動著土壤環(huán)境中的物質(zhì)元素循環(huán)。微生物修復技術(shù)就是利用土壤中的土著微生物的代謝功能，或者補充具有降解轉(zhuǎn)化污染物能力的人工培養(yǎng)的功能微生物群，通過創(chuàng)造適宜環(huán)境條件，促進或強化微生物代謝功能，從而降解并最終消除污染物的生物修復技術(shù)。微生物修復的實質(zhì)是生物降解或者生物轉(zhuǎn)化，即微生物對有機污染物的分解作用或者對無機污染物的鈍化作用[6]。利用微生物修復技術(shù)既可治理農(nóng)藥、除草劑、石油、多環(huán)芳烴等有機物污染的環(huán)境，又可治理重金屬等無機物污染的環(huán)境；既可使用土著微生物進行自然生物修復，又可通過補充營養(yǎng)鹽、電子受體及添加人工培養(yǎng)菌或基因工程菌進行人工生物修復；既可進行原位修復，也可進行異位修復[7]。

2.1.1 有機物污染土壤的微生物修復

土壤微生物利用有機物 (包括有機污染物)為碳源，滿足自身生長需要，并同時將有機污染物轉(zhuǎn)化為低毒或者無毒的小分子化合物，如CO2、H2O、簡單的醇或酸等，達到凈化土壤的目的。對具有降解能力的土著微生物特性的研究，始終是環(huán)境生物修復領域的研究重點。常見的降解有機污染物的微生物有細菌 (假單胞菌、芽胞桿菌、黃桿菌、產(chǎn)堿菌、不動桿菌、紅球菌和棒狀桿菌等)、真菌 (曲霉菌、青霉菌、根霉菌、木霉菌、白腐真菌和毛霉菌等) 和放線菌 (諾卡氏菌、鏈霉菌等)[8]，其中以假單胞菌屬最為活躍，對多種有機污染物，如農(nóng)藥及芳烴化合物等具有分解作用。有些情況下，受污染環(huán)境中溶解氧或其他電子受體不足的限制，土著微生物自然凈化速度緩慢，需要采用各種方法來強化，包括提供O2或其他電子受體例如NO3-，添加氮、磷營養(yǎng)鹽，接種經(jīng)馴化培養(yǎng)的高效微生物等，以便能夠提高生物修復的效率和速率[9]。

有機污染物質(zhì)的降解是由微生物酶催化進行的氧化、還原、水解、基團轉(zhuǎn)移、異構(gòu)化、酯化、縮合、氨化、乙?；?、雙鍵斷裂及鹵原子移動等過程[8]。該過程主要有兩種作用方式：1) 通過微生物分泌的胞外酶降解；2) 污染物被微生物吸收至其細胞內(nèi)后，由胞內(nèi)酶降解。微生物從胞外環(huán)境中吸收攝取物質(zhì)的方式主要有主動運輸、被動擴散、促進擴散、基團轉(zhuǎn)位及胞飲作用等[6]。

一些有機污染物不能作為碳源和能源被微生物直接利用，但是在添加其他的碳源和能源后也能被降解轉(zhuǎn)化，這就是共代謝 (Co-metabolism)[10]。研究表明，微生物的共代謝作用對于難降解污染物的徹底分解起著重要作用。例如甲烷氧化菌產(chǎn)生的單加氧酶是一種非特異性酶，可以氧化多種有機污染物，包括對人體健康有嚴重威脅的三氯乙烯和多氯聯(lián)苯等[11]。

微生物對氯代芳香族污染物的降解主要依靠兩種途徑：好養(yǎng)降解和厭氧降解[10]。脫氯是氯代芳烴化合物降解的關(guān)鍵步驟，好氧微生物可以通過雙加氧酶和單加氧酶使苯環(huán)羥基化，然后開環(huán)脫氯；也可以先脫氯后開環(huán)[12-14]。其厭氧降解途徑主要依靠微生物的還原脫氯作用，逐步形成低氯的中間產(chǎn)物[13]。

