蚯蚓在有机污染土壤生物修复中的作用机理与应用

蚯蚓的各类活动能够改善土壤理化性质,提高土壤微生物活性,引入高效降解菌等,直接或间接地促进有机污染物在土壤中的降解和转化。其中蚓触圈是有机污染物降解的热点区域。此外,生物富集也是蚯蚓修复土壤有机污染的重要机理之一。研究表明,蚯蚓能够促进土壤中多种有机污染物的降解,在土壤有机污染生物修复方面具有广阔的应用前景。本文综述了蚯蚓在土壤有机污染生物修复中的作用机理及在修复多环芳烃、多氯联苯、农药等污染土壤方面的应用,指出当前研究存在的不足,并对未来研究进行展望,以期为土壤有机污染生物修复提供参考和依据。     

酞酸酯污染农田土壤生物修复研究进展

酞酸酯是目前世界上产量最大、应用面积最广的人工合成有机物,作为塑化剂被广泛应用于塑料制品中。近年来发现酞酸酯是一类典型的环境内分泌干扰物。随着生活中塑料制品日益增多,尤其是农用薄膜和有机肥的大量使用,农田土壤中酞酸酯污染日益加剧,酞酸酯污染土壤的修复逐渐引起国内外学者的广泛关注。生物修复具有价格低廉、效果良好和环境友好等特点,尤其适合于大面积污染农田土壤修复。从植物修复、微生物修复、植物微生物联合修复和动物修复等方面综述了国内外酞酸酯污染土壤生物修复的研究现状,并从高效修复植物筛选及机理探讨、实际污染土壤的降解菌修复研究、高效降解菌群的构建和作用机制等方面对该领域的研究进行了展望,以期为酞酸酯污染土壤的修复研究提供借鉴并拓展新的思路。     

有机物及重金属植物修复研究进展

植物修复技术是近年来发展起来的一种非常有前途的生物治理技术 ,也是当前学术界研究的热点领域 .本文对植物修复的类型 ,植物修复土壤、水体有机污染物、重金属和某些放射性核素的过程、机理及可能影响因子作了概括和详尽讨论 ,并就国内外近年来植物修复技术在污染环境中的应用和研究成果进行了综述     

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。     

几种重金属(Pb、Zn、Cd、Cu)的超富集植物种类及增强植物修复措施研究进展

近年来土壤重金属污染问题越来越严重, 植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为研究和开发的热点, 国内外对利用超富集植物来修复土壤重金属污染的研究已有大量报道。对超富集植物概念的提出及超富集植物吸收富集重金属的机理进行了归纳总结, 主要就铅、锌、镉和铜四种重金属超富集植物的相关研究进展进行了分类、归纳与总结, 同时还对增强植物修复效果的措施进行了探讨, 以期为进一步合理有效利用植物修复土壤主要重金属污染提供一定的参考依据。     

赤泥在重金属污染治理中的应用研究进展

尽管赤泥在重金属污染环境修复研究中的应用越来越受到重视,但赤泥给污染环境修复带来突破的同时也给环境带来风险.目前,在赤泥的重金属环境修复研究中,针对赤泥的修复效果和修复过程研究较多,而对赤泥的钝化机理研究不够深入,赤泥修复的环境安全风险评价才刚起步.本文对近年来国内外关于赤泥修复重金属污染的研究进行综述,并指出了赤泥在今后的重金属污染治理中应加强的方向:一是深入赤泥对重金属钝化机制的研究;二是探索有效的赤泥安全评价方法;三是联合赤泥修复和生物修复技术(植物和微生物)对重金属和有机物复合污染进行修复.     

