铜污染土壤的生物修复研究进展

随着工业化与农业化进程的加快,土壤重金属污染问题日益突出。铜(Cu)既是生命体生长发育的必需微量元素,也是重金属污染物之一。土壤中过量的Cu不仅会对植物产生毒害,而且能够通过食物链的富集作用,对人类健康造成严重威胁。生物修复技术作为治理重金属污染土壤的一种新型技术受到广泛关注。文中对生物修复的主要技术如植物修复、微生物修复、植物-微生物联合修复、动物修复等在治理Cu污染土壤方面的研究进展进行综述,以期为重金属污染土壤有效治理和可持续农业的发展提供理论依据。     

植物根际促生菌及丛枝菌根真菌协助植物修复重金属污染土壤的机制

植物修复是一种前景广阔的重金属污染土壤的主要修复技术,在微生物的协助下效果更为显著。植物根际促生菌可通过分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、产铁载体、固氮溶磷等方式促进植物生长、改善植物重金属耐受性,从而有效提高重金属污染土壤的植物修复效率。菌根真菌是土壤-植物系统中重要的功能菌群之一,可侵染植物根系改变根系形态和矿质营养状况,通过菌丝体吸附重金属,也可产生球囊霉素、有机酸、植物生长素等次生代谢产物改变重金属生物有效性。植物根际促生菌与丛枝菌根真菌可对植物产生协同促生作用,在重金属污染土壤修复中具有一定应用潜力。目前,国内外关于植物根际促生菌和丛枝菌根真菌互作已有大量研究,而二者的相互作用机理仍处于探索阶段。本文综述了近年来国内外植物根际促生菌和丛枝菌根真菌在重金属污染土壤植物修复中的作用机制,并对其研究前景进行展望。     

孙国新博士研究团队介绍

正孙国新博士团队长期从事土壤-植物系统重金属(微量元素)迁移转化研究,特别是在元素形态转化的表征、微生物驱动的转化机制及其重金属污染土壤的修复等领域具有良好的科学积累。围绕硒的生物地球化学,本团队主要开展植物硒积累机制和土壤硒挥发的时空特征     

重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展

综述了国内外在重金属污染土壤植物-微生物联合修复领域的研究报道,总结了近5年的研究实例。植物-微生物联合修复体系具有生物固定与生物去除土壤重金属的两种功能,根际微生物可以菌根、内生菌等方式与根系形成联合体,通过增强植物抗性和优化根际环境,促进根系发展,增强植物吸收和向上转运重金属的能力。建立植物-微生物联合修复体系,可充分发挥植物与微生物作用功能的优势,提高污染土壤的修复效率。增强植物修复体系中微生物功能的重点是深入研究根际微生物、根系和介质载体三者之间复合功能,结合污染土壤类型与植物群落配置的特点筛选扩繁高效菌种与菌群。     

重金属污染农田微生物修复机理研究进展

土壤重金属污染严重,而修复技术纷繁多样,物理化学修复技术应用较为常见,但存在一定程度的弊端。微生物修复技术因高效、经济、绿色受到环境学者的广泛关注。文章阐述了重金属污染的现状、微生物与重金属之间的作用机理,总结了植物与微生物之间的协同修复机制。为微生物修复技术在重金属污染土壤修复领域广泛应用提供参考。     

功能内生菌强化超积累植物修复重金属污染土壤的研究进展

土壤重金属污染已成为威胁人类健康和经济可持续发展的重大环境问题。内生菌-超积累植物联合修复是近年来发展起来的一种重金属污染土壤的生物修复技术,不仅能促进植物生长、提高其重金属抗性,同时,还可以改变重金属的形态和迁移率,提高植物修复的效率,具有广阔的应用前景。现概述植物内生菌(plant growth promoting endophyte, PGPE)的特征、种类以及促进超积累植物生长的作用机理,综述近年来国内外有关功能内生菌协同超积累植物修复重金属污染土壤的应用现状和研究进展,同时展望内生菌协同超积累植物修复土壤重金属的研究思路,旨在为今后土壤重金属污染治理提供新的思路和理论依据。     