一般情況下微生物對多環(huán)芳烴的降解都是需要氧氣的參與，在加氧酶的作用下使芳環(huán)分解。真菌主要是以單加氧酶催化起始反應，把一個氧原子加到多環(huán)芳烴上，形成環(huán)氧化合物，然后水解為反式二醇化合物和酚類化合物。而細菌主要以雙加氧酶起始加氧反應，把兩個氧原子加到苯環(huán)上，形成二氫二醇化合物，進一步代謝[15]。除此之外，微生物還可以通過共代謝降解大分子量的多環(huán)芳烴。此過程中微生物分泌胞外酶降解共代謝底物維持自身生長的物質(zhì)，同時也降解了某些非微生物生長必需的物質(zhì)[16]。

2.1.2 無機物污染土壤的微生物修復

微生物不僅能降解環(huán)境中的有機污染物，而且能將土壤中的重金屬、放射性元素等無機污染物鈍化、降低毒性或清除。重金屬污染環(huán)境的微生物修復近幾年來受到重視，微生物可以對土壤中重金屬進行固定、移動或轉(zhuǎn)化，改變它們在土壤中的環(huán)境化學行為，從而達到生物修復的目的。因此，重金屬污染土壤的微生物修復原理主要包括生物富集 (如生物積累、生物吸附) 和生物轉(zhuǎn)化等作用方式[6,17]。微生物可以將有毒金屬被吸收后貯存在細胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，將這些離子沉淀或螯合在生物多聚物上，或者通過金屬結(jié)合蛋白 (多肽)等重金屬特異性結(jié)合大分子的作用[18]，富集重金屬原子，從而達到消除土壤中重金屬的目的。同時，微生物還可以通過細胞表面所帶有的負電荷通過靜電吸附或者絡合作用固定重金屬離子[19]。生物轉(zhuǎn)化包括氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡合配位降解等作用方式[20-21]。在微生物的作用下，汞、砷、鎘、鉛等金屬離子能夠發(fā)生甲基化反應。其中，假單胞菌在金屬離子的甲基化作用中起到重要作用，它們能夠使多種金屬離子發(fā)生甲基化反應，從而使金屬離子的活性或者毒性降低；其次一些自養(yǎng)細菌如硫桿菌類Thiobacillus能夠氧化 As3+、Cu2+、Mo4+、Fe2+等重金屬[22-23]。生物轉(zhuǎn)化中具有代表意義的是汞的生物轉(zhuǎn)化，Hg2+可以被酶催化產(chǎn)生甲基汞，甲基汞和其他有機汞化合物裂解并還原成Hg，進一步揮發(fā)，使得污染消除[24]。

從目前來看，微生物修復是最具發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗募夹g(shù)，但微生物個體微小，富集有重金屬的微生物細胞難以從土壤中分離，還存在與修復現(xiàn)場土著菌株競爭等不利因素。近年來微生物修復研究工作著重于篩選和馴化高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性，并通過修復過程參數(shù)的優(yōu)化和養(yǎng)分、溫度、濕度等關(guān)鍵因子的調(diào)控等方面，最終實現(xiàn)針對性強、高效快捷、成本低廉的微生物修復技術(shù)的工程化應用。

2.2 植物修復技術(shù)

從20世紀80年代以來，利用植物修復環(huán)境污染物的技術(shù)迅速發(fā)展，植物修復技術(shù)就是利用自然生長植物根系 (或莖葉) 吸收、富集、降解或者固定污染土壤、水體和大氣中的污染物的環(huán)境技術(shù)總稱[25-26]。主要通過植物提取、植物蒸騰作用、根系過濾和植物鈍化來實現(xiàn)[7,27]。一般來說，植物對土壤中的有機和無機污染物都有不同程度的降解、轉(zhuǎn)化和吸收等作用，有的植物可能同時具有幾種作用方式。植物修復技術(shù)目前主要應用于重金屬污染土壤的修復，利用對重金屬有富集特征的植物來吸收或者吸附積累重金屬，達到從土壤中除去重金屬的目的。對有機污染物的修復機制主要是根際修復，利用植物根際的環(huán)境來刺激微生物生長，改變根際微生物大的群落結(jié)構(gòu)、分泌與有機物降解相關(guān)的氧化還原酶來降解有機污染物[28]。

