中科院武汉植物园另辟蹊径修复镉污染土壤

很多国家曾饱受重金属污染之苦，中科如1955年日本富山县发生的院武痛痛病闻名于世。我国的汉植镉污染也十分严重，曾涉及11个省市的物园污染25个地区，如2012年的辟蹊广西河池市龙江河镉污染事件。

日前，径修由中国科学院武汉植物园研究员傅金民、复镉硕士生罗宏基和助理研究员娄燕宏共同发明的土壤“利用草坪草—微生物联合修复镉污染土壤的方法”获国家发明专利授权。

傅金民告诉记者：“这种修复方法利用土壤—微生物—植物的中科共存关系，提高土壤中污染物的院武植物修复效率，最终达到彻底修复重金属污染土壤的汉植目的。”

不容忽视的物园污染镉污染

镉是毒性最强的重金属元素之一，能够对人类健康造成不良影响。辟蹊曾有研究指出，径修镉在生物体内的复镉半衰期长达20～40年，从而使人体某些器官的镉含量随着年龄的增长而增加。

傅金民指出，土壤镉污染的来源主要包括自然和人为两个方面。其中，自然来源包括岩石风化和火山活动等地质和环境地球化学过程，通过此方式进入土壤中的镉在很大程度上取决于区域地理状况。人为来源主要是由工业、农业和交通等引起。

在农业生产过程中，含重金属的化肥、有机肥、城市废弃物和农药的不合理施用、污水灌溉等可能导致土壤镉污染，除此之外，畜禽养殖业也不可忽视。傅金民说：“污泥施用、污水灌溉是造成土壤镉污染的重要原因之一。”

如何有效治理镉污染，修复生态环境，是全社会高度关注的一个问题。这些年来，国内外镉污染土壤的治理方式有很多种，如客土法、化学冲洗法、电化学法，以及植物修复技术。

目前，对重金属污染土壤修复技术的研究主要集中在寻找超富集植物上。科学家们也筛选到了很多超富集植物，如：天蓝遏兰菜、东南景天、宝山堇、蒲公英、龙葵、三叶鬼针草、球果蔊菜、美洲商陆、印度芥菜等。

微生物—植物联合修复

植物和微生物共同生活在土壤环境中，植物根系为微生物提供了适宜的营养条件，保证了微生物数量和活性的维持;反之，微生物的旺盛生长优化了植物的根际微环境。在此基础上，科学家发现了微生物—植物联合修复技术。

傅金民表示，这是一种强化植物修复的技术，为镉污染土壤的生态修复提供了一条崭新的途径。

近年来，微生物—植物联合修复技术逐渐成为国内外研究的热点。微生物—植物联合修复的作用机理主要分为两类：一是固定或钝化，将有效态转化为无效态，降低了重金属进入食物链或污染周边环境;二是活化，促进生物吸收以提高土壤重金属的去除效率。微生物—植物联合修复的形式也可分为两种：一是植物与专性菌株的联合修复;二是植物与菌根的联合修复。

“植物—微生物联合修复技术可充分发挥植物和微生物各自的优点，优势互补，提高修复效果，是目前公认为应用前景最为广泛的重金属污染土壤修复技术。”傅金民同时也指出，“该项技术为中试阶段，有待于在镉污染大田进行验证。”

然而，傅金民等人还发现了植物—微生物联合修复的一些缺陷和不足，如筛选出的植物生物量普遍较低、个体矮小、生长缓慢，且受气候和土壤等地域环境条件的限制，与植物、土壤的共存性不佳等，导致修复治理效率低和周期长，制约了大规模的应用。

针对于此，他们提出了一种利用草坪草—微生物联合修复镉污染土壤的方法，该方法成本低廉、操作简便，既能改善土壤环境，又有效利用了废弃物，且具有良好的生态效益和社会效益。

狗牙根和棘孢曲霉

傅金民等人对湖南多处镉污染地区的植被调查发现，狗牙根为该省多个污染地区的优势植物之一，基于其生长快速、耐多次刈割，对土壤的镉有一定萃取能力的特性，结合其形成的枯草层可增大地表径流，可有效降低镉在土壤中的迁移。

“选择狗牙根来修复镉污染土壤，解决了与土壤环境适应性的问题，兼具美化环境的效果。”他们从其根际土壤中分离出了耐镉微生物—棘孢曲霉，利用其和狗牙根联合修复镉污染土壤，解决了微生物、植物、土壤共存的问题。

研究发现，通过接种棘孢曲霉，可有效降低镉对狗牙根的毒害，其草坪质量、生长速度、叶绿素含量均高于未接种处理。他们对镉含量的分析表明，狗牙根根部镉含量增大，地上部镉含量下降。这也正说明了棘孢曲霉—狗牙根联合修复镉污染土壤的效果很好，使土壤中的镉在根部富集，降低了镉在狗牙根体内的转移。

傅金民的研究开始于2011年，他们首先在镉污染地区，采集了植物样品和根际土壤样品。

回到实验室，他们开展了两方面的工作：一是对狗牙根种质资源(总共120余份，包括湖南采集的样品34份)的耐镉性进行了评价，筛选出了耐/富镉材料和敏感材料;二是对根际土壤的镉含量进行测定的同时，采用梯度浓度递增法筛选、分离、纯化了耐镉微生物——棘孢曲霉。

随后，他们立即开展了棘孢曲霉与狗牙根联合修复镉污染土壤的研究，并发现狗牙根与耐镉真菌棘孢曲霉联合修复镉污染土壤，很好地解决了目前植物—微生物联合修复中存在的弊端。

如今，傅金民等人正在开展耐镉真菌棘孢曲霉对镉污染土壤中水稻、辣椒、西红柿、玉米、拟南芥耐镉性的效果。下一步，他们的研究重点分为两个部分：一是阐明棘孢曲霉对作物耐镉性作用的机理;二是目前研究为中试阶段，需要污染区大田试验进一步验证棘孢曲霉的有效性。

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