微生物代謝物中的低分子有機(jī)酸對土壤中重金屬生物有效性的影響

張 馨

（貴州省建設(shè)學(xué)校 貴州貴陽 551400）

1 低分子有機(jī)酸對重金屬生物有效性的影響

低分子量有機(jī)酸是一種帶有一個或多個羧基功能團(tuán)的低分子量碳?xì)溲趸衔?，廣泛存在于植物體內(nèi)、植物根際區(qū)域和土壤環(huán)境中[1]。主要來源于植物根系分泌，微生物代謝等多種途徑。低分子量有機(jī)酸在植物-土壤系統(tǒng)中具有重要的生態(tài)功能，其中影響土壤中重金屬生物有效性成為其重要生態(tài)功能之一[2]。

土壤中的重金屬以不同的化學(xué)形態(tài)存在于土壤固相或土壤液相，土壤固相和液相中的金屬處于一個動態(tài)平衡，但土壤液相中的重金屬的移動性和生物有效性最大[7]。在土壤環(huán)境中，微生物與金屬的生物地球化學(xué)循環(huán)密切相關(guān)，微生物的代謝產(chǎn)物有機(jī)酸可以絡(luò)合土壤固相吸附或結(jié)合的金屬，從而增加其移動性和生物有效性[7]。

微生物活化土壤重金屬的途徑包括：促進(jìn)難溶性金屬化合物/礦物（金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬硫化物）的溶解和促進(jìn)粘土礦物或有機(jī)質(zhì)表面吸附的金屬的解吸作用，使土壤固相中的金屬轉(zhuǎn)移到液相，從而增加重金屬的有效性和促進(jìn)植物對金屬的吸收[7]。微生物分泌的胞外代謝物有機(jī)酸（如檸檬酸、草酸等）僅能酸化土壤環(huán)境，而且與金屬有很強(qiáng)地結(jié)合能力，從而促進(jìn)土壤金屬的溶解和解吸作用。例如，土壤接種Azotobacter chroococcum（固氮細(xì)菌），Bacillusmegaterium（磷溶解菌） 和 Bacillusmucilaginosus（鉀溶解菌）、Bacillussp.RJ16顯著降低土壤pH，增加Cd，Pb和Zn的生物有效性，其原因可能在于分泌某些低分子量的有機(jī)酸；Saravanan等研究也發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生菌Gluconacetobacter diazotrophices能有效地促進(jìn)ZnO、ZnCO3和Zn3(PO4)2溶解，其原因可能在于其分泌有機(jī)酸——5-葡萄酮酸。在營養(yǎng)充分的條件下，微生物可以促進(jìn)Cd的溶解，從土壤中溶解出來的Cd主要是和低分子量的有機(jī)酸結(jié)合在一起[8]。由于有機(jī)酸能提高重金屬生物有效性特點，被用于植物修復(fù)重金屬污染土壤中。

近年來，植物修復(fù)技術(shù)有許多物理、化學(xué)方法不可比擬的優(yōu)點，如費用低廉、不破壞場地結(jié)構(gòu)、不造成地下水的二次污染、美化環(huán)境等[6]而受到了國內(nèi)外研究者、政府和企業(yè)等各界人士的高度。

然而，土壤中的重金屬的移動性和生物有效性低成為限制植物修復(fù)重金屬污染土壤應(yīng)用的主要因素。原因在于重金屬進(jìn)入土壤后，極易與土壤中的有機(jī)物或無機(jī)物形成不溶性沉淀或吸附在土壤顆粒表面而難以被植物吸收。土壤中的重金屬要被植物根系吸收，首先以溶解態(tài)轉(zhuǎn)入土壤溶液，成為植物的可吸收態(tài)[3]。為了克服土壤重金屬生物有效性低的缺點，研究者常常施加螯合劑（如EDTA、EDDS、TNT等）或有機(jī)酸促進(jìn)土壤中重金屬的解析或溶解，提高土壤溶液中重金屬濃度，從而促進(jìn)植物吸收重金屬。然而，通常合成螯合劑有一定的植物毒性，并且在土壤環(huán)境中難以降解，從而增加了環(huán)境風(fēng)險[5]。有機(jī)酸由于自身的低植物毒性和在土壤中容易被微生物降解或者礦化，不會對植物造成毒害，受到了研究者的廣泛關(guān)注。有關(guān)有機(jī)酸輔助植物修復(fù)重金屬污染土壤的文獻(xiàn)報告有很多[2]。例如[4]盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，添加有機(jī)酸的蒲公英葉片的長勢均比對照的好，以添加檸檬酸的蒲公英長勢最好。而且，經(jīng)有機(jī)酸處理的植株地上部對鎘的富集系數(shù)增大。主要原因在于有機(jī)酸如草酸、乳酸等為弱酸，施入到土壤當(dāng)中改變了土壤的理化條件，使得土壤中的鎘化學(xué)形態(tài)從難吸收態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镆孜招螒B(tài)，從而促進(jìn)植株對鎘吸收作用。

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