溶磷微生物在钝化和植物修复重金属污染土壤中的作用

钝化和植物修复是重金属污染土壤修复的重要技术手段,而溶磷微生物可进一步增强钝化和植物修复重金属污染土壤的作用。介绍了钝化和植物修复重金属污染土壤的基本原理,总结了溶磷微生物对土壤中难溶性磷酸盐的溶解、利用磷酸盐钝化修复重金属污染土壤、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复的强化以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了溶磷微生物对重金属的抗性及其溶磷机理、溶磷微生物对磷酸盐钝化修复重金属污染土壤的强化作用机理以及溶磷微生物强化植物修复重金属污染土壤的作用机理。旨在为生物修复重金属污染土壤研究提供一定的理论依据和技术支撑。     

土壤重金属污染的植物修复

土壤重金属污染的危害范围广泛,使用传统的物理和化学修复方法成本高,对环境扰动大,而利用植物修复的效果较为明显,易于操作.本文论述了土壤重金属污染的单一植物、植物与微生物联合、植物与化学方法相结合.的修复方法,着重介绍了重金属超富'集植物的研究和植物体内螯合肽(PCs)的合成.生物螯合剂的应用及土壤重金属污染的动物、植物和微生物的联合修复将是未来研究的热点.     

强化植物修复重金属污染土壤的策略及其机制

重金属对生态环境、农业生产、人类健康等诸多方面造成重要危害。植物修复因其具有经济有效、绿色生态等优点,已经成为土壤重金属污染修复研究领域的热点。由于植物重金属毒害、修复耗时过长等因素致使植物修复技术受限于研究阶段而不能广泛应用于实践。采用科学合理的强化措施提高植物修复的效率可能是解决该矛盾的关键之一。讨论了根瘤菌、丛枝菌根真菌、溶磷微生物和内生真菌构建的微生物-植物共生系统在强化植物修复过程中的具体应用;概述了EDTA、EDDS等螯合剂在改变土壤中重金属可溶态,促进重金属从土壤向植株转运的重要作用;介绍了植物中编码金属转运蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽等与重金属转运和代谢相关的基因在植物修复领域的实际应用;归纳了上述强化策略主要机制为微生物促进植物生长、缓解重金属植物毒性以及提高了土壤中重金属生物利用度,从而促进重金属在富集植物中积累和植物生物量的增加;最后总结并展望了植物修复强化技术在今后研究的重点及存在的问题。综述植物修复技术采用的主要强化策略及其机制,旨在为利用植物修复技术治理土壤重金属污染提供重要参考。     

利用能源植物治理土壤重金属污染

随着工农业的发展,土壤重金属污染日益加剧,严重威胁着粮食生产和人类健康。植物修复因其成本低、环境友好以及可大规模原位修复等优点备受关注,成为近年来迅速发展的重金属污染土壤治理技术。在介绍国内外植物修复技术发展与应用现状的基础上,提倡大力发展能源植物修复重金属污染土地,并结合湖南重金属污染田间试验结果,重点对甜高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)用于重金属污染土壤修复的优势、可行性及提高修复效率的措施进行了深入分析与探讨。利用甜高粱治理土壤重金属污染,能将土壤修复与生物能源生产有机结合,使重金属从粮食链转入能源链,同时兼顾了生态和经济效益,具有广阔的应用前景。     

高生物量经济植物修复重金属污染土壤研究进展

植物修复是重金属污染土壤修复的重要方法之一。利用高生物量经济植物修复重金属污染土壤,能够兼顾生态和经济效益,具有很大的应用前景。本文系统分析了植物修复现状及存在的问题,提出利用高生物量经济植物修复重金属污染土壤的优势,总结了近年来利用高生物量经济植物吸收重金属的研究进展,探讨了改善高生物量经济植物修复重金属污染土壤效率的方法,以期为提高植物修复经济效益、促进植物修复广泛应用提供参考。     

根瘤菌-豆科植物共生体系在重金属污染环境修复中的地位、应用及潜力

土壤重金属污染严重影响了人类健康和生态系统稳定,已成为亟待解决的现实问题。在重金属污染地,氮素的极端不足是植被恢复主要限制因子之一。根瘤菌-豆科植物共生体系是固氮能力最强的生物固氮体系,在促进重金属污染地氮素循化和营养元素积累中具有重要作用。本文阐述土壤重金属污染的修复方法及其特点,微生物抗重金属的机理及促植物生长和重金属积累的特性,根瘤菌-豆科植物共生体系在土壤重金属污染修复中的优越性,研究现状及应用潜力。提出应用"豆科植物-根瘤菌共生体系"修复重金属污染土壤的新思路和新任务。     

