土著微生物在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展*

李曉樓

(四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑與環(huán)境工程系 四川遂寧 629000)

我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，土壤污染形勢也日趨嚴(yán)峻。利用微生物修復(fù)污染土壤，一直是許多專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)［1］。土著微生物是指污染土壤中固有的、能夠耐受一定濃度或負(fù)荷的污染物并對(duì)污染物有降解潛力的微生物。利用土著微生物修復(fù)污染土壤，一是由于土著微生物種類多、降解污染物的潛力巨大，二是土著微生物經(jīng)濟(jì)、簡便、安全，適應(yīng)性好，無二次污染，因此采用土著微生物修復(fù)污染土壤，具有一定的優(yōu)越性。

1 土著微生物修復(fù)污染土壤的原理及一般步驟

1.1 土著微生物修復(fù)污染土壤的原理

土著微生物能夠?qū)ξ廴就寥乐形廴疚镞M(jìn)行降解與轉(zhuǎn)化是污染土壤土著微生物修復(fù)的基礎(chǔ)。土著微生物具有個(gè)體小、種類多、生長繁殖快、代謝途徑多樣、適應(yīng)性強(qiáng)、易變異以及具有共代謝作用等特點(diǎn)，為多種污染土壤微生物修復(fù)提供了具大潛力。土著微生物修復(fù)污染土壤的原理是采用一定的微生物工程技術(shù)，篩選能高效降解轉(zhuǎn)化污染物的優(yōu)良土著微生物菌種，研究其生理特性，經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)，應(yīng)用于污染土壤，降解轉(zhuǎn)化污染物，使污染土壤得以修復(fù)或人為創(chuàng)造有利于降解轉(zhuǎn)化污染物的土著微生物生長的環(huán)境條件，采用一些措施強(qiáng)化或激活土著微生物對(duì)污染物的降解轉(zhuǎn)化活性，實(shí)現(xiàn)土著微生物對(duì)的污染物的降解與轉(zhuǎn)化，使污染物無機(jī)化或無毒化，土壤得以恢復(fù)。

1.2 土著微生物修復(fù)污染土壤的一般步驟

利用土著微生物修復(fù)污染土壤，一般有兩種途徑:一是從污染土壤中富集、濃縮、分離能夠降解或轉(zhuǎn)化該污染物的土著耐受菌，探討耐受菌的生長特性，通過室內(nèi)模擬，探討降解該污染物的影響因素，采用一些微生物技術(shù)，如固定化技術(shù)等［1］，為土著耐受菌用于實(shí)際污染土壤工程修復(fù)提供依據(jù);二是通過對(duì)污染土壤的分析，包括土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)以及土著微生物生理活性分析，采用一些強(qiáng)化措施，激活土著微生物的降解或轉(zhuǎn)化活性，實(shí)現(xiàn)土著微生物對(duì)污染土壤的強(qiáng)化修復(fù)。

2 土著微生物在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

2.1 在農(nóng)藥污染土壤中的修復(fù)應(yīng)用

農(nóng)藥進(jìn)入土壤，主要靠微生物降解與轉(zhuǎn)化。劉惠君等在其論文中指出，對(duì)于農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)，土壤土著微生物群系起著很重要的作用［2］。許育新等研究表明，農(nóng)藥污染土壤后，會(huì)影響和抑制土著微生物的種類、數(shù)量和活性，但通過土著微生物的適應(yīng)，該影響和抑制會(huì)慢慢恢復(fù)，外加菌聯(lián)合作用將更有利于土著微生物數(shù)量和活性的恢復(fù)［3］。方玲以有機(jī)氯農(nóng)藥為唯一碳源，從污染環(huán)境中分離到芽孢桿菌屬 (Bacillus)、無色桿菌屬 (Achromobacter)和假單孢菌屬 (Pseudomonas)，其對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥666總量的降解率為59.6%、56.9%和56%，對(duì)β－666的降解率為55.9%、57.6%和56.9%，同時(shí)其研究結(jié)果表明:用污染環(huán)境中分離得到的高效土著微生物制成的復(fù)合菌制劑，對(duì)一些穩(wěn)定性較強(qiáng)、生物體內(nèi)易富集、殘留量和危害性較大的有機(jī)氯農(nóng)藥的異構(gòu)體，降解具有獨(dú)特效果［4］。李紅權(quán)等從DDT污染土壤中富集、分離篩選出1株寡養(yǎng)單胞菌屬 D．1(Stenotrophomonassp．)，并對(duì)其特性研究表明其對(duì)DDT10d的降解率為69.0%［5］。潘淑穎在其博士論文中通過分離、培養(yǎng)土著微生物的辦法，從土壤中篩選出耐受DDT的土著微生物菌株，假單胞桿菌屬、鞘氨醇桿菌屬以及有關(guān)真菌，再將分離得到的土著菌擴(kuò)大培養(yǎng)，對(duì)DDT均能降解，在加入有機(jī)質(zhì)作為共代謝底物的條件下，降解效果大幅提高，鞘氨醇桿菌屬即使不加入共代謝機(jī)質(zhì)，對(duì)DDT仍有較好的降解效果［6］。景岳龍?jiān)谄浯T士論文中以聯(lián)苯菊酯為唯一碳源，從污染環(huán)境中通過富集篩選，得到一株高效降解土著微生物鑒定為戴爾福特菌 (Delftia tsuruhatensis)，命名為HLB－1，并對(duì)相關(guān)特性進(jìn)行了研究，具有較好的適應(yīng)性，很好的發(fā)揮其降解能力［7］。