根系分泌物及其在植物修复中的作用

 近年来环境污染日益严重,污染物在土壤植物中的行为引起了人们的高度关注。利用植物去除土壤水体等介质中污染物的植物修复是近10年来兴起的一项安全、廉价的技术,已成为污染生态学和环境生态学的研究热点,它通过植物吸收、根滤、稳定、挥发等方式清除环境中的重金属和有机污染物。国内外有关植物修复的研究报道和概述很多, 但对植物根系分泌物在植物修复中所起的作用及其机理少有述评。 本文从根系分泌物对土壤重金属和土壤有机污染物的去除作用出发,对根系分泌物的种类、数量及其在去除环境污染物中的作用机理和功能地位进行了总结,并借助研究事例对影响植物根系分泌的内外因子,如植物种类、营养胁迫、重金属胁迫、根际环境的理化性质、土壤微生物及其它环境因子进行了讨论。概言之,根系分泌物在修复污染土壤中的重金属途径是多种多样的,主要是通过调节根际pH值、与重金属形成螯合物、络合反应、沉淀、提高土壤微生物数量和活性来改变重金属在根际中的存在形态以及提高重金属的生物有效性,从而减轻它对环境的危害。在清除有机污染物时,根系分泌物中的酶可以对有机污染物进行直接降解,根系分泌物影响下的微生物也可以对有机污染物进行间接降解,且被认为是主要的降解途径。根系分泌物在植物修复过程中确实起着某些重要作用,今后应将这方面的研究重点放在某些特异性根系分泌物植物,尤其是某些重金属超富集植物资源的寻找、筛选上,通过室内实验和野外研究确定其根系分泌物对清除重金属和有机污染物的效率,证实超富集植物根系分泌物的特异性与污染物超富集的内在联系,找到污染土壤生态恢复和治理的有效方法并加以推广应用,如针对性地在被污染地大面积种植此类具特异性根分泌物植物,并辅以营林措施如修剪等,加快生物修复进程,提高修复效率。植物根系分泌物在植物修复过程中所具有的重要生态意义和可能应用前景,为污染生态学和化学生态学之间的联合研究开拓了全新的领域,今后将取得新的突破和重要进展。     

污染土壤植物修复效率影响因素研究进展

为提高植物修复技术对污染土壤的修复效率,根据当今植物修复技术在污染土壤修复中的应用现状及发展趋势,对近年来国内外植物修复技术的各种影响因素进行分析。首先从污染物的理化性质及其交互作用、土壤与气象因子、植物种类及其根际效应以及栽培措施等方面,系统论述影响土壤中重金属污染物及有机污染物植物修复效率的主要因素,阐述植物添加剂对植物修复效率的影响。最后指出植物修复今后研究的重点:营造促进植物生长发育的环境,针对影响植物修复效率的各个因素对植物修复技术进行改良及强化,并合理应用植物添加剂,提高植物修复效率。     

植物内生细菌在植物修复重金属污染土壤中的应用

土壤重金属污染是威胁人群健康和经济可持续发展的重要环境问题。植物修复具有经济、环保等特点,已成为治理重金属污染土壤的重要技术。如何提高植物对重金属的抗性、促进植物生长是影响植物修复效率的关键之一。内生菌群-植物共生关系在此方面具有独特优势。其中,植物内生细菌可改善植物营养、降低植物病菌感染、影响酶活性,以及分泌激素、含铁载体和有机配位体等,进而提高超积累植物对重金属的吸收作用。本文综述了近年来国内外关于抗重金属植物内生细菌筛选与应用的研究进展,分析了内生细菌促进植物生长、增强植物对重金属抗性、促进重金属向茎叶转移的机理,阐述了植物内生细菌在重金属污染土壤修复中的应用前景与研究重点。     

煤矿废弃地生态修复的土壤有机碳效应

采煤使得植被和土壤遭到损毁破坏,导致原生态系统碳汇功能的急剧退化甚至完全丧失。采煤堆积的煤矸石可发生氧化自燃,是巨大的CO_2排放源。生态修复对减少矿区碳排放及减缓大气温室效应具有重要意义。分析了国内外煤矿废弃地生态修复后的土壤有机碳动态特征,修复模式、修复时间和修复措施对土壤有机碳及其活性组分的影响,总结了土壤固碳的主要影响因子。研究结果表明,土壤有机碳在人工植被修复和有机物添加后增加显著,且与修复时间成正比。煤矿废弃地通过采取适宜的生态修复措施,有很大的土壤固碳潜力。未来应加强团聚体固碳等土壤固碳机理和土壤活性有机碳等科学问题的研究,以期为退化区生态修复进程中土壤固碳功能提升提供参考。     

Endophyte-assisted phytoremediation: mechanisms and current application strategies for soil mixed pollutants

Abstract

Phytoremediation uses plants and associated microbes to remove pollutants from the environment and is considered a promising bioremediation method. Compared with well-described single contaminant treatments, the number of studies reporting phytoremediation of soil mixed pollutants has increased recently. Endophytes, including bacteria and fungi, exhibit beneficial traits for the promotion of plant growth, stress alleviation, and biodegradation. Moreover, endophytes either directly or indirectly assist host plants to survive high concentrations of organic and inorganic pollutants in the soil. Endophytic microorganisms can also regulate the plant metabolism in different ways, exhibiting a variety of physiological characteristics. This review summarizes the taxa and physiological properties of endophytic microorganisms that may participate in the detoxification of contaminant mixtures. Furthermore, potential biomolecules that may enhance endophyte mediated phytoremediation are discussed. The practical applications of pollutant-degrading endophytes and current strategies for applying this valuable bio-resource to soil phytoremediation are summarized.     

