氯代烃(CAHs)是工农业生产中广泛应用的重要化工原料,其处置不当或意外泄漏使其成为土壤和地下水中最常检测出的有毒有害污染物之一,对人体和生态环境危害巨大。生物修复技术因具有绿色、经济、高效和无二次污染等优势,是氯代烃污染治理的理想技术手段。文章在分析CAHs的理化性质、在环境中的迁移特征和生物降解机制的基础上,对实验室小试、中试等不同规模的微生物修复研究实例、联合修复的进展和降解转化机制进行梳理,同时对CAHs污染生物修复技术的影响因素进行概述,最后,对CAHs污染微生物修复技术的研究进行展望,未来应在采用微孔芯片与极限稀释技术开展低丰度降解菌的挖掘与解析、研发太阳能加热-生物原位修复等高效联合修复技术并分析修复效果影响因素等方面开展研究,以期为CAHs污染的高效、绿色治理提供技术支持。

湖南省是我国主要产粮区之一。由于矿产经济活动及其他人类活动,大面积耕地土壤受到重金属污染,从而一些地方的稻米重金属含量超过国家食品卫生标准。本研究对湖南省耕地土壤与稻米重金属污染现状和成因进行剖析。结果表明:湖南耕地土壤重金属污染特征是复合污染为主,污染程度逐年上升,主要分布在湘江流域和工矿区,并逐渐蔓延至养殖区,稻米重金属污染主要以Cd为主,其次是As和Pb。针对湖南稻米重金属污染的各种防控措施,阐述其工作原理、应用实例和优缺点,然后对湖南省开展的土壤重金属污染修复措施和研究进行总结与思考,提出应当构建一种基于土壤组成的原味钝化材料耦合易操作农艺措施的经济、绿色、高效的综合性技术方案,以期来修复耕地土壤重金属污染和降低稻米重金属含量,保障粮食安全生产。

微塑料(MPs)是指尺寸上限为5 mm的聚合物。作为一种新兴污染物,MPs广泛存在于海洋、陆地等不同环境中。研究发现,陆生环境是MPs一个重要的“汇”,其MPs的含量是海洋环境的4~23倍,MPs不仅影响土壤环境,还能够进入植物组织,并通过食物链等途径进入人体内,引发健康风险,成为迫切需要解决的环境污染问题。检测技术是研究环境污染物不可或缺的一个手段,关于陆生生态系统的研究刚起步,MPs检测技术还未发展成熟。目前,关于微塑料的检测主要分为前处理和分析检测:密度浮选、筛分过滤、萃取和消解等方法是前处理中常用的方法;定性定量检测以目检法、光谱法和质谱法为主,其中场发射扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热裂解-气相色谱/质谱法(Py-GC/MS)是最常用的仪器方法。而当面对复杂的环境样品时,往往需要结合多种方法进行分析。因此,本文通过文献整理,综述土壤及植物中MPs检测方法进展、不同检测技术的适用条件及优缺点,旨在为未来陆生生态系统MPs定性定量、MPs在植物中转移积累规律的研究提供科学参考。

土壤是农业生态系统重要的组成部分,耕地土壤重金属污染会影响农产品质量安全。本研究选取冀北花岗岩地区坡积物母质区和冲洪积物母质区的弱酸性农田土壤为研究对象,依托钝化修复和植物提取(玉米和龙葵为植物修复材料)两种修复技术,探究了不同成土母质类型和修复技术对耕地土壤重金属的修复效果影响。研究结果表明:(1)坡积物和冲洪积物母质区土壤的有机质、速效钾、有效磷和pH值存在显著差异,坡积物母质区土壤pH显著低于冲洪积物母质区土壤,两区成土母质均具有较高的Pb背景值;(2)钝化修复后,冲洪积物母质区玉米籽粒Cd和Pb含量显著降低,玉米籽粒增产19.10%~33.00%,较坡积物母质区显示出更好的修复效果;(3)坡积物母质区采用龙葵和玉米间作模式,植物修复每年每公顷中提取Cd、Pb和Cu分别为167.25、208.35和555.05 g,Cd、Pb和Cu的去除率分别为2.727%、0.043%和0.234%,较冲洪积物母质区显示出更好的修复效果;(4)龙葵和玉米的间作模式优于单一种植模式,间作可以提高土壤中重金属的生物可利用性和植物吸收效率;(5)制定土壤污染修复策略时,需考虑土壤特性、成土母质及不同农作物的影响,选用合适的修复技术和种植模式。本研究可为地质异常区域农田土壤安全利用与修复提供参考依据。