重金属污染土壤修复技术中有关淋洗剂的研究进展

淋洗法是修复污染土壤的一种很有效的方法 ,是对污染土壤生物修复的一种补充 ,使污染土壤修复的系统化成为可能。淋洗法就是使用淋洗剂来清洗土壤 ,使土壤中污染物随淋洗液流出 ,然后对淋洗液及土壤进行后续处理 ,从而达到修复污染土壤的目的。而淋洗剂的选择是影响这一技术效率高低的主要因素之一。本文对目前淋洗剂的应用情况 ,作用机制进行了总结和评价。探讨了天然有机酸、生物表面活性剂等对环境影响小的淋洗液的应用前景。并根据“以废治污”的指导思想提出并分析了以柠檬酸废水和味精废水作为淋洗剂修复重金属污染土壤的可行性。     

白车轴草(Trifolium repens)植株抗病性和生长与植物病史的关系

从白车轴草(Trifolium repens)自然种群中采集无白车轴草单孢锈菌病史的无性系(clones)17个,有白车轴草单孢锈菌病史的无性系14个,分别作为抗病型和感受型植物实验材料;采集白车轴草单孢锈菌(Uromyces trifolii-repentis)菌系(strains)10个,作为病菌实验材料.分别设置并进行了两个温室实验、一个田间盆栽实验和一个原生长地移栽实验,实验处理上分对照、单菌系接种和10个菌系接种等3种.实验结果表明,无论是用单菌系接种还是10个菌系接种,植株发病的概率和程度均与其抗病性有关,抗病型植株(无病史)发病的概率和程度显著低于感受型(有病史)植株.在相同处理的实验中(无论是田间实验还是温室实验),无病史植株和有病史植株的生长无显著差异;不同处理田间实验植株的生长有显著差异,病情愈重,生长愈差.无病史植株的抗病性明显强于有病史植株.但是,原生长地的移栽实验结果表明,在无病原菌存在的情况下,有病史植株的(叶)生长显著好于无病史植株.可以认为,研究生物个体对环境因子反应性差异的实验应当在自然条件下和自然梯度范围内进行.     

Comparative Mesocosm Study of Biostimulation Efficiency in Two Different Oil-Amended Sub-Antarctic Soils

Biological treatment has become increasingly popular as a remediation method for soils and groundwater contaminated with petroleum hydrocarbon, chlorinated solvents, and pesticides. Bioremediation has been considered for application in cold regions such as Arctic and sub-Arctic climates and Antarctica. Studies to date suggest that indigenous microbes suitable for bioremediation exist in soils in these regions. This paper reports on two case studies at the sub-Antarctic Kerguelen Island in which indigenous bacteria were found that were capable of mineralizing petroleum hydrocarbons in soil contaminated with crude oil and diesel fuel. All results demonstrate a serious influence of the soil properties on the biostimulation efficiency. Both temperature elevation and fertilizer addition have a more significant impact on the microbial assemblages in the mineral soil than in the organic one. Analysis of the hydrocarbons remaining at the end of the experiments confirmed the bacterial observations. Optimum temperature seems to be around 10 degrees C in organic soil, whereas it was higher in mineral soil. The benefit of adding nutrients was much stronger in mineral than in the organic soil. Overall, this study suggests that biostimulation treatments were driven by soil properties and that ex situ bioremediation for treatment of cold contaminated soils will allow greater control over soil temperature, a limiting factor in cold climates.     

土壤污染的生物修复技术研究进展

土壤污染是当今面临的一个重要环境问题。常规的土壤污染治理技术,如物理及化学治理技术,由于其技术要求高或经济成本昂贵,对土壤结构的扰动破坏严重,因而对其大规模的推广应用存在较大问题。而生物修复技术已被证明是一项非常有应用前景的新技术,成为土壤污染治理研究领域的一个热点,本文综述了近年来有机物及重金属土壤污染的生物修复机理和研究进展,并对其治理技术的最新研究动态、存在问题及发展趋势做了初步的讨论。     

