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我國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂(yōu)，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問(wèn)題突出，土壤污染治理迫在眉睫。

雖然傳統(tǒng)物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)對(duì)于治理嚴(yán)重污染土壤具有時(shí)間短、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，但往往伴隨著高能耗、高費(fèi)用、二次污染等風(fēng)險(xiǎn)，因而不適用于大規(guī)模污染土壤的修復(fù)。而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的利用特定植物或微生物修復(fù)污染土壤的生物修復(fù)方法，因其綠色環(huán)保、高效、成本低等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。

值得注意的是，自然環(huán)境中植物與微生物之間往往具有密切的相互作用，不僅影響著彼此的污染耐受性，同時(shí)也對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要影響。將植物修復(fù)和微生物修復(fù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，對(duì)于提高生物修復(fù)效率具有重要意義。例如，通過(guò)菌根共生體系通常能夠增強(qiáng)植物對(duì)污染土壤的耐受性并促進(jìn)植物修復(fù)。

在實(shí)際情況下，由于污染土壤往往存在復(fù)合污染、物理結(jié)構(gòu)不良、水土保持能力弱等限制性因素，導(dǎo)致單一修復(fù)措施無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因而需要根據(jù)實(shí)際情形將生物修復(fù)與物理化學(xué)修復(fù)有機(jī)結(jié)合，以獲得最佳修復(fù)效果。此外，對(duì)于需要持續(xù)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)用地或林地而言，可考慮生產(chǎn)與修復(fù)相結(jié)合的方式，如利用一些高生物量的能源植物進(jìn)行修復(fù)，在達(dá)到污染土壤修復(fù)目的的同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

基于國(guó)內(nèi)外土壤污染與土壤生物研究前沿動(dòng)態(tài)和我國(guó)土壤污染基本狀況，這一研究領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題可凝練為: ( 1) 土壤污染如何影響土壤生物群落結(jié)構(gòu)與功能? ( 2) 土壤消納污染物的生物學(xué)機(jī)理? ( 3) 生物污染在土壤中的傳播與演化機(jī)制? 圍繞這些問(wèn)題，以下幾方面將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)方向：

前沿一：

土壤污染背景下微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的演變及生態(tài)效應(yīng)

過(guò)去有關(guān)土壤污染的生態(tài)效應(yīng)研究主要在細(xì)胞和生物個(gè)體水平開(kāi)展，研究對(duì)象主要是動(dòng)物和植物，但隨著微生物分子生態(tài)學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究開(kāi)始關(guān)注土壤污染對(duì)微生物群落的影響，包括在功能基因、功能群乃至在土壤生態(tài)系統(tǒng)水平研究不同污染物及復(fù)合污染對(duì)土壤微生物多樣性和功能的影響及其機(jī)制，重點(diǎn)是將生物多樣性( 群落結(jié)構(gòu)) 與相關(guān)生態(tài)功能/過(guò)程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行研究，從生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性( 抵抗力和恢復(fù)力) 的關(guān)系角度理解土壤污染對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)影響機(jī)制。

前沿二：

土壤污染的生物轉(zhuǎn)化和清除機(jī)制

土壤生物可通過(guò)氧化、還原和甲基化等過(guò)程直接改變重金屬化學(xué)形態(tài)，或通過(guò)改變鐵、硫等元素的氧化還原狀態(tài)、分泌有機(jī)絡(luò)合物、細(xì)胞壁吸附和固定等過(guò)程影響重金屬的生物有效性。土壤生物同樣可以通過(guò)特異性或非特異性酶脫毒系統(tǒng)，或通過(guò)一些特定的代謝途徑降解有機(jī)污染物。

前沿三：

病原菌和抗生素抗性基因在土壤中的分布規(guī)律與傳播機(jī)制

病原菌和抗生素抗性菌及抗性基因一方面會(huì)通過(guò)土壤-空氣、土壤-植物、或土壤-地下水途徑直接進(jìn)入人體，危害人體健康，另一方面則會(huì)造成農(nóng)作物病害，抑制農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)或農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)降低。