本研究基于小麦籽粒降Cd率、土壤中Cd生物可利用态(DTPA-Cd)含量和土壤Cd移除率评价蚯蚓(赤子爱胜蚯蚓)对两种Cd污染农田土壤(河南潮土及河北褐土)的修复效果。研究结果表明：两种土壤中，添加0.5%和1.0%(蚯蚓鲜重/土壤干重)蚯蚓均能够明显降低小麦对Cd的富集，改变Cd在小麦植物器官中的分布，显著降低小麦籽粒中Cd含量(P<0.05)，籽粒降Cd率达到31.1%~43.5%，促使小麦籽粒生物量增加35.5%~62.7%。添加0.5%和1.0%蚯蚓可显著降低土壤中生物可利用态Cd(DTPA-Cd)含量(P<0.05)，DTPA-Cd含量下降29.1%~40.8%，有利于促进土壤中生物可利用态Cd向生物不易利用的形态转化。0.5%和1.0%蚯蚓添加使土壤中Cd移除率达到6.05%~11.88%，明显高于对照组(P<0.05)，说明蚯蚓具有很好的Cd污染农田土壤修复潜力。在低Cd污染农田土壤中，蚯蚓可以降低土壤中Cd含量，减少小麦对Cd的富集，同时降低小麦籽粒Cd含量，这一研究结果对于修复低Cd污染农田土壤、保证农产品安全和实现“边生产边修复”具有重要意义。

本研究基于小麦、玉米、高粱籽粒及烟草烟叶镉(Cd)消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对比了实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明：骨炭粉与海藻肥使玉米、小麦、高粱和烟草对Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用；在田间条件下，骨炭粉与海藻肥对不同作物籽粒或烟叶的Cd消减率为16.2%~39.8%，可增加作物产量12.3%~38.6%。钝化剂对不同作物增产效果有一定差异，对小麦籽粒增产作用最为有效。研究发现添加钝化剂改变了Cd在土壤团聚体中的分布，使得Cd在大粒径团聚体中负载量增加，并且与对照相比，显著提高土壤pH(提高0.43~0.77)，降低土壤Cd的有效性，有利于控制Cd在土壤植物系统中的迁移。总体而言，不同钝化剂的Cd污染土壤修复边际效率为3.99%~14.74%，同海藻肥相比，骨炭粉的修复边际效率较高。不同钝化剂在盆栽实验的修复效果优于田间实验的效果，可能是因为相比于田间实验，盆栽实验条件下根系的作用范围有限，钝化剂的作用效果较高。

选取城市污水处理厂污泥和有机肥两种有机废弃物作为修复剂，通过原位稳定化培养和植物盆栽实验，研究不同修复剂的添加对土壤中有效态钼含量及植物体内钼累积量的影响，比较两种修复剂对于钼污染土壤的修复效果。结果表明：经过60 d的稳定化培养后，污泥和有机肥两种有机废弃物均能降低土壤中有效态钼含量，但降低效果不很显著，有机肥的稳定化修复效果略优于污泥；两种废弃物的施入，能提高紫花苜蓿和黑麦草地上部位生物量同时降低其对钼的累积量。

为了研究促根剂与水分胁迫诱导小麦根伸长及其降低小麦对异质土壤中Cd吸收转运的影响，本研究制备了不同浓度Cd污染土壤，利用根箱法设置了3种不同土层(0~6 cm、7~12 cm及13~18 cm)下的Cd污染异质土壤，研究了3种添加比例(0.1%、0.2%和0.4%)下促根剂与3种水分胁迫诱导(60%、50%和40% MWHC)下小麦根伸长对降低小麦Cd吸收、转运的影响。结果表明：不同促根剂与水分胁迫诱导处理可以明显促进小麦根系生长，表现为小麦根系总长与根表面积的显著增加，其中促根剂促使下层(13~18 cm)土壤中小麦根系总长增加了63.2%~205.9%，水分胁迫诱导增加了69.1%~91.2%。不同促根剂处理可以不同程度增加小麦分蘖数，从而增加了小麦籽粒生物量(小麦籽粒生物量增加5.6%~50.3%)；与对照相比，除了40% MWHC水分处理(WS3)外，不同促根剂与水分胁迫处理可以显著降低(P<0.05)Cd污染异质土壤中小麦茎叶与籽粒中Cd的浓度，降低范围分别为24.0%~41.5%和23.0%~42.7%，其中以添加0.4%促根剂处理效果最佳，不同处理对降低小麦籽粒Cd含量效果顺序为RA3≈RA2>WS2≈RA1≈WS1>WS3。基于上述结果，RA2和WS2在Cd异质污染农田修复中具有较大的应用价值。