根际圈在污染土壤修复中的作用与机理分析

根际圈以植物根系为中心聚集了大量的生命物质及其分泌物,构成了极为独特的“生态修复单元”。本文叙述了根在根际圈污染土壤修复中的生理生态作用,富集、固定重金属,吸收、降解有机污染物等功能;菌根真菌对根际圈内重金属的吸收、屏障及螯合作用,对有机污染物的降解作用;根际圈内细菌对重金属的吸附与固定,对有机污染物的降解作用以及根际圈真菌和细菌的联合修复作用等,同时对可能存在的机理进行了分析,认为根际圈对污染土壤的修复作用是植物修复的重要组成部分和主要理论基础之一,并指出利用重金属超富集植物修复重金属污染土壤具有广阔的应用前景;筛选对水溶性有机污染物高吸收富集及其根 发泌能力强的特异植物,同时接种利于有机污染物降解的专性或非专性真菌和细菌可能会成为有机污染土壤植物修复研究的重要方向之一。     

持久性有机污染土壤的植物修复及其机理研究进展

随着人类对化学品的依赖程度越来越高,环境的有机污染状况也越来越严重.有机污染土壤的植物修复是指利用植物在生长过程中,吸收、降解、钝化有机污染物的一种原位处理污染土壤的方法,具有应用成本低、生态风险小、对环境副作用小等特点.本文综述了近年来国内外有机污染土壤的植物修复研究进展情况,重点介绍了多氯联苯、多环芳烃、农药和硝基芳香化合物等持久性有机污染物的植物修复,阐述了有机污染土壤植物修复的关键机制,并分析了该技术在实际工程应用中的局限性及应考虑的因素.最后,指出了今后该领域的重点研究方向.     

土壤-植物系统复合污染研究进展

土壤-植物系统复合污染研究是污染生态学的科学前沿,对于农业环境的生态安全具有重要意义．本文对复合污染概念的由来及其内涵的发展、土壤-植物系统可能发生的复合污染类型及其研究进展、土壤-植物系统复合污染所导致的生态效应及其定量表征进行了较为系统的概述,提出了土壤-植物系统中重金属-有机污染物和有机污染物-病原微生物也是复合污染的重要类型．指出了多种污染物交互行为、次生产物及其老化、分子毒理机制等方面的研究是今后土壤-植物系统复合污染的研究重点．同时对复合污染的研究方法以及结果的应用进行了展望,为土壤污染的预警防治与修复提供依据。     

有机污染环境植物修复技术

利用物理、化学方法修复有机污染环境,费用昂贵,而且还可能使当地的生态资源难以再利用,对于大面积污染土壤也难以实施。植物修复,利用植物吸收、降解以及根际圈降解的作用方式将有机污染物从环境中彻底去除,具有处理费用相对低廉、对环境扰动少和使资源可持续利用的特点,目前已成为环境科学领域的一大热点和前沿。本文对环境中主要有机污染物的发生机理、近年来植物修复有机污染的研究进展做一综述,并对有机污染植物修复的强化措施进行了展望。     

重金属污染环境的植物修复及其分子机制

重金属污染物的排放和扩散造成了日益严重的环境污染。如何消除环境中的重金属污染物已成为国际性难题。近年来,植物修复技术的出现和快速发展为我们展示了一条新的有效途径：即利用植物对重金属化合物的吸收、富集和转化能力去除土壤和水体中残存的重金属污染物。文章简要介绍了重金属污染物与植物修复的关系和植物修复的生理机制,重点总结了重金属污染环境的植物修复在分子生物学方面所取得的研究进展,包括有机汞裂解酶基因merB、汞离子还原酶基因merA和金属硫蛋白基因MT等的生物学功能及其在植物修复上的应用,展望了植物修复研究工作的发展方向,并针对汞污染提出了一套修复方案。     

