1、生物修复技术的前景与展望,生物修复技术作为一门新兴的环境生物技术, 与传统的物理、化学修复技术相比, 具有处理费用低、净化效果好、不造成二次污染等优点, 因而受到世界各国的关注, 并在治理污染土壤、地表水及地下水等方面发挥越来越重要的作用。在回顾近年来生物修复技术发展趋势的基础上, 针对滨海湿地的特殊环境, 探索在该区域利用生物修复技术治理受污染滨海湿地的可行性。,Insert title text here,随着工农业生产的发展及人口的增多, 人类生存环境面临的压力也越来越大, 大量的工矿业废水、生活污水及农业污水排入江河湖海, 造成土壤、地表水及地下水受重金属、有机毒物、油类及氮、磷营养盐
2、等的严重污染。特别是位于海陆交互作用的滨海湿地与河口沼泽区, 虽然对污水有一定的自净能力, 但是大量污水的长期排放还是在不同程度上对该地区生态环境带来负面影响。如大量的氮、磷营养盐入海后, 造成近海海域富营养化严重, 赤潮频繁发生, 给养殖业和渔业带来巨大的损失。2001 年我国近海海域发生的赤潮较往年增多, 影响范围扩大, 造成的经济损失达10 亿元。一些人工合成的有毒有机污染物和重金属, 因为难以降解而长期残留在环境中, 并可能通过食物链最终影响到人类自身。1953 年发生在日本九州的水俣病事件, 就是因为含汞工业废水入海后转化为甲基汞并通过食物链传递蓄积, 当地渔民在食用含甲基汞的鱼后,
3、 出现口齿不清、面部痴呆等症状, 最终导致精神失常甚至死亡。面对不断恶化的环境状况, 人们一方面努力控制污染源, 使之达标排放, 另一方面积极探索有效的清除环境中污染物的方法。,清除环境污染物的传统方法有物理修复法和化学修复法, 但是这些方法存在着处理费用高, 操作复杂,而且有二次污染的可能性等缺点。生物修复技术是近年来新兴的一门环境生物技术, 具有工程简单, 处理费用相对较低、清洁水平较高等优点。欧洲和北美的许多发达国家早在20 世纪80 年代中期就开展了生物修复技术的初步研究工作, 并完成了一些实用的处理工程。目前生物修复技术在清除或减少土壤、地表水、地下水、废水、污泥、工业废弃物及气体中
4、的化学物质方面的应用已获得成功。将生物修复技术应用于受污染滨海湿地的治理, 对于保护滨海湿地生态环境、发展沿海经济具有重要意义。,1.生物修复研究进展,生物修复(bioremediation) 技术是利用微生物、植物及其他生物, 将环境中的危险性污染物降解为二氧化碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系统。生物修复的概念最初应来源于微生物对污染环境的治理, 至今许多文献仍沿用bioremediation 一词, 专指微生物修复。随着近年来环境生物技术的发展, 植物修复(phytoremediatio) 技术在污染环境治理中的作用逐渐受到重视, 有关这方面的研究也越来越多。生物修复主要包括2方面的
5、内容: 利用具有特殊生理生化功能的植物或特异性微生物修复受污染的土壤或水体;合理设计和应用生物处理或生物循环过程, 阻断或减少污染源向环境的直接排放,1.1微生物修复,微生物修复主要是利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。利用微生物修复技术既可治理受石油和其它有机物污染的环境, 又可治理受重金属和氮、磷等营养盐污染的环境; 既可使用土著微生物进行自然生物修复, 又可通过补充营养盐、电子受体及添加人工培养菌或基因工程菌进行人工生物修复; 既可进行原位修复, 也可进行异位修复。主要包括有机污染和无机污染的微生物修复。,1.2植物修复技术,植物修复就
6、是利用植物根系(或茎叶) 吸收、富集、降解或固定受污染土壤、水体和大气中重金属离子或其它污染物, 以实现消除或降低污染现场的污染强度, 达到修复环境的目的。植物修复主要是通过以下几种方式来实现的:(1)植物提取;(2)植物挥发;(3)根系过滤;(4)植物钝化。主要包括：富营养化水体. 重金属污染和有机污染的植物修复 。,2.生物修复技术在滨海湿地中的应用,湿地有“景观之肾”的美誉, 尤其滨海湿地在净化污水、保护海岸线和控制侵蚀、保护生物多样性中发挥重要作用。陆健健将滨海湿地定义为: 海平面以下6 m 至大潮高潮位之上与外流江河流域相连的微咸水和淡浅水湖泊、沼泽以及相应的河段间的区域, 分潮上带
7、淡水湿地、潮间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、河口沙洲离岛湿地4 个子系统。由于滨海湿地的特殊地理位置和作用, 世界各国在开发利用海洋资源的同时, 对受污染滨海湿地的保护研究工作也日益重视。,2.1滨海湿地现状,我国有1. 8104 km 的海岸线, 海岸滩涂和河口沼泽面积广阔, 潮间带和潮下带贝类众多, 同时也是洄游性鱼类、虾类与蟹类的重要产卵场、育幼场和索饵场。自20 世纪50 年代以来, 沿海地区社会经济得到长足的发展, 特别是近20 a 来, 沿海城市工矿企业迅速发展, 人口分布密集, 每年有大量的工业废水和生活污水未经达标处理直接排放入海, 工业固体废气物和生活垃圾大量堆积在岸滩或任意弃