为了研究不同草本植物间作对空心菜生长状况及对Pb的吸收、转运效果，采用盆栽试验，研究了空心菜在Pb污染土壤中单作及与10种草本植物(高丹草、苏丹草、狼尾草、黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿、紫云英)间作对Pb吸收、积累的影响。结果表明：空心菜与黑麦草、苦荬菜、菊苣、籽粒苋、三叶草、紫花苜蓿以及紫云英间作后的茎叶生物量较空心菜单作增加显著(P<0.05)，增加了15.79%~84.75%。不同间作方式下的空心菜茎叶Pb含量为7.11~15.36 mg/kg，茎叶Pb富集系数(BCF)为0.024~0.051，根茎叶Pb转运系数(TF)为0.240~0.470。与高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣以及籽粒苋间作后，空心菜茎叶Pb含量较单作(对照)降低了24.39%~41.46%，茎叶Pb积累量较单作降低了65.36%~75.06%；此外，与上述5种植物间作后空心菜的根际土壤有效态Pb含量降低了4.47%~9.09%，根际土壤pH值则增加了0.32%~2.74%。10种间作植物茎叶Pb含量大小为菊苣>黑麦草>苦荬菜>高丹草>苏丹草>紫云英>紫花苜蓿>狼尾草>三叶草>籽粒苋。不同间作方式下每盆植株Pb总积累量为0.560~2.108 mg/盆，10种间作处理是空心菜单作处理的1.73~3.76倍。研究结果表明，高丹草、苏丹草、苦荬菜、菊苣和籽粒苋与空心菜间作有效降低了空心菜对Pb的吸收积累，同时提高了整个体系对土壤中Pb的总积累量，在间作修复中是较为理想的组合模式。

为研究不同农艺措施对烟叶镉(Cd)富集及生长发育的影响，选取中国南方植烟区两种Cd污染土壤(红泥田、黄泥田)为研究对象，以云烟87为供试品种，通过田间小区试验，研究增施磷酸二氢钾、硫酸锌、腐殖酸络合钾和生石灰对土壤Cd有效态含量、烟叶Cd含量、土壤肥力指标、烤烟经济性状及常规化学成分的影响。结果表明：与对照组相比，增施磷酸二氢钾、硫酸锌、腐殖酸络合钾和生石灰均能有效减少土壤Cd生物有效性和烟草对Cd的富集，土壤有效态Cd含量降低10.4%~25.5%，烟叶Cd消减率为20.39%~43.47%，不同处理顺序为磷酸二氢钾>腐殖酸络合钾>硫酸锌≈生石灰；施用生石灰可提高土壤pH值0.24~0.51，但会造成土壤肥力下降，影响烤烟生长发育；增施腐殖酸络合钾可提高土壤脲酶和磷酸酶活性，提高土壤有机质含量、阳离子交换量、有效氮含量等肥力指标，显著提高烤后烟叶钾含量，降低烟叶糖含量，使烟叶化学成分更趋于协调。

为了研究Cd污染条件下，玉米分别与苋菜、黑麦草、龙葵间作对重金属Cd吸收和转运的特点，从而选择适宜与玉米间作的富集植物，同时达到修复重金属Cd污染土壤的目的。该文以镉(Cd)污染的河南棕壤黏土为供试土壤，通过盆栽试验，基于玉米各器官中Cd含量、富集系数、转运系数、土壤有效态Cd含量的变化，研究了间作苋菜、黑麦草、龙葵对玉米各器官Cd的积累特性的影响及其迁移转运机制。结果表明：(1)龙葵、苋菜、黑麦草间作使得玉米地上部Cd含量显著性降低(P<0.05)，其中以籽粒中Cd含量的下降最为显著。间作苋菜、黑麦草、龙葵，玉米籽粒中Cd含量分别下降了67.6%、75.7%和79.9%。(2)间作苋菜、黑麦草、龙葵使得玉米的富集系数较单作处理下玉米的富集系数分别下降了49.3%、39.7%和68.5%，且差异达到显著水平。(3)与苋菜、黑麦草间作相比，间作龙葵的玉米转运系数分别下降了27.5%、24.2%，且差异均达到显著水平。通过对人体每天摄入Cd量的安全值计算得出间作后土壤中Cd全量应低于2.26 mg·kg-1，土壤有效态Cd含量低于0.88 mg·kg-1。该污染农田在间作模式下，食用玉米Cd暴露对居民健康不存在风险。间作苋菜、黑麦草、龙葵能够抑制玉米对Cd的吸收，同时阻控玉米地上部Cd向地上部的转移，尤其是向籽粒转移。通过间作苋菜、黑麦草、龙葵，不仅降低了主栽作物玉米的Cd累积量，实现玉米安全、优质种植，同时也达到了修复污染土壤的目的。