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我国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题突出,土壤污染治理迫在眉睫。
虽然传统物理化学修复技术对于治理严重污染土壤具有时间短、见效快等优点,但往往伴随着高能耗、高费用、二次污染等风险,因而不适用于大规模污染土壤的修复。而近年来发展起来的利用特定植物或微生物修复污染土壤的生物修复方法,因其绿色环保、高效、成本低等优点而受到广泛关注。
值得注意的是,自然环境中植物与微生物之间往往具有密切的相互作用,不仅影响着彼此的污染耐受性,同时也对污染物迁移转化产生重要影响。将植物修复和微生物修复技术有机结合起来,对于提高生物修复效率具有重要意义。例如,通过菌根共生体系通常能够增强植物对污染土壤的耐受性并促进植物修复。
在实际情况下,由于污染土壤往往存在复合污染、物理结构不良、水土保持能力弱等限制性因素,导致单一修复措施无法实现,因而需要根据实际情形将生物修复与物理化学修复有机结合,以获得最佳修复效果。此外,对于需要持续生产的农业用地或林地而言,可考虑生产与修复相结合的方式,如利用一些高生物量的能源植物进行修复,在达到污染土壤修复目的的同时产生一定的经济效益。
基于国内外土壤污染与土壤生物研究前沿动态和我国土壤污染基本状况,这一研究领域的关键科学问题可凝练为: ( 1) 土壤污染如何影响土壤生物群落结构与功能? ( 2) 土壤消纳污染物的生物学机理? ( 3) 生物污染在土壤中的传播与演化机制? 围绕这些问题,以下几方面将成为未来研究的重点方向:
前沿一:
土壤污染背景下微生物群落结构和多样性的演变及生态效应
过去有关土壤污染的生态效应研究主要在细胞和生物个体水平开展,研究对象主要是动物和植物,但随着微生物分子生态学的发展,越来越多的研究开始关注土壤污染对微生物群落的影响,包括在功能基因、功能群乃至在土壤生态系统水平研究不同污染物及复合污染对土壤微生物多样性和功能的影响及其机制,重点是将生物多样性( 群落结构) 与相关生态功能/过程结合起来进行研究,从生物多样性和生态系统稳定性( 抵抗力和恢复力) 的关系角度理解土壤污染对土壤生态系统影响机制。
前沿二:
土壤污染的生物转化和清除机制
土壤生物可通过氧化、还原和甲基化等过程直接改变重金属化学形态,或通过改变铁、硫等元素的氧化还原状态、分泌有机络合物、细胞壁吸附和固定等过程影响重金属的生物有效性。土壤生物同样可以通过特异性或非特异性酶脱毒系统,或通过一些特定的代谢途径降解有机污染物。
前沿三:
病原菌和抗生素抗性基因在土壤中的分布规律与传播机制
病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因一方面会通过土壤-空气、土壤-植物、或土壤-地下水途径直接进入人体,危害人体健康,另一方面则会造成农作物病害,抑制农作物的生长发育,造成农业减产或农产品品质降低。
因而,进行土壤病原菌及抗生素抗性基因污染防御及治理迫在眉睫。系统深入研究病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因在土壤中的分布传播过程与机制是进行污染治理的前提。
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