8、置入海, 内陆地区污染物经河流携带入海, 加上船舶、平台排放的污染物直接入海, 造成近海海域和滨海湿地的油污染、氮、磷等营养盐和有机物污染以及重金属污染。由于受多年来城市工业废水和生活污水沿岸直排以及城市汽车尾气和工业粉尘干湿沉降的影响, 上海滨岸潮滩表层沉积物中Cu, Zn, Cr, Pb 等重金属的污染程度已相当严重。滨海湿地生态环境问题日益突出。,滨海沼泽湿地位于海陆交互作用的重要地带, 由于受到来自陆地和河流淡水径流作用, 同时还受到海流和潮流的影响, 具有水动力作用强烈、泥沙输移和冲淤变化频繁、Eh、pH 和盐度等物理化学条件复杂多变等特点, 使这一地区的微生物种群与植物类型比较单一
9、。这对生物修复技术在滨海湿地的应用带来一定困难。,2.2 滨海湿地的生物修复研究进展,生物修复的大规模应用首先是从治理海洋溢油开始的。对海洋溢油的生物修复研究工作先后经历了“探索期”(1989之前)、“繁荣期”(19891991) 和“成熟期”(1992 之后) 3 个阶段。海洋环境中广泛分布着降解石油烃类的微生物, 但是石油的理化性质和海水中氮、磷营养盐缺乏等因素限制了土著微生物的活性, 只有通过人为添加肥料、表面活性剂及接种高效石油降解微生物等手段促进微生物对石油的降解。,我国研究人员在海洋污染环境的生物修复研究中作了大量工作。郑天凌等研究表明, 河口、海洋环境中存在着对甲胺磷降解能力较强
10、的微生物, 它们可以甲胺磷作为唯一的碳源和能源促进其生长、繁殖, 又净化被污染的环境。庄铁城等通过连续3a 的试验结果表明: 红树林土壤微生物对农药甲胺磷有较强的降解能力, 其降解率是同潮带无红树林土壤微生物的2 3 倍, 并从中筛选得1 株高效降解菌, 其降解率可达70% 以上(12 d 后)。红树林土壤中还存在着对柴油烃类的有效降解菌, 柴油在红树林土壤中7 d 后大部分被降解(微生物降解50%), 14d 后80% 被降解(65%) ,一个月后90% 被降解(微生物70% 以上)。,陈碧娥等从湄洲湾海域分离得到的H1 菌株(假单胞菌Pseu-domonas sp.) 在缺乏营养盐的情况下
11、, 其耐油性及对原油的降解率均比有营养盐时高, 对芳烃比对烷烃的降解作用强, 尤其是对多环芳烃菲的降解特别有效。丁明宇等从青岛近岸海水中也分离筛选出多株具有降解石油能力的细菌和真菌, 其中部分测试菌在没有添加营养盐的新鲜海水中仍表现出较好的降解能力。这些贫营养型微生物由于不受海洋环境中低浓度营养盐的限制, 在海洋石油污染环境的生物修复中有巨大的应用前景。,目前, 生物修复技术在滨海湿地的研究和应用较多着眼于对海岸溢油的微生物修复, 对重金属、有毒有机物和氮、磷营养盐等污染物的生物修复尤其是植物修复研究还处于探索阶段。寻找能够适合滨海湿地环境并且能耐受和净化各种污染的滨海湿地植物种是植物修复的关
12、键所在, 同时该植物还必须具有较高的生物量和一定的经济利用价值。已有研究表明, 海滨芦苇沼泽湿地和红树林湿地能有效去除有机污染物、重金属和氮、磷营养盐等污染物, 而在我国沿海各省分布有大片的芦苇湿地和红树林湿地, 保护好这类滨海湿地并开展相应的调查研究, 如研究各种污染物在滨海湿地的生物地球化学循环, 进行湿地本底调查和污染物的环境容量研究等, 将对探索生物修复技术在受污染滨海湿地的推广应用起到积极作用。,总之：生物修复技术被认为比物理和化学处理技术更具有前途, 因而受到欧美等发达国家高度重视, 并投入大量资金进行生物修复技术的研究和应用。荷兰在20 世纪80 年代就已花费了约15 亿美元进行
13、土壤的修复工作, 德国在1995 年投资约60 亿美元净化土壤, 美国环保局设立了所谓超级基金场地, 将1200 处受到污染的地区列为利用生物修复技术进行优先处理的场地。我国作为发展中国家, 更应重视生物修复技术的研究与应用。,环境问题是当前人类生存与发展过程中所面临的重大问题。生物修复技术是解决环境污染，恢复被人类活动破坏的生态系统，实现人类社会可持续发展的重要手段之一。近年来我国生物修复技术研究与应用蓬勃发展。取得了显著成绩。其内容主要包括微生物修复技术、重金属污染的植物修复技术、矿山废弃地生态恢复技术、固体废弃物资源化技术、垃圾填埋场生态修复技术及湖沼生态恢复技术等。在高效特异微生物与重金属超富集植物筛选及其机理研究上取得了一系列的突破，已筛选出近50种针对农药、石油、多环芳烃等有机污染物的高效特异菌种和As、Cd、Mn、Zn等12种重金属的超富集植物。今后应注意吸收其他学科的理论知识拓宽研究领域注重生物修复的机理研究及相关分子生物学技术的开发与应用：开展全国范围的环境污染调查与风险评估工作；建立污染环境修复的法规与标准；从而促进生物修复技术的持续发展为国民经济发展及环境与健康保护服务。,