2.3 動物修復技術(shù)

動物修復是利用土壤中某些低等動物 (如蚯蚓等) 和其體內(nèi)的微生物，在污染土壤中生長、繁殖等活動過程中對土壤中的污染物進行轉(zhuǎn)化和富集的作用，最后通過對這些動物集中處理，從而降低土壤中的污染物[29-30]。該方法主要應用于重金屬污染土壤修復過程中，采用土壤動物這種天然的方法來轉(zhuǎn)化重金屬形態(tài)或富集，可以在一定程度上提高土壤肥力。土壤動物不僅自己能夠直接富集土壤中的污染物，還能夠和周圍的微生物共同富集，并在其中起到一種類似“催化劑”的作用[31]。土壤動物能夠通過 3個方面影響土壤中的微生物，首先土壤動物可以通過直接取食土壤微生物，使其始終保持高活性狀態(tài)，而且通過取食降低微生物的生存空間的競爭，使微生物更好地生長[32]；其次，土壤動物通過自身分泌物刺激微生物生長繁殖[33]；再次，通過土壤動物的活動，使得土壤通氣透水，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，有利于土壤微生物的生長[34-35]，從而實現(xiàn)共同修復污染土壤的目的。土壤動物修復技術(shù)未來的發(fā)展方向，是將土壤動物作為一種“催化劑”，將其放入被污染的土壤中，提高傳統(tǒng)的生物土壤修復技術(shù)的修復速度和效率。

2.4 聯(lián)合生物修復技術(shù)

聯(lián)合修復技術(shù)就是協(xié)同兩種或兩種以上修復方法，克服單項修復技術(shù)的局限性, 實現(xiàn)對多種污染物的同時處理和對復合污染土壤的修復,提高污染土壤的修復速率與效率。該方法已成為土壤修復技術(shù)中的重要研究內(nèi)容，其中植物-微生物聯(lián)合修復是最為廣泛采用的聯(lián)合生物修復技術(shù)。

2.4.1 重金屬污染土壤的聯(lián)合修復

近幾年，重金屬污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復作為一種強化植物修復技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點，這種方式可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而提高污染環(huán)境的修復效率。微生物可以輔助超積累植物修復重金屬污染土壤，其中有關(guān)微生物調(diào)控植物修復的機理及效應是人們關(guān)注的重點[36-39]。微生物在其代謝過程中可改變根際土壤重金屬的生物有效性，從而有利于超積累植物對重金屬的吸收和積累[39-40]；微生物的代謝產(chǎn)物還可改善土壤生態(tài)環(huán)境；另外，微生物還能夠分泌植物激素類物質(zhì)、鐵載體等活性物質(zhì)，促進植物的生長[39,41-42]。反之，植物根系分泌氨基酸、糖類、有機酸及可溶性有機質(zhì)等可以被微生物代謝利用，促進微生物的生長，有利于提高植物-微生物聯(lián)合修復的效率[39]。在重金屬聯(lián)合修復過程中，微生物主要通過兩種方式提高植物修復效率：直接活化重金屬，提高植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運；通過間接作用提高植物對污染物的耐受及抗逆性，從而促進植物生長，增加植物對重金屬的吸收和積累[39]。

