水土环境硒污染生物修复研究

摘要：硒作为特殊的微量元素，在人、动物身上缺硒与硒中毒较少，土壤硒污染会产生较大影响，而传统的污染整治经济投入大、效果低，难以满足水土环境发展需求。伴随着科学技术的进步，提出了生物修复技术，该技术对水土環境硒污染修复效果理想，并且经济投入少，值得进一步推广应用。

关键词：水土环境;硒污染;生物修复;技术研究

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：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

土壤作为自然环境重要组成要素，土壤圈位于水圈、大气圈、岩石圈交接位置，起到连接无机界与有机界作用。由于环境的特殊性决定了土壤中的化学元素对人和动物的影响，据调查显示，土壤内硒元素对人和动物的健康都有着紧密联系。

1 水土环境硒污染影响

人体所需硒营养物质源于食物，如：粮食、蔬菜等，动物所需硒元素源于养料、牧草;这些食物是在水土环境下生长的，硒元素来自于土壤。所以，土壤内硒含量异常将会导致人和动物感染地方性疾病。现如今，世界上的土壤硒含量达到上百mg/kg，该环节下生长的事物身体、动物机体是有毒的。硒中毒由于动物种类而异，硒含量在11～15mg/kg养料喂给仔猪将引起硒中毒，每日的喂养含硒0.4mg/kg的养料给羊群，将引起羊群大量死亡;3～4mg/kg养料喂给鸡群，引起鸡群生长不良。此外，硒含量较高会影响集体硫代谢，动物感染疫病，进而出现心脏微缩、肝硬化等。其实，国际上人硒中毒案例也不在少数，国外一些硒含量较高的区域导致人们硒中毒，肠胃失调、皮炎、黄疸等。因此，加强硒毒性重视，硒化氢毒性高于硫化氢10倍以上。工业生产中排放的硒化氢、二氧化硒也会影响人们眼睛、消化系统、皮肤等。较早以前，人们食用高硒水土环境下的蔬菜发生了硒中毒，脱发、掉指甲、皮肤损坏。所以，土壤硒污染将给人们身体健康带来威胁，目前怎样进行硒污染治理成为社会重要研究内容。

2 水土环境硒污染修复技术特点

水土受到污染，尤其是重金属、有机农药污染短期内将难以彻底消除，并且经济投入较高。对此，我国一直致力于水土污染生物修复技术研究中，修复技术包含土壤生物——动植物、微生物吸收、转化土壤的污染物降低污染水平。广义上的土壤生物修复技术是借助微生物作用分解水土内有机污染物，成为无害的无机物。修复技术对植物生长、土壤环境无影响，能够保持水土物理、化学、生物性质不变。同时，降解的污染物可以完全分解，将有机污染物转为无害的无机物，无二次污染。该项技术操作简单，例如：建筑物或公路周围无法挖掘与搬出的污染物，生物修复技术都可适用。经济投入少，处理费用是热处理费用的三分之一。该种技术还具有应用范围广的优势，适用于多种乐行的有机污染物，如：农药、除草剂、石油，不受水土面积影响全部适用。

3 土壤生物修复技术的应用

3.1 植物修复

第一，植物修复。将存在的硒物质搜集到地面上，借助甲基硒形式释放到空气中，如：二甲基硒、硒化氢、硫化二甲基硒等。经过实践证明，植物对硒的积累水平与发挥呈正比关系。植物硒挥发具有一定复杂性特点，硒挥发容易受到物理、化学、生物将影响，如：土壤湿度、温度、硫酸盐等。曾有学者调查发现，盐草可以按照65mg/kg土壤·d的速度快速挥发掉硒。土壤内含有硫酸盐时，硒挥发速率达到25mgSe/kg土壤·d，也有研究提出，种植蔬菜的土层硒挥发能力高于其他土层，植物将硒吸收后逐渐到叶片使硒挥发。

第二，硒超积累植物修复。该项技术在土壤修复中占据重要地位，但这种植物较少，集中于鸡冠羽毛、黄芪等植物。一些植物只可以吸收千分之几量的硒，但通过超积累植物借助富硒土层积累达到1.5%千重的硒。虽然对植物影响较大，但不会产生消极影响。其他植物中，硒存在形式为SeO42-，非超积累植物吸收土壤内无机硒后将其转为有机态硒，存在于植物叶片或根茎，根茎之间还可能出现硒迁移现象。因为硒代半胱氨酸的甲基化影响硒深入，分化了硒积累植物受硒的毒害影响，因此，超积累植物对硒有着较强的耐受力，而非超积累植物中的硒存在于叶片微管组织内，超积累植物存在于叶上皮和再生组织，例如：种子、花粉，所以，间隔影响和解毒机制不一。部分硒超积累植物会生成硫化合物的硒化合物，硒超积累植物吸收硒无需通过硫酸盐，证明超积累植物具备特殊的硒转运行系统。一些硒超积累植物属于药食同源植物，例如：黄芪，通过硒超积累植物修复污染，开发富有硒的产品达到对硒的有效应用。但目前，我国植物对硒超积累的机理处于发展阶段，有待进一步研究。

3.2 根际土壤微生物修复

随着和微生物的联合作用，植物修复硒污染土壤也会发挥作用，例如：植物枯死后的，掉落的叶片成为土壤微生物主要碳源与电子供体，让微生物对土壤硒盐展开生物还原，减少硒污染。据调查显示，没有作物的土壤硒含量是种植土壤的2倍，因此可以看出土壤硒污染控制有着重要影响。结合土壤内微生物可以把非挥发的硒盐转为甲基态硒，实现土壤内硒物质的分解。此外，甲基态硒毒性低于无机硒。

4 水环境下硒污染修复技术

4.1 微生物还原修复

针对水体硒污染常见方法为硒酸盐的异化呼吸。微生物能够溶解SeO42-，还原为溶解性与生物应用型低的Se0。异化呼吸时，微生物通过电子供体得到能量。SeO42-，异化呼吸还原的模式菌为革兰氏阴性菌，具有可溶性的硒酸盐还原酶系统弄SerABC。电子供体释放的电子输送至细胞色素，再传输给SerABC推动SeO42-还原。随后，经过硫酸盐通透系统穿越内膜进入细胞质，被还原态的硫醇还原为Se0。

4.2 纳米硒回收技术

一直以来，我国都在致力于该项技术研究中，该项技术有着较强的光导特点与半导体特点，主要应用在整流器、太阳能电池、静电复印机中。采用物理化学方法研发不同形态的纳米硒技术。生物还原法得到的纳米硒和物理化学大的纳米硒存在较大差别，有着经济投入少、有效环境保护的特点，值得进一步开发应用。生物纳米硒因为蛋白质生产时挥发特殊性，因而我国加大了硒酸盐还原菌制备硒纳米材料研究中。

5 结语

总而言之，水土环境中硒污染治理中，生物修复技术有着较大发展空间，未来发展前景广阔。现阶段，在超积累植物种质与机理研究方面理论依据少，高硒水土修复和资源高值化应用依靠于植物修复原理和技术研究。高效硒酸盐还原菌在实际应用中效果并不理想。湿地等硒盐植物修复仅适用于硒荷载较少的水体内，高负荷下植物承受力有限。在今后发展中，我国硒酸盐生物修复技术有待深入研究。

参考文献

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收稿日期：2018-12-10

作者简介：王晓东（1976-），男，汉族，本科学历，高级工程师，研究方向为水文地质、工程地质、环境地质。