水土環(huán)境硒污染生物修復研究

摘要：硒作為特殊的微量元素，在人、動物身上缺硒與硒中毒較少，土壤硒污染會產(chǎn)生較大影響，而傳統(tǒng)的污染整治經(jīng)濟投入大、效果低，難以滿足水土環(huán)境發(fā)展需求。伴隨著科學技術的進步，提出了生物修復技術，該技術對水土環(huán)境硒污染修復效果理想，并且經(jīng)濟投入少，值得進一步推廣應用。

關鍵詞：水土環(huán)境;硒污染;生物修復;技術研究

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract： As a special trace element， selenium lacks selenium and selenium poisoning in humans and animals， and soil selenium pollution will have a greater impact. However， the traditional pollution remediation economy has a large investment and low effect， and it is difficult to meet the needs of water and soil environment development. Along with the advancement of science and technology， bioremediation technology is proposed， which has an ideal effect on the repair of selenium pollution in water and soil environment， and has less economic investment， which is worthy of further promotion and application.

Key words： Soil and water environment; Selenium pollution; Bioremediation; Technical research

土壤作為自然環(huán)境重要組成要素，土壤圈位于水圈、大氣圈、巖石圈交接位置，起到連接無機界與有機界作用。由于環(huán)境的特殊性決定了土壤中的化學元素對人和動物的影響，據(jù)調查顯示，土壤內硒元素對人和動物的健康都有著緊密聯(lián)系。

1 水土環(huán)境硒污染影響

人體所需硒營養(yǎng)物質源于食物，如：糧食、蔬菜等，動物所需硒元素源于養(yǎng)料、牧草;這些食物是在水土環(huán)境下生長的，硒元素來自于土壤。所以，土壤內硒含量異常將會導致人和動物感染地方性疾病?，F(xiàn)如今，世界上的土壤硒含量達到上百mg/kg，該環(huán)節(jié)下生長的事物身體、動物機體是有毒的。硒中毒由于動物種類而異，硒含量在11～15mg/kg養(yǎng)料喂給仔豬將引起硒中毒，每日的喂養(yǎng)含硒0.4mg/kg的養(yǎng)料給羊群，將引起羊群大量死亡;3～4mg/kg養(yǎng)料喂給雞群，引起雞群生長不良。此外，硒含量較高會影響集體硫代謝，動物感染疫病，進而出現(xiàn)心臟微縮、肝硬化等。其實，國際上人硒中毒案例也不在少數(shù)，國外一些硒含量較高的區(qū)域導致人們硒中毒，腸胃失調、皮炎、黃疸等。因此，加強硒毒性重視，硒化氫毒性高于硫化氫10倍以上。工業(yè)生產(chǎn)中排放的硒化氫、二氧化硒也會影響人們眼睛、消化系統(tǒng)、皮膚等。較早以前，人們食用高硒水土環(huán)境下的蔬菜發(fā)生了硒中毒，脫發(fā)、掉指甲、皮膚損壞。所以，土壤硒污染將給人們身體健康帶來威脅，目前怎樣進行硒污染治理成為社會重要研究內容。

2 水土環(huán)境硒污染修復技術特點

水土受到污染，尤其是重金屬、有機農(nóng)藥污染短期內將難以徹底消除，并且經(jīng)濟投入較高。對此，我國一直致力于水土污染生物修復技術研究中，修復技術包含土壤生物——動植物、微生物吸收、轉化土壤的污染物降低污染水平。廣義上的土壤生物修復技術是借助微生物作用分解水土內有機污染物，成為無害的無機物。修復技術對植物生長、土壤環(huán)境無影響，能夠保持水土物理、化學、生物性質不變。同時，降解的污染物可以完全分解，將有機污染物轉為無害的無機物，無二次污染。該項技術操作簡單，例如：建筑物或公路周圍無法挖掘與搬出的污染物，生物修復技術都可適用。經(jīng)濟投入少，處理費用是熱處理費用的三分之一。該種技術還具有應用范圍廣的優(yōu)勢，適用于多種樂行的有機污染物，如：農(nóng)藥、除草劑、石油，不受水土面積影響全部適用。

3 土壤生物修復技術的應用

3.1 植物修復

第一，植物修復。將存在的硒物質搜集到地面上，借助甲基硒形式釋放到空氣中，如：二甲基硒、硒化氫、硫化二甲基硒等。經(jīng)過實踐證明，植物對硒的積累水平與發(fā)揮呈正比關系。植物硒揮發(fā)具有一定復雜性特點，硒揮發(fā)容易受到物理、化學、生物將影響，如：土壤濕度、溫度、硫酸鹽等。曾有學者調查發(fā)現(xiàn)，鹽草可以按照65mg/kg土壤·d的速度快速揮發(fā)掉硒。土壤內含有硫酸鹽時，硒揮發(fā)速率達到25mgSe/kg土壤·d，也有研究提出，種植蔬菜的土層硒揮發(fā)能力高于其他土層，植物將硒吸收后逐漸到葉片使硒揮發(fā)。