2.4.2 有機物污染土壤的聯(lián)合修復

在有機物污染土壤中，有植物生長時，其根系提供了微生物生長的最佳場所，反過來，微生物的旺盛生長，增強了對有機污染物的降解，也使得植物有更好的生長環(huán)境，所以，植物-微生物聯(lián)合體系就能夠促進有機污染物的快速降解、礦化[43]。其作用原理主要包括：1) 對于環(huán)境中中等親水性有機污染物，植物可以直接吸收，然后轉(zhuǎn)化為沒有毒性的代謝中間產(chǎn)物，并儲存在植物體內(nèi)，達到去除環(huán)境污染物的作用；2) 植物釋放促進化學反應的根際分泌物和酶，刺激根際微生物的生長和生物轉(zhuǎn)化活性，并且植物還能釋放一些物質(zhì)到土壤中，有利于降解有毒化學物質(zhì)，有些還可作為有機污染物降解的共代謝基質(zhì)[44]；3) 植物能夠強化根際(根-土界面) 的礦化作用，特別是菌根菌和共生菌存在時的礦化作用更為顯著，菌根菌能夠增加其寄主植物對營養(yǎng)和水的吸收，提高其抗逆性，增加有機污染物降解的有效性，提高吸收效率[45]。

目前，植物-微生物聯(lián)合修復方面已經(jīng)取得了許多有價值的結(jié)果，為植物-微生物聯(lián)合修復重金屬、有機物污染土壤的實際應用與推廣提供了重要的研究數(shù)據(jù)。

3 環(huán)境生物修復技術(shù)的研究進展

3.1 高效降解菌的篩選

篩選污染物高效降解菌株是發(fā)展微生物修復技術(shù)的第一步，根據(jù)微生物與污染物的作用機制，所選擇的高效降解微生物需要對污染物有較高的耐受力和適應性，對污染物降解效率高，不影響環(huán)境中原有微生物的多樣性。我國對微生物修復降解菌株的篩選工作最初起源于農(nóng)藥高效降解菌株的篩選，其后才開展石油類污染物的生物降解微生物的篩選工作。目前已經(jīng)篩選出大量的可用于土壤有機污染物修復的相關(guān)專利菌株 (表1)。

表 1表明，我國污染土壤微生物修復工作主要涉及農(nóng)藥和石油類污染環(huán)境的修復。如在農(nóng)藥污染環(huán)境微生物修復方面，李順鵬等分離到多種農(nóng)藥降解菌株，其中有機氯農(nóng)藥降解菌株鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas sp. BHC-A和Sphingomonas sp. DB-1可以分別降解六六六和滴滴涕，降解菌產(chǎn)品可以直接施用于土壤中，其中六六六殘留量可以降解 95%以上，滴滴涕殘留量降低 90%以上，能夠有效地消除土壤污染，緩解植株受農(nóng)害癥狀，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機氯農(nóng)藥殘留超標問題[46-53]。劉雙江等分離到一株對氯硝基苯降解菌株睪丸酮從毛單胞菌Comamonas testosteroni CNB-1，該菌株的生長細胞、細胞懸浮液、固定化細胞可以降解對氯硝基苯，并能夠以對氯硝基苯為唯一碳源、氮源和能源生長，并將對氯硝基苯完全降解利用。在以對氯硝基苯為唯一碳源、氮源和能源生長時，先將硝基還原成羥胺，然后在菌株生產(chǎn)的2-氨基酚 1,6-雙加氧酶的作用下，通過間位開環(huán)的方式，將 2-氨基-5-氯苯酚開環(huán)成烴，從而進一步降解。該菌株適用于對氯硝基苯的工業(yè)廢水的生物處理和對氯代硝基苯污染土壤的生物修復中并顯現(xiàn)非常明顯的效果[54-55]。石油污染物修復方面，黨志等從環(huán)境中分離到了許多可降解石油烴類菌株，洋蔥伯克霍爾德氏菌Burkholderia cepacia GS3C能夠在 4 d內(nèi)將750 mg/L的正十六烷烴降解至200 mg/L以內(nèi)，以柴油為唯一碳源時，發(fā)現(xiàn)該菌株能夠很好地降解柴油中的烷烴組分 (C12-C30)。該菌株具有高效的烷烴降解能力和良好的環(huán)境適應性，在石油類污染的生物修復中具有很好的應用前景[56]。多環(huán)芳烴微生物修復方面，劉志培等分離的赤紅球菌Rhodococcus ruber Em1菌株能夠降解十六烷等烷烴及蒽、菲、芘等多環(huán)芳烴，并且該菌株在降解的同時產(chǎn)生脂類生物乳化劑，該乳化劑能夠明顯降低水溶液的表面張力、