Dualities in plant tolerance to pollutants and their uptake and translocation to the upper plant parts

There is a duality in plant tolerance to pollutants and its response to the pollutants’ stress.On the one hand some plants, (hyper)tolerant to heavy metals, are able to hyperaccumulate these metals in shoots, which could be beneficial for phytoremediation purposes to clean-up soil and water. On the other hand tolerant food crops, exposed to heavy metals in their growth medium, may be dangerous as carriers of toxic metals in the food chain leading to food toxicity. There is an additional duality in plant tolerance to heavy metals and that is in food crops that are tolerant and/or hyperaccumulators, which could be used on one hand for phytoremediation, under controlled conditions and on the other hand for food fortification with essential metals.Similarly, plants are also exposed to a large number of xenobiotic organic pollutants. Because they generally cannot avoid these compounds, plants take up, translocate, metabolize and detoxify many of them. There is a large variability in tolerance (defence) mechanisms against organic pollutants among plant species. This includes production of reductants but also scavenger molecules like ascorbate and glutathione and expression of the P-450 defence system, and superfamilies of the enzymes glutathione- and glucosyl-transferases. Again, with view to organic pollutants, plant detoxification mechanisms might well protect the plant itself, but produce compounds with some deleterious potential for other organisms.In this review we discuss these dualities on the basis of examples of agricultural and ‘wild’ species exposed to metal contaminants (mainly Cd) and organic pollutants. Differences in uptake and translocation of various pollutants and their consequences will be considered. We will separately outline the effects of the organic and non-organic pollutants on the internal metabolism and the detoxification mechanisms and try to indicate the differences between both types of pollutants. Finally the consequences and solutions of these dualities in plant tolerance to pollutants will be discussed.     

Microbial expression profiles in the rhizosphere of willows depend on soil contamination

The goal of phytoremediation is to use plants to immobilize, extract or degrade organic and inorganic pollutants. In the case of organic contaminants, plants essentially act indirectly through the stimulation of rhizosphere microorganisms. A detailed understanding of the effect plants have on the activities of rhizosphere microorganisms could help optimize phytoremediation systems and enhance their use. In this study, willows were planted in contaminated and non-contaminated soils in a greenhouse, and the active microbial communities and the expression of functional genes in the rhizosphere and bulk soil were compared. Ion Torrent sequencing of 16S rRNA and Illumina sequencing of mRNA were performed. Genes related to carbon and amino-acid uptake and utilization were upregulated in the willow rhizosphere, providing indirect evidence of the compositional content of the root exudates. Related to this increased nutrient input, several microbial taxa showed a significant increase in activity in the rhizosphere. The extent of the rhizosphere stimulation varied markedly with soil contamination levels. The combined selective pressure of contaminants and rhizosphere resulted in higher expression of genes related to competition (antibiotic resistance and biofilm formation) in the contaminated rhizosphere. Genes related to hydrocarbon degradation were generally more expressed in contaminated soils, but the exact complement of genes induced was different for bulk and rhizosphere soils. Together, these results provide an unprecedented view of microbial gene expression in the plant rhizosphere during phytoremediation.     

Uptake and Bioaccumulation of Pentachlorophenol by Emergent Wetland Plant Phragmites australis (Common Reed) in Cadmium Co-contaminated Soil

Despite many studies on phytoremediation of soils contaminated with either heavy metals or organics, little information is available on the effectiveness of phytoremediation of co-occurring metal and organic pollutants especially by using wetland species. Phragmites australis is a common wetland plant and its potential for phytoremediation of cadmium pentachlorophenol (Cd-PCP) co-contaminated soil was investigated. A greenhouse study was executed to elucidate the effects of Cd (0, 10, and 20 mg kg^?1) without or with PCP (0, 50, and 250 mg kg^?1) on the growth of the wetland plant P. australis and its uptake, accumulation and removal of pollutant from soils. After 75 days, plant biomass was significantly influenced by interaction of Cd and PCP and the effect of Cd on plant growth being stronger than that of PCP. Coexistence of PCP at low level lessened Cd toxicity to plants, resulting in improved plant growth and increased Cd accumulation in plant tissues. The dissipation of PCP in soils was significantly influenced by interactions of Cd, PCP and plant presence or absence. As an evaluation of soil biological activities after remediation soil enzyme was measured.