2.2 在石油污染土壤中的修復(fù)應(yīng)用

土著微生物修復(fù)石油污染土壤，一般采用原位微生物處理，通過人工強(qiáng)化，采用生物培養(yǎng)法，定期向污染土壤中加入土著微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)和O2或H2O2等電子受體，促進(jìn)具有較強(qiáng)分解能力的土著微生物增殖，提高土著微生物的代謝活性，將污染物徹底地礦化。利用土著微生物修復(fù)石油污染土壤時(shí)，環(huán)境因素如溫度、濕度、pH、養(yǎng)分和通氣量等決定土著微生物降解的速率［8］。王旭輝等以原油為惟一碳源，從油田附近的石油污染土壤中，篩分到4株能高效降解石油的土著菌，并以此為菌源，制成生物菌劑和固定化生物菌劑，經(jīng)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，表明其修復(fù)石油污染土壤效果顯著提高［9］。陳立等利用污染土壤土著微生物菌群，制成土著優(yōu)勢菌群制劑，包含假單胞菌屬 (Pseudomonas)、微球菌屬 (Micrococcus)、放線菌屬 (Actinomayces)、青霉屬 (Penicillium)、曲霉屬 (Aspergillus)等，輔以物理和化學(xué)的方法，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)微環(huán)境特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)表明:加入3%的土著優(yōu)勢菌群制劑，經(jīng)原位土著優(yōu)勢微生物菌劑的修復(fù)，土壤中的石油污染物降解率可達(dá)69.52～88.11%［10］。劉虹等通過室內(nèi)模擬，采用不同激活劑激活石油污染土壤中的土著微生物，研究表明，激活劑硫酸銨濃度為 40.99g/kg，KH2PO4濃度為4.73g/kg時(shí)，30d石油降解率達(dá)86.27%，激活后土壤中降解石油烴的微生物量提高近 10 倍［11］。

2.3 在重金屬污染土壤中的修復(fù)應(yīng)用

土壤中本身就存在著一些能耐受重金屬的土著微生物。耐重金屬的土著微生物能對(duì)進(jìn)入土壤中的重金屬進(jìn)行吸附和轉(zhuǎn)化，是土著微生物在重金屬污染土壤中應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。土著微生物通過對(duì)重金屬的吸附和轉(zhuǎn)化，從而改變或影響其毒性。土著微生物主要通過胞外絡(luò)合作用、胞外沉淀作用以及胞內(nèi)積累 (隔絕)三種作用方式吸附重金屬。一些微生物如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌等，能夠產(chǎn)生多糖、糖蛋白等胞外聚合物，與重金屬離子形成絡(luò)合物;一些微生物酵母和真菌，能分泌胞外蛋白，與重金屬形成復(fù)合物沉淀;一些微生物如某些真菌和藻類，具有胞內(nèi)積累重金屬離子作用，將重金屬積累于特定細(xì)胞器中，以阻止其對(duì)微生物的危害。土著微生物主要通過對(duì)重金屬甲基化、氧化和還原等作用，改變其毒性。如某些細(xì)菌，產(chǎn)生的特殊酶能還原重金屬，且對(duì)Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb、Cu 等有親合力［12］;一些微生物Geospirillum rsenophilus和Chrysigenesarsenatis等，在厭氣條件下可把As5+還原成As3+，從而促進(jìn)砷的淋溶;一些異養(yǎng)微生物在好氣或厭氣條件下，可催化 Cr6+還原成 Cr3+，降低其毒性［13］;一些微生物如厭氧的有產(chǎn)甲烷菌，好氧的如熒光假單胞菌，真菌如黑曲霉等，都能夠使汞甲基化;砷能被脫硫弧菌、曲霉等甲基化;硒能被微生物甲基化，從而降低毒性［14］。