因而，進(jìn)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。系統(tǒng)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傳播過(guò)程與機(jī)制是進(jìn)行污染治理的前提。

土壤中存在大量的抗生素產(chǎn)生菌和同化菌，是天然的抗性基因儲(chǔ)庫(kù)，而抗生素的大規(guī)模生產(chǎn)和使用則進(jìn)一步加速了土著抗性微生物和抗性基因的擴(kuò)散，增加了抗生素耐藥性的發(fā)生頻率。目前研究者在遠(yuǎn)古凍土和不受人類(lèi)活動(dòng)影響的土壤中發(fā)現(xiàn)了多樣性很高的抗性基因，發(fā)現(xiàn)在未受抗生素污染的農(nóng)業(yè)和草地土壤中抗性基因結(jié)構(gòu)由微生物群落組成決定，證明了土壤中抗性基因的自然廣泛存在。

前沿四：

基于活體微生物的土壤污染監(jiān)測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法監(jiān)測(cè)土壤污染的優(yōu)點(diǎn)是能夠精確測(cè)定污染物的濃度和形態(tài)，但卻往往不能確切反映污染物的生物毒性強(qiáng)弱。化學(xué)分析本身不能反映生物暴露污染物的途徑和環(huán)境條件的影響，也不能區(qū)別急性毒性和慢性毒性。以活的生物體或群體來(lái)測(cè)試化學(xué)物質(zhì)毒性效應(yīng)的生物監(jiān)測(cè)方法能夠有效克服化學(xué)分析方法的缺點(diǎn)，反映環(huán)境污染對(duì)生物產(chǎn)生的綜合效應(yīng)或?qū)Ｐ孕?yīng)，以及污染物在土壤中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，因而越來(lái)越受到重視。

根據(jù)測(cè)試對(duì)象的類(lèi)型，土壤生物監(jiān)測(cè)主要分為三大類(lèi)，即基于個(gè)體或組織層次的生物監(jiān)測(cè)，基于功能基因或基因組學(xué)層次的生物監(jiān)測(cè)，以及基于群落水平的抵抗力和恢復(fù)力測(cè)試。目前研究的重點(diǎn)是通過(guò)“組學(xué)”研究方法不斷發(fā)展新型生物標(biāo)志物、生物芯片和新型全細(xì)胞專(zhuān)性的生物傳感器。污染物進(jìn)入土壤后形態(tài)會(huì)發(fā)生一系列變化，如何確定具體是哪種形態(tài)致毒是今后的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。比如，通過(guò)基因重組和突變等手段發(fā)展，能夠區(qū)分無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷的全細(xì)胞微生物傳感器，可以原位監(jiān)測(cè)砷形態(tài)在轉(zhuǎn)化過(guò)程。

前沿五：

污染土壤生物修復(fù)原理與技術(shù)

污染土壤生物修復(fù)已有一定理論基礎(chǔ)，但實(shí)踐應(yīng)用方面還有很長(zhǎng)的路要走，許多技術(shù)瓶頸尚待突破。對(duì)于不同污染情形，往往需要構(gòu)建不同的修復(fù)技術(shù)體系，如針對(duì)某一特定污染種類(lèi)，選用專(zhuān)性耐受的植物和微生物種類(lèi)，或利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)修飾改造植物或微生物，使之適應(yīng)污染土壤并發(fā)揮修復(fù)功效。

同時(shí)，需要對(duì)特定功能的微生物或植物的污染物耐受及轉(zhuǎn)化機(jī)制進(jìn)行深入研究，明確其分子機(jī)理和遺傳穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展基于功能基因的生物技術(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，需要特別考慮生物的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，明確微生物修復(fù)污染土壤的適用條件和范圍，研究提高修復(fù)效率的關(guān)鍵參數(shù)及工程設(shè)計(jì)。現(xiàn)有的生物修復(fù)技術(shù)多以基礎(chǔ)理論研究為主，而相關(guān)的技術(shù)推廣及實(shí)踐應(yīng)用方面研究較為稀少，生物修復(fù)技術(shù)的實(shí)地應(yīng)用還有待成熟和完善。