具有很強的油脂類的乳化能力、提高烷烴和多環(huán)芳烴在水中的溶解度、明顯促進活性菌株對烷烴和多環(huán)芳烴的降解，該菌株可用于含油廢水的處理和石油污染土壤的生物修復中[57]。莊國強等發(fā)明了一種適用于修復石油污染鹽堿土壤的微生物復合菌劑及其制備方法，其主要由復合微生物菌液、營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑 3種成分組成。其中復合微生物包含 3株石油烴降解菌：巨大芽胞桿菌Bacillus megaterium P9，假單胞菌Pseudomonas sp. P4，木糖氧化無色桿菌Achromobacter xylosoxidans P2。將3株菌通過液體培養(yǎng)與營養(yǎng)物質(zhì)混合，按照1%的施加量將其加入到石油污染鹽堿土壤中，10 d后，烷烴含量由3 870 mg/kg降低至2 748 mg/kg，降低了29%，芳烴由793 mg/kg降低至605 mg/kg，下降了24%[64]。

表1 我國篩選出的部分土壤有機污染物修復專利菌株Table 1 Partial patent strains for bioremediation of contaminated soil in China

3.2 微生物對污染物高效降解性能

大多數(shù)環(huán)境中都存在著能夠降解有毒有害污染物的天然微生物 (土著微生物)，但由于營養(yǎng)鹽缺乏、溶解氧不足，能高效降解的微生物生長緩慢甚至不生長等因素，往往自然凈化過程極為緩慢。土壤的微生物修復技術(shù)就是基于這一情況，通過提供氧氣、添加營養(yǎng)鹽、提供電子受體、接種經(jīng)馴化培養(yǎng)具有高效降解作用的微生物等方法加強土壤自凈過程[8]。微生物修復與傳統(tǒng)的分解不同的是它有分解作用所沒有的新特征 (如共代謝作用、降解質(zhì)粒等)，因此可視為是分解作用的擴展和延伸。由于微生物個體小、繁殖快、適應性強、易變異，所以可隨環(huán)境變化產(chǎn)生新的自發(fā)突變株，也可能通過形成誘導酶產(chǎn)生新的酶系，具備新的代謝功能以適應新的環(huán)境，從而降解和轉(zhuǎn)化那些陌生的化合物[65]。

環(huán)境中農(nóng)藥的清除主要靠細菌、放線菌、真菌等微生物作用。例如有機氯農(nóng)藥 (滴滴涕)可以被芽孢桿菌、棒狀桿菌、諾卡氏菌降解；五氯硝基苯可以被鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬等降解等。殘留在土壤中的農(nóng)藥，經(jīng)過復雜的轉(zhuǎn)化、分解，最終形成 CO2和 H2O。微生物降解農(nóng)藥的方式主要有：1) 以農(nóng)藥為唯一碳源和能源生長，降解速度較快；2) 共代謝方式，微生物利用營養(yǎng)基質(zhì)的同時將污染物降解。石油污染土壤中，添加優(yōu)勢降解菌可以提高生物處理石油類污染物的能力。在石油污染環(huán)境中，真菌和細菌降解石油烴類化合物可以形成不同立體異構(gòu)體的中間產(chǎn)物，真菌一般形成反式二醇化合物，細菌形成順式二醇[66]。其中多環(huán)芳烴類污染物是石油污染土壤修復的重點，細菌主要通過雙加氧酶作用于苯環(huán)，在苯環(huán)上引入兩個氧原子，被進一步代謝為鄰苯二酚等中間產(chǎn)物，最終代謝為CO2和H2O[67]。真菌對多環(huán)芳烴的降解主要涉及兩大酶系：1) 木質(zhì)素降解酶體系[68]；2) 單加氧酶降解體系[69]。其中木質(zhì)素降解體系包括無底物特異性的木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶，能夠氧化很多種類的有機物。單加氧酶體系是通過細胞色素P450單加氧酶的催化，形成多環(huán)芳烴環(huán)氧化合物，然后經(jīng)過環(huán)氧化物水解酶形成反式二氫二醇化合物，繼而形成高水溶性、低毒性的酚化合物，很容易進一步降解。