利用土著微生物修復(fù)重金屬污染土壤的研究赿來赿多，常文越等利用從Cr6+污染土壤中分離、篩選土著微生物，污染土壤經(jīng)土著微生物還原，結(jié)果表明:土壤中的水溶態(tài)鉻和可交換態(tài)鉻顯著降低，土壤浸出液中的Cr6+也在不斷降低，土著微生物不僅能還原Cr6+顯著降低其毒性，且還原產(chǎn)物有一定的穩(wěn)定性［15］。許友澤等采用培養(yǎng)基柱浸試驗(yàn)，通過條件優(yōu)化，激活土著微生物，實(shí)現(xiàn)了鉻渣堆場污染土壤中Cr6+得到修復(fù)，充分發(fā)揮了土著微生物修復(fù)鉻污染土壤作用，克服了鉻污染土壤一般修復(fù)技術(shù)操作復(fù)雜、成本高和產(chǎn)生二次污染的缺點(diǎn)［16］。黃順紅提出直接添加培養(yǎng)基激活土著微生物的活性進(jìn)行鉻渣堆場污染土壤原位微生物修復(fù)新方法，并在其研究中探討了土壤環(huán)境對(duì)土著微生物修復(fù)Cr(Ⅵ)效果的影響，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)條件優(yōu)化［17］。

3 展望

利用土著微生物修復(fù)污染土壤還存在降解率不高，修復(fù)時(shí)間較長，工程化應(yīng)用和推廣不足等缺點(diǎn)。隨著人們對(duì)土著微生物的重視和土著微生物資源的開發(fā)、一些工程化技術(shù)如原位微生物處理如強(qiáng)化措施的完善優(yōu)化，以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，安全、簡潔、無二次污染的土著微生物修復(fù)污染土壤，將以其明顯優(yōu)勢和效果，獲得廣闊的應(yīng)用前景。

［1］錢林波，元妙新，陳寶梁．固定化微生物技術(shù)修復(fù)PAHs污染土壤的研究進(jìn)展 ［J］．環(huán)境科學(xué)，2012(05):1767．

［2］劉惠君，劉維屏．農(nóng)藥污染土壤的生物修復(fù)技術(shù) ［J］．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2001，2(2):74．

［3］許育新，李曉慧，滕齊輝，等．氯氰菊酯污染土壤的微生物修復(fù)及對(duì)土著微生物的影響［J］．土壤學(xué)報(bào)，2008，61(4):693．

［4］方玲．降解有機(jī)氯農(nóng)藥的微生物菌株分離篩選及應(yīng)用效果 ［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，11(2):249．

［5］李紅權(quán)，李紅梅，蔣繼志，等．一株DDT降解菌的篩選、鑒定及降解特性的初步研究［J］．微生物學(xué)通報(bào)，2008，35(5):696．

［6］潘淑穎．土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥DDT原位降解研究 ［D］．山東:山東大學(xué)，2009．

［7］景岳龍．?dāng)M除蟲菊酯降解菌的篩選、鑒定及降解性能研究 ［D］．陜西:西北農(nóng)業(yè)科技大學(xué)，2010．

［8］甄麗莎，石油污染土壤的微生物修復(fù) ［J］．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，41(8):321．

［9］王旭輝，晁群芳，徐鑫，等．石油污染土壤的生物修復(fù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究 ［J］，環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，33(5):1663．

［10］陳立，萬力，張發(fā)旺，等．土著微生物原位修復(fù)石油污染土壤試驗(yàn)研究 ［J］．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(7):1686．

［11］劉虹，吳宇航，李志萍．激活土著微生物法修復(fù)石油烴污染土壤 ［J］．吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，29(7):60．

［12］陳承利，廖敏．重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展 ［J］．廣東微量元素科學(xué)，2004，11(10):1．

［13］王世華，高雙成，常會(huì)慶．重金屬污染土壤的治理途徑 ［J］．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，12(11):80．

［14］吳瑞娟，金衛(wèi)根，邱峰芳．土壤重金屬污染的生物修復(fù) ［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(7):2916．

［15］常文越，陳曉東，王磊，等．土著微生物修復(fù)Cr(VI)污染土壤還原后有效鉻分析及其穩(wěn)定性的初步實(shí)驗(yàn)研究 ［J］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2008，34(2):78．

［16］許友澤，向仁軍，柴立元，等．土著微生物柱浸修復(fù)鉻渣堆場土壤污染 ［J］．吉首大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2010，31(3):90．

［17］黃順紅，土著微生物原位修復(fù)鉻渣堆場污染土壤的條件優(yōu)化 ［J］．中國有色金屬學(xué)報(bào)，2011，21(5):1741．