污染土壤的微生物修復研究進展

馬小玲

[摘要]土壤污染嚴重影響了土壤的生產(chǎn)力，是急需解決的環(huán)境問題。本文全面地介紹了土壤修復的微生物篩選與降解研究，以及污染土壤的微生物修復技術(shù)及其應(yīng)用，提出了今后微生物修復研究的工作重點，強調(diào)了污染物降解基因的發(fā)掘和微生物復合修復技術(shù)開發(fā)的重要性。

[關(guān)鍵詞]土壤污染 微生物篩選 微生物修復

[中圖分類號] X3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-337-2

1簡介

我國土壤污染總體形勢不容樂觀，局部地區(qū)污染嚴重，目前至少有1300-1600萬hm2耕地受到農(nóng)藥污染，約占全國耕地的10%以上，每年因重金屬污染的糧食就達到1200萬t，造成的直接經(jīng)濟損失超過200億元人民幣[1]。與大氣、水體相比，污染物更難在土壤中遷移、擴散和稀釋，所以土壤污染的治理尤為重要，土壤的環(huán)境修復技術(shù)也應(yīng)運而生。

80年代以前，土壤的環(huán)境修復主要側(cè)重于研究物理、化學修復理論與技術(shù)，80年代后微生物修復受到高度重視。微生物修復主要利用土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補充經(jīng)馴化的高效微生物，在優(yōu)化的環(huán)境條件下，加速分解污染物，修復被污染的土壤。微生物不僅種類繁多，數(shù)量極大，分布廣泛，而且具有繁殖迅速，個體微小，比表面積大，對環(huán)境適應(yīng)能力強等特點，因而在土壤的環(huán)境修復上具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2土壤修復的微生物篩選與降解研究

我國土壤污染類型中，重金屬污染和有機物污染所占比重較大。自然界中存在能夠?qū)χ亟饘倩蛴袡C物進行降解的菌種和微生物，這些微生物大多存在于被相應(yīng)污染物污染的土壤表層。因此，人們一般以污染土壤為對象，從中篩選相應(yīng)的降解菌。

為了獲得高效鎘吸附微生物，劉標等[2]從重金屬污染土壤中分離篩選出4株耐鎘能力較強的細菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1，其中菌株4-1的鎘吸附效果最好，并研究分析了其他常見重金屬離子對菌株4-1生長的影響，結(jié)果顯示培養(yǎng)液中加入Zn2+、Cu2+對菌株生長無明顯影響，但加入100mg/L Pb2+會抑制其生長。李明順等[3]研究了微生物對銻的代謝機制，一方面微生物能夠利用體內(nèi)的蛋白如ArsB轉(zhuǎn)運蛋白將銻外排，另一方面微生物能夠?qū)︿R進行氧化，將毒性較強的Sb（Ⅲ）轉(zhuǎn)化為毒性相對較弱的Sb（Ⅴ）。

為了得到高效的石油降解菌，汪杰等[4]以柴油為培養(yǎng)基的唯一碳源，從山東勝利油田、新疆克拉瑪依油田和陜西長慶油田3處的石油污染土壤中富集純化得到3株高效的石油烴降解菌，用這3株菌進行污染土壤的修復試驗，污染土壤中石油烴降解半衰期為30d左右，為自然情況下的1/4左右。姜肸等[5]以南海10個采樣點采集到的樣品為研究材料，以石油降解率為篩選依據(jù)，篩選了6株對石油烴有降解能力的細菌，降解特性分析表明，所篩選6株菌的烷烴降解率均在40%以上，多環(huán)芳烴降解率均在70%以上。

3污染土壤的微生物修復技術(shù)

土壤微生物修復技術(shù)是在適宜條件下利用土著微生物或外源微生物的代謝活動，對土壤中污染物進行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。從修復場地來分，土壤微生物修復技術(