第二，硒超積累植物修復。該項技術在土壤修復中占據(jù)重要地位，但這種植物較少，集中于雞冠羽毛、黃芪等植物。一些植物只可以吸收千分之幾量的硒，但通過超積累植物借助富硒土層積累達到1.5%千重的硒。雖然對植物影響較大，但不會產(chǎn)生消極影響。其他植物中，硒存在形式為SeO42-，非超積累植物吸收土壤內無機硒后將其轉為有機態(tài)硒，存在于植物葉片或根莖，根莖之間還可能出現(xiàn)硒遷移現(xiàn)象。因為硒代半胱氨酸的甲基化影響硒深入，分化了硒積累植物受硒的毒害影響，因此，超積累植物對硒有著較強的耐受力，而非超積累植物中的硒存在于葉片微管組織內，超積累植物存在于葉上皮和再生組織，例如：種子、花粉，所以，間隔影響和解毒機制不一。部分硒超積累植物會生成硫化合物的硒化合物，硒超積累植物吸收硒無需通過硫酸鹽，證明超積累植物具備特殊的硒轉運行系統(tǒng)。一些硒超積累植物屬于藥食同源植物，例如：黃芪，通過硒超積累植物修復污染，開發(fā)富有硒的產(chǎn)品達到對硒的有效應用。但目前，我國植物對硒超積累的機理處于發(fā)展階段，有待進一步研究。

3.2 根際土壤微生物修復

隨著和微生物的聯(lián)合作用，植物修復硒污染土壤也會發(fā)揮作用，例如：植物枯死后的，掉落的葉片成為土壤微生物主要碳源與電子供體，讓微生物對土壤硒鹽展開生物還原，減少硒污染。據(jù)調查顯示，沒有作物的土壤硒含量是種植土壤的2倍，因此可以看出土壤硒污染控制有著重要影響。結合土壤內微生物可以把非揮發(fā)的硒鹽轉為甲基態(tài)硒，實現(xiàn)土壤內硒物質的分解。此外，甲基態(tài)硒毒性低于無機硒。

4 水環(huán)境下硒污染修復技術

4.1 微生物還原修復

針對水體硒污染常見方法為硒酸鹽的異化呼吸。微生物能夠溶解SeO42-，還原為溶解性與生物應用型低的Se0。異化呼吸時，微生物通過電子供體得到能量。SeO42-，異化呼吸還原的模式菌為革蘭氏陰性菌，具有可溶性的硒酸鹽還原酶系統(tǒng)弄SerABC。電子供體釋放的電子輸送至細胞色素，再傳輸給SerABC推動SeO42-還原。隨后，經(jīng)過硫酸鹽通透系統(tǒng)穿越內膜進入細胞質，被還原態(tài)的硫醇還原為Se0。

4.2 納米硒回收技術

一直以來，我國都在致力于該項技術研究中，該項技術有著較強的光導特點與半導體特點，主要應用在整流器、太陽能電池、靜電復印機中。采用物理化學方法研發(fā)不同形態(tài)的納米硒技術。生物還原法得到的納米硒和物理化學大的納米硒存在較大差別，有著經(jīng)濟投入少、有效環(huán)境保護的特點，值得進一步開發(fā)應用。生物納米硒因為蛋白質生產(chǎn)時揮發(fā)特殊性，因而我國加大了硒酸鹽還原菌制備硒納米材料研究中。

5 結語

總而言之，水土環(huán)境中硒污染治理中，生物修復技術有著較大發(fā)展空間，未來發(fā)展前景廣闊?，F(xiàn)階段，在超積累植物種質與機理研究方面理論依據(jù)少，高硒水土修復和資源高值化應用依靠于植物修復原理和技術研究。高效硒酸鹽還原菌在實際應用中效果并不理想。濕地等硒鹽植物修復僅適用于硒荷載較少的水體內，高負荷下植物承受力有限。在今后發(fā)展中，我國硒酸鹽生物修復技術有待深入研究。

參考文獻

[1]周志強，李在貞，鄭智輝，常鐘.農(nóng)田土壤重金屬污染生物修復技術研究進展[J].農(nóng)民致富之友，2018（17）：71.

[2]吳宏軍.土壤重金屬污染生物修復技術研究[J].環(huán)境與發(fā)展，2018，30（06）：246-247.

[3]阮鋒，郭兵，楊庭，王新新，曹興濤，馬蒸釗，白鶴，谷廣鋒，謝江浩，肖成磊.海洋溢油污染生物修復技術的專利分布分析[J].船海工程，2018，47（02）：112-115.

[4]房彬，張建，李玉慶，劉范嘉，馬勁.土壤氰化物污染生物修復技術研究進展[J].化工環(huán)保，2016，36（04）：375-380.

[5]高菱悅，張楠，陳波水，歐益希，洛桑銀巴.月桂?；劝彼徕c促進油污染生物修復的作用機制[J].化學與生物工程，2016，33（04）：22-25+45.

收稿日期：2018-12-10

作者簡介：王曉東（1976-），男，漢族，本科學歷，高級工程師，研究方向為水文地質、工程地質、環(huán)境地質。