在土壤修復過程中共代謝起到了重要作用，有些難于降解的化合物不能被完全礦化利用，降解菌在降解這些污染物的同時，必須從其他底物獲取碳源和能源。農(nóng)藥和石油污染土壤修復過程中有很多屬于共代謝類型。例如：在單甲脒修復過程中，門多薩假單胞菌 DR8不能以單甲脒為生長的唯一碳源，但是在葡萄糖存在同時，便可以降解單甲脒[70]。鞏宗強等將幾種真菌加入到多環(huán)芳烴污染土壤中，研究土壤中幾種共存底物(菲、芘、鄰苯二甲酸) 對苯并芘降解的影響及其共代謝過程。結(jié)果表明，芘可以促進鐮刀菌和毛霉菌對苯并芘的降解[71]。

3.3 微生物-植物聯(lián)合修復石油污染土壤技術(shù)

通過微生物-植物聯(lián)合修復技術(shù)，對降解石油污染土壤已經(jīng)取得了較好的成效。其中，王京秀等從石油污染土壤中篩選到高效石油降解菌，并結(jié)合種植能源草，進行了微生物-植物聯(lián)合修復石油污染土壤室內(nèi)實驗，經(jīng)過150 d的降解，最高降解率達到73.47%，石油污染物得到一定程度的生物降解[72]。Xu等利用考克氏菌Kocuria sp. P10菌株與黑麥草聯(lián)合修復多環(huán)芳烴長期重污染土壤，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合修復對多環(huán)芳烴的去除效果明顯高于微生物修復或植物修復單獨應用的效果，土壤微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)也得到明顯改善[73]。劉繼朝等通過單獨添加微生物、單獨種植植物、微生物與植物組合實驗表明，在相同時間內(nèi)，微生物與植物組合的降解率比單一修復的降解率可提高 30%[74]。林立寧通過種植紫花苜蓿、添加氮、磷營養(yǎng)鹽并接種馴化微生物，降解效果比單一修復好[75]。李丹選用東營當?shù)氐柠}生植物堿蓬和優(yōu)勢 AM菌根真菌摩西球囊霉 Glomus mosseae, 建立了AM菌根真菌-植物-氮添加聯(lián)合修復技術(shù)，經(jīng)過90 d的修復，修復組比對照組石油降解率提高了1.66倍，因此聯(lián)合修復是石油污染修復的較佳選擇[76]。

3.4 微生物-植物聯(lián)合修復重金屬污染土壤技術(shù)

