王春勇，姜亚源，商井远，朱博，陈玥琪

土壤铬污染生物修复研究现状

王春勇1*，姜亚源1，商井远2，朱博1，陈玥琪1

（1. 辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001； 2. 葫芦岛市生态环境保护服务中心，辽宁 葫芦岛 125000）

论述了铬污染土壤生物修复（包括植物修复、微生物修复及植物与微生物联合修复）的研究现状，之后介绍了不同修复方式的优势及局限性。此外，还重点阐述了典型修复植物李氏禾（Swartz）和其他修复植物，以及微生物修复方式中生物吸附和生物还原。最后对土壤铬污染生物修复前景进行了展望。

铬；污染土壤；植物修复；微生物修复；植物与微生物联合修复

1 土壤铬污染现状

重金属铬（Cr）常被应用于防腐蚀，尤其是在冶金、电镀、制革、木材、不锈钢制造、油漆生产和颜料等行业[1-3]。随着上述行业的发展，产生了大量铬渣和含铬废水。有统计表明我国年产铬渣量已达45万t[4]。不同行业产生的含铬废物百分比如表1所示。

表1 不同行业产生的含铬废物百分比[5]

2 土壤中铬的形态转化及其毒性

在土壤环境中，铬主要有Cr(III)和Cr(VI)两种主要形态，且Cr(III)比Cr(VI)稳定[6]。但Cr(VI)毒性高于Cr(III)至少100倍[7]。Cr(VI)能诱发癌症以及引起生物体的DNA损伤[8-9]。此外，Cr(VI)和Cr(III)还能对植物产生影响。例如，当Cr(VI)质量分数超过5 mg·kg-1，会对植物产生毒性[10]。这些毒性具体表现为对植物细胞DNA损伤、减少CO2固定、瓦解叶绿体等[11-13]。而土壤中Cr(III)对植物产生的毒性要小于Cr(VI)[6]。鉴于土壤中铬的上述危害，有必要对铬污染土壤开展修复工作。本文对铬污染土壤生物修复研究进行了综述，并对生物修复前景进行了展望，为后续修复工作提供参考。

3 铬污染土壤生物修复

生物修复主要是指基于土壤中植物或者微生物的代谢活动使土壤中重金属被富集，或改变重金属形态，从而达到固定或解毒重金属的目的[14-15]。

3.1 植物修复

植物修复指某些植物能富集铬的特性。这些植物经过收割后可以统一进行处理。一般将地上部分富集铬质量分数大于1 000 mg·kg-1的植物称为铬超积累植物[16]。

3.1.1 铬超积累植物

李氏禾（Swartz）是比较典型的铬超积累植物，其具有繁殖能力强及生长迅速等特点，广泛地分布于热带地区的沼泽地等[17-18]。李氏禾不仅能富集铬，还能对铜和镍等重金属有较强的富集效果[19]。李氏禾主要是通过叶片和根茎来富集铬[18-19]。张学洪等[18]研究发现李氏禾叶片中铬质量分数最高可以达到2 977.7 mg·kg-1，其质量分数约是根茎中铬质量分数的9倍。伍婵翠[20]等研究表明李氏禾根系的分泌物能活化土壤中铬，并且其对Cr(III)的活化能力高于Cr(VI)，在营养充足的条件下，更有利于活化作用。此外，这种活化作用能将土壤中难溶态的铬转化为可溶态铬，从而更有利于李氏禾对土壤中铬的吸 收[20]。

关于李氏禾对铬污染土壤修复研究已有报道，例如LIU[21等]研究表明李氏禾能有效地修复中等程度的铬污染土壤，而对高度污染土壤的修复较为缓慢，但是可以通过施肥等手段，增强其修复效果。陶笈汛[22]等先将电镀污泥与土壤按不同质量百分比混合形成不同污染程度的土壤，之后研究了李氏禾对上述土壤中铬的富集程度，结果表明李氏禾地上部富集的铬含量能达到每株70.87 μg。此外，草酸等物质可以促进李氏禾对铬的富 集[23-24]，TAN[23]等研究表明草酸能促进李氏禾将土壤中铬从根部转移到可收获的地上部分，从而提高对土壤的修复效果。

此外，植物Wild以及Wild也都属于铬超积累植物[25]。双穗雀稗（）叶片中能富集铬平均质量分数为1 718.86 mg·kg-1[26]。特别地，应用铬超积累植物修复土壤时存在局限性，例如铬超积累植物一般植株矮小且生长较为缓慢[27-28]，再就是铬超积累植物根系较浅（一般在0～30 cm），仅对浅层土壤修复效果较好，对于深层土壤修复较为困难[27]。

