這種修復(fù)方式利用土壤—微生物—植物的共存關(guān)系，提高土壤中污染物的植物修復(fù)效率，最終到達(dá)徹底修復(fù)重金屬污染土壤的目的。

許多國家曾飽受重金屬污染之苦，如2021年日本富山縣發(fā)生的痛痛病聞名于世。我國的鎘污染也十分嚴(yán)重，曾涉及11個省市的25個地區(qū)，如2021年的廣西河池市龍江河鎘污染事件。

由中國科學(xué)院武漢植物園研究員傅金民、碩士生羅宏基和助理研究員婁燕宏配合發(fā)現(xiàn)的“利用草坪草—微生物團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤的方式”獲國家發(fā)現(xiàn)專利授權(quán)。

傅金民告訴《中國科學(xué)報》記者：“這種修復(fù)方式利用土壤—微生物—植物的共存關(guān)系，提高土壤中污染物的植物修復(fù)效率，最終到達(dá)徹底修復(fù)重金屬污染土壤的目的。”

不容忽視的鎘污染

鎘是毒性較強的重金屬元素之一，能夠?qū)θ祟惤】翟斐刹涣加绊憽Ｔ醒芯恐赋觯k在生物體內(nèi)的半衰期長達(dá)20～40年，從而使人體某些器官的鎘含量隨著歲數(shù)的增進而增添。

傅金民指出，土壤鎘污染的來源重要包羅自然和人為兩個方面。其中，自然來源包羅巖石風(fēng)化和火山活動等地質(zhì)和環(huán)田地球化學(xué)歷程，通過此方式進入土壤中的鎘在很洪程度上取決于地區(qū)地理狀態(tài)。人為來源重要是由工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等引起。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷程中，含重金屬的化肥、有機肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用、污水澆灌等可能導(dǎo)致土壤鎘污染，除此之外，畜禽養(yǎng)殖業(yè)也不能忽視。傅金民說：“污泥施用、污水澆灌是造成土壤鎘污染的重要緣故原因之一。”

如何有用管理鎘污染，修復(fù)生態(tài)環(huán)境，是全社會高度關(guān)注的一個問題。這些年來，國內(nèi)外鎘污染土壤的管理方式有許多種，如客土法、化學(xué)沖洗法、電化學(xué)法，以及植物修復(fù)技術(shù)。

現(xiàn)在，對重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)的研究重要集中在尋找超富集植物上。科學(xué)家們也篩選到了許多超富集植物，如：天藍(lán)遏蘭菜、東南景天、寶山堇、蒲公英、龍葵、三葉鬼針草、球果蔊菜、美洲商陸、印度芥菜等。

微生物—植物團結(jié)修復(fù)

植物和微生物配合生活在土壤環(huán)境中，植物根系為微生物提供了適宜的營養(yǎng)條件，保證了微生物數(shù)目和活性的維持；反之，微生物的興旺生長優(yōu)化了植物的根際微環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了微生物—植物團結(jié)修復(fù)技術(shù)。

傅金民表示，這是一種強化植物修復(fù)的技術(shù)，為鎘污染土壤的生態(tài)修復(fù)提供了一條嶄新的途徑。

微生物—植物團結(jié)修復(fù)技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外研究的熱門。微生物—植物團結(jié)修復(fù)的作用機理重要分為兩類：一是牢靠或鈍化，將有用態(tài)轉(zhuǎn)化為無效態(tài)，降低了重金屬進入食物鏈或污染周邊環(huán)境；二是活化，促進生物吸收以提高土壤重金屬的去除效率。微生物—植物團結(jié)修復(fù)的形式也可分為兩種：一是植物與專性菌株的團結(jié)修復(fù)；二是植物與菌根的團結(jié)修復(fù)。

“植物—微生物團結(jié)修復(fù)技術(shù)可充分行展植物和微生物各自的優(yōu)點，優(yōu)勢互補，提高修復(fù)效果，是現(xiàn)在公以為應(yīng)用前景較為普遍的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)。”傅金民同時也指出，“該項技術(shù)為中試階段，有待于在鎘污染大田舉行驗證。”

然而，傅金民等人還發(fā)現(xiàn)了植物—微生物團結(jié)修復(fù)的一些缺陷和不足，如篩選出的植物生物量普遍較低、個別矮小、生長緩慢，且受天氣和土壤等地域環(huán)境條件的限制，與植物、土壤的共存性不佳等，導(dǎo)致修復(fù)管理效率低和周期長，制約了大規(guī)模的應(yīng)用。

針對于此，他們提出了一種利用草坪草—微生物團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤的方式，該方式成本低廉、操作簡捷，既能改善土壤環(huán)境，又有用利用了廢棄物，且具有良好的生態(tài)效益和社會效益。

狗牙根和棘孢曲霉

傅金民等人對湖南多處鎘污染地區(qū)的植被調(diào)查發(fā)現(xiàn)，狗牙根為該省多個污染地區(qū)的優(yōu)勢植物之一，基于其生長快速、耐多次刈割，對土壤的鎘有一定萃取能力的特征，結(jié)合其形成的枯草層可增大地表徑流，可有用降低鎘在土壤中的遷徙。

“選擇狗牙根來修復(fù)鎘污染土壤，解決了與土壤環(huán)境適應(yīng)性的問題，兼具美化環(huán)境的效果。”他們從其根際土壤中星散出了耐鎘微生物—棘孢曲霉，利用其和狗牙根團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤，解決了微生物、植物、土壤共存的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，通過接種棘孢曲霉，可有用降低鎘對狗牙根的毒害，其草坪質(zhì)量、生長速度、葉綠素含量均高于未接種處理。他們對鎘含量的分解解釋，狗牙根根部鎘含量增大，地上部鎘含量下降。這也正說明晰棘孢曲霉—狗牙根團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤的效果很好，使土壤中的鎘在根部富集，降低了鎘在狗牙根體內(nèi)的轉(zhuǎn)移。

傅金民的研究開始于2021年，他們首先在鎘污染地區(qū)，采集了植物樣品和根際土壤樣品。

回到實驗室，他們開展了兩方面的工作：一是對狗牙根種質(zhì)資本(總共120余份，包羅湖南采集的樣品34份)的耐鎘性舉行了評價，篩選出了耐/富鎘材料和敏感材料；二是對根際土壤的鎘含量舉行測定的同時，采取梯度濃度遞增法篩選、星散、純化了耐鎘微生物——棘孢曲霉。

隨后，他們立刻開展了棘孢曲霉與狗牙根團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤的研究，并發(fā)現(xiàn)狗牙根與耐鎘真菌棘孢曲霉團結(jié)修復(fù)鎘污染土壤，很好地解決了現(xiàn)在植物—微生物團結(jié)修復(fù)中存在的壞處。

現(xiàn)在，傅金民等人正在開展耐鎘真菌棘孢曲霉對鎘污染土壤中水稻、辣椒、西紅柿、玉米、擬南芥耐鎘性的效果。下一步，他們的研究重點分為兩個部門：一是說明棘孢曲霉對作物耐鎘性作用的機理；二是現(xiàn)在研究為中試階段，需要污染區(qū)大田試驗進一步驗證棘孢曲霉的有用性。