在重金屬污染土壤中，微生物-植物聯(lián)合修復也已經(jīng)成為研究熱點。土壤中許多細菌不僅能夠刺激并保護植物生長，還能夠活化土壤中重金屬污染物。騰應等利用里氏木霉Trichoderma reesei FS10-C聯(lián)合伴礦景天應用于鎘污染農(nóng)田土壤的修復，不同濃度鎘處理下，聯(lián)合修復植株鮮重(干重) 和鎘含量都明顯提高[77]。盛下放等利用從污染土壤中分離的 3株鎘抗性菌株，將其與番茄進行聯(lián)合修復鎘污染土壤實驗，結(jié)果表明，供試菌都能夠顯著促進植物生長，活化植物根際，與對照組相比，地上植株干質(zhì)量增加64%，根際有效鎘含量及植株吸收鎘含量分別增加了46%和107%[78]。江春玉等從土壤樣品中篩選出一株對碳酸鉛、碳酸鎘活化能力最強的鉛鎘抗性細菌WS34，通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)菌株WS34能促進供試植物印度芥菜和油菜的生長，使其干質(zhì)量分別比對照增加 21.4%?76.3%和18.0%?23.6%[79]。

在重金屬污染土壤修復中另外一種微生物-植物聯(lián)合修復模式是植物與菌根的聯(lián)合修復。含有大量微生物的菌根是一個復雜的群體，包括放線菌、固氮菌等等，這些菌具有一定的污染物降解能力，同時維系著根際較高的微生物種群密度和生理活性，使得微生物菌群更穩(wěn)定。關(guān)于菌根真菌用于植物-微生物聯(lián)合修復重金屬污染的報道較多[74,80-82]。黃藝等通過測定不同施Zn、Cu水平下苗木中2種重金屬的含量，發(fā)現(xiàn)菌根苗體內(nèi) Cu和 Zn的含量是非菌根植物的2.6和 1.3倍[83]。陳秀華和趙斌通過 5個土壤Cu2+水平 (0、20、50、100、150 mg/kg) 的盆栽試驗, 研究了不同土壤 Cu2+水平接種菌根真菌根內(nèi)球囊霉 Glomus intraradices和摩西球囊霉G. mosseae對紫云英生長的影響, 結(jié)果表明，Cu2+污染土壤中接種根內(nèi)球囊霉G. intraradices對紫云英生長具有促進作用[84]。一種根際促生紫金牛葉桿菌 Phyllobacterium myrsinacearum RC6b 對重金屬鎘、鋅、鉛具有較強的抗性，達到350、1 000和4 500 mg/L，并能夠分泌促進植物生長的物質(zhì)，可以自身吸附重金屬并且現(xiàn)在促進共修復植物在重金屬污染條件下的生長，使植物對鎘、鋅、鉛的吸收分別提高138%、90%和46%，具有良好的重金屬污染土壤的生物修復應用前景[85]。雖然菌根化植物抗逆性強、吸收降解能力強，但不容易獲得，因此菌根與植物修復體系的選擇與建立有非常廣闊的應用價值，也是重金屬污染土壤生態(tài)恢復的一個新的研究方向[74]。

4 環(huán)境生物修復技術(shù)的發(fā)展與展望

我國微生物修復技術(shù)近些年發(fā)展較為迅速，人們在微生物資源、降解途徑以及修復技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進展，開展微生物酶制劑及其相關(guān)環(huán)境修復制劑的研發(fā)，積極探索土壤修復反應器工藝技術(shù)，開展與動物植物或者物理化學土壤修復技術(shù)相結(jié)合。但是在現(xiàn)實修復過程中還需要認識和解決其中出現(xiàn)的新問題，如：微生物代謝活動易受環(huán)境條件變化影響，特定的微生物只能吸收利用降解特定類型的污染物；外源微生物的生長條件與原則問題；生物修復過程中微生物的適應性機制與影響因素的研究問題；有機污染物降解過程中的次生污染物安全問題等。因而未來生物修復技術(shù)需要突破應用的局限，多途徑、多方法分離具有高效降解特性的菌株，建立環(huán)境修復微生物資源庫；利用基因工程手段改良菌株，使其擴大降解范圍，提高降解能力，解決復合污染土壤的修復問題；開展酶學研究，使微生物制劑產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展多種修復方式之間的組合研究?？傊嘈烹S著科學的發(fā)展，大規(guī)模利用生物降解土壤污染物、治理環(huán)境污染不久將會成為現(xiàn)實。

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