3.1.2 其他植物

除了李氏禾，其他植物也被报道能富集土壤中铬，例如柳枝稷（L.）、巴拉草（(Forssk) Stapf）、紫檀（）、麻风树（）、臭椿（）、芦苇（）、胡卢巴（L.）、菠菜（L.）、白菜型油菜（L.）、芥菜（）、高粱（）、蒲公英（）、野苋菜（）和黑麦（）幼苗等[26,28-31]。

3.2 微生物修复

微生物对铬污染土壤的修复主要包括生物吸附和生物还原。

3.2.1 生物吸附

通过生物吸附，可以达到对铬的消减、净化和固定作用，从而降低土壤铬污染[32]。微生物（细菌、真菌和藻类等）对铬的生物吸附属于物理化学过程，某些微生物通过静电吸附等作用将铬吸附在细胞上[33]。吸附后的铬被微生物通过胞外络合、胞外沉淀和胞内积累固定，从而降低了铬的移动性和生物可利用性[32-34]。微生物对铬的吸附作用中，微生物细胞壁某种程度上能决定吸附量的多少[35]。已报道能吸附土壤中铬的微生物，如黑曲霉菌，其能在 15天内去除75%土壤中铬酸盐（初始质量分数为250 mg·kg-1）[36]。生物吸附的局限性是较难应用于实际铬污染土壤的修复。

3.1.2 生物还原

生物还原指某些微生物能将土壤中Cr(VI)转化成毒性较低的Cr(III)。GUPTA[37]等从铬污染农田土壤中筛选出了sp. strain CPSB4，其在培养7天后能还原95%的50 mg·kg-1Cr(VI)。POLTI[38]等研究表明菌株sp. MC1能在7天之内将土壤中50 mg·kg-1的Cr(VI)降低到5 mg·kg-1。综上所述，无论是使用筛选的Cr(VI)还原菌株，或是通过外源的营养来促进土著菌株的生长，都可以修复铬污染土壤。

微生物修复可以进行原位或异位修复，而且修复效率高[39-40]，是最具发展潜力和应用前景的技 术[41]。微生物修复局限性主要是目前较难用于大规模铬污染土壤的修复工程中。

3.3 植物与微生物联合修复

植物与微生物联合修复时，微生物可以对重金属的吸收和转化等进行调控[42]。二者联合修复过程中，一方面植物的根系分泌物能给微生物提供能量，另一方面微生物活动等行为可以促进植物生长，还能促进植物对铬的吸收和富集[43]。使用植物与微生物联合修复铬污染土壤的研究已经开展，例如POLTI[38]等研究放线菌（sp. MC1）和玉米（）联合修复铬污染土壤，实验结果表明二者联合后，在7天内能将含50 mg·kg−1Cr(VI)的土壤中94% Cr(VI)降解。植物与微生物联合修复比单一植物或微生物修复效率更高，但是植物与微生物联合修复也存在局限性。这类技术目前只能在实验室条件下开展，实验室条件下的修复干扰小，因此修复效果较好，但目前推广到大规模的实际铬土壤修复中较为困难[27]。

4 展 望

本文综述了铬污染土壤的生物修复，其属于一种环境友好型修复方式，具有较好修复前景。未来工作可以开展对生物修复机理的研究包括：

1）以通过优化修复条件，提升植物和微生物对铬污染土壤的修复效果。

2）可以利用基因工程等技术，构建工程菌，促进微生物对铬污染土壤的修复。

3）在联合植物和微生物修复基础上，可结合物理或化学修复，构建多种联合修复模式，提高修复效率。

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Research Status of Bioremediation of Chromium Contaminated Soil

1*,1,2,1,1

（1. School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China;2. Ecological Environmental Protection Service Center of Huludao City, Huludao Liaoning 125000, China）

The research status of bioremediation of chromium-contaminated soil was discussed, including phytoremediation, microbial remediation and plant-microbe remediation, and then the advantages and limitations of different remediation methods were introduced. In addition, the typical restoration plant ofSwartz and other restoration plants, as well as the microbial restoration methods including the biosorption and bioreduction, were also discussed. Finally, the development trendof bioremediation of chromium contaminated soil was prospected.

Chromium; Contaminated soil; Phytoremediation; Microbial remediation; Plant-microbe remediation

辽宁省教育厅科学研究经费项目（项目编号：JQL202015402、JFL202015403）。

2020-01-07

王春勇(1987-)，男，辽宁省朝阳市人，讲师，博士，研究方向：土壤重金属。

X53

A

1004-0935（2021）06-0828-03