Environmental impact and bioremediation of seleniferous soils and sediments

Selenium concentrations in the soil environment are directly linked to its transfer in the food chain, eventually causing either deficiency or toxicity associated with several physiological dysfunctions in animals and humans. Selenium bioavailability depends on its speciation in the soil environment, which is mainly influenced by the prevailing pH, redox potential, and organic matter content of the soil. The selenium cycle in the environment is primarily mediated through chemical and biological selenium transformations. Interactions of selenium with microorganisms and plants in the soil environment have been studied in order to understand the underlying interplay of selenium conversions and to develop environmental technologies for efficient bioremediation of seleniferous soils. In situ approaches such as phytoremediation, soil amendment with organic matter and biovolatilization are promising for remediation of seleniferous soils. Ex situ remediation of contaminated soils by soil washing with benign leaching agents is widely considered for removing heavy metal pollutants. However, it has not been applied until now for remediation of seleniferous soils. Washing of seleniferous soils with benign leaching agents and further treatment of Se-bearing leachates in bioreactors through microbial reduction will be advantageous as it is aimed at removal as well as recovery of selenium for potential re-use for agricultural and industrial applications. This review summarizes the impact of selenium deficiency and toxicity on ecosystems in selenium deficient and seleniferous regions across the globe, and recent research in the field of bioremediation of seleniferous soils.     

Remediation of contaminated soils by biotechnology with nanomaterials: bio-behavior,applications, and perspectives

Soil contamination caused by heavy metals and organic pollutants has drawn world-wide concern. Biotechnology has been applied for many years to the decontamination of soils polluted with organic and inorganic contaminants, and novel nanomaterials (NMs) has attracted much concern due to their high capacity for the removal/stabilization/degradation of pollutants. Recently, developing advanced biotechnology with NMs for the remediation of contaminated soils has become a hot research topic. Some researchers found that bioremediation efficiency of contaminated soils was enhanced by the addition of NMs, while others demonstrated that the toxicity of NMs to the organism negatively influenced the repair capacity of polluted soils. This paper reviews the application of biotechnology and NMs in soil remediation, and further provides a critical view of the effects of NMs on the phytoremediation and micro-remediation of contaminated soils. This review also discusses the future research needs for the combined application of biotechnology and NMs in soil remediation.     

土壤生物与可持续农业研究进展

农业的可持续发展是人类文明持续繁荣的重要保障。从原始农业到工业化农业的发展历程,是"自然力"不断削弱,"人为调控力"不断加强的过程。新兴的可持续农业,则希望将人为调控和自然过程协调融合,建立近自然的高效的现代农业体系。但是,面对土壤生物极高的多样性、生物和非生物过程的复杂互作及其高度的时空异质性,基于还原论的传统科学研究方法探究地下生态系统的"自然过程"困难重重。人为管理措施对农田生态过程调控的针对性和调控效果受到极大限制。尽管如此,土壤生物在生态系统服务中的作用已在世界范围内得到空前重视。如何充分发挥土壤生物在可持续农业中的作用,已成为现代农业研究领域的重要突破口。简述了土壤生物与可持续农业研究的学科发展历史,总结了农业管理措施对土壤生物及土壤食物网特征的影响,突出了土壤生物群落在可持续农业模式中土壤结构改善、土壤肥力提高和化肥农药减施等方面的积极作用;最后探讨了当前的研究难点和未来的研究方向,并对如何充分发挥土壤生物在现代农业中的贡献进行了初步的思考。认为:土壤有机质,土壤结构和土壤食物网以及三者的内在联系是可持续农业研究的关键。土壤有机质管理是调控土壤结构、土壤食物网及生态系统生产力的重要支点,但也是可持续农业模式不确定性的重要来源。基于同位素示踪等整体性分析方法,开展典型农田生态系统土壤食物网特征及其生态功能的系统研究,揭示农业模式、土壤食物网特征及生态系统生产力的关键联系,是充分发挥土壤生物在可持续农业中的积极作用的基础。     

土壤生物与土壤污染研究前沿与展望

随着社会经济发展,人类生产活动对自然环境产生越来越广泛深刻的影响,土壤污染已成为危及生态系统稳定、农产品质量安全和人体健康的突出环境问题之一。重金属、有机污染化合物、病原菌及抗性基因等各类污染物大量进入土壤后,对土壤生物系统造成毒害作用,影响到土壤生态功能;另一方面,土壤生物如细菌、真菌、土壤动物等在一定程度上能够适应土壤污染,深刻影响着污染物在土壤中的迁移转化过程,在土壤污染修复中具有潜在重要作用。从土壤污染的生态毒理效应、土壤生物对土壤污染的响应与适应机制、污染土壤修复原理与技术等三方面综述了土壤生物与土壤污染相关研究前沿,展望了重点研究方向。