土壤生物与土壤污染研究前沿与展望

　　摘要:随着社会经济发展，人类生产活动对自然环境产生越来越广泛深刻的影响，土壤污染已成为危及生态系统稳定、农产品质量安全和人体健康的突出环境问题之一。重金属、有机污染化合物、病原菌及抗性基因等各类污染物大量进入土壤后，对土壤生物系统造成毒害作用，影响到土壤生态功能;另一方面，土壤生物如细菌、真菌、土壤动物等在一定程度上能够适应土壤污染，深刻影响着污染物在土壤中的迁移转化过程，在土壤污染修复中具有潜在重要作用。从土壤污染的生态毒理效应、土壤生物对土壤污染的响应与适应机制、污染土壤修复原理与技术等三方面综述了土壤生物与土壤污染相关研究前沿，展望了重点研究方向。

　　关键词:土壤污染;土壤生物;生态毒理效应;适应机制;生物修复

　　随着社会经济的发展，人类工业或农业生产过程中产生的各种污染物通过不同途径进入土壤环境，最终超过土壤自净能力，使土壤质量与功能发生变化，危及人类及其他生物的生存和发展，即为土壤污染。根据2014年全国土壤污染状况调查公报，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。

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　　1土壤生物与土壤污染研究

　　前沿土壤污染会影响土壤生物系统的结构和功能，而土壤生物则对土壤污染产生适应、反馈调控以及消解清除作用，对两者相互作用的研究有利于发展土壤生物修复技术。基于土壤污染与土壤生物的相互作用(图1)，相关科学研究主要分为三个方面:(1)土壤污染的生态毒理效应;(2)土壤生物对土壤污染的响应与适应机制;(3)污染土壤修复原理与技术。

　　2未来研究动向分析

　　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:

　　2．1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。

　　2．2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［12］。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。通过野外调查及传统室内模拟试验，发现并分离特定功能微生物，进一步通过同位素示踪技术、原位荧光杂交技术、电子显微技术，以及近年来迅速发展起来的同步辐射技术(如X射线荧光微分析技术(XＲF)和X射线吸收精细结构分析技术(XAFS))、次生离子质谱技术，可深层次揭示污染物迁移转化的界面化学过程［63］。另一方面，生物体内的生理代谢及分子调控过程是驱动污染物化学转化的内在动力，未来的研究也需要将分子生物学技术(如实时荧光定量PCＲ、基因克隆及功能验证、蛋白质结构解析、稳定性同位素核酸探针DNA/ＲNA-SIP等技术)与先进的物理化学技术(如高精度质谱、电镜分析及同步辐射等技术)相结合，从分子层次上深入探索土壤生物介导的污染物转化机制，为土壤污染的生物修复奠定基础。此外，一些污染物的生物代谢及消纳过程往往与生物自身代谢过程相耦合，如微生物驱动的有机污染物降解可以耦合铁还原、硝酸盐还原、硫酸盐还原及甲烷产生过程，这些耦合作用在元素生物地球化学循环过程中扮演着重要的角色。具体研究过程中，需要综合考虑生物自身的代谢过程及污染物的转化特点，全面理解污染物在生物体内的代谢过程及调控机制。

　　2．3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。

　　参考文献(Ｒeferences):

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　　陈保冬1，赵方杰2，张莘1，伍松林1，乔敏3，欧阳纬莹4，朱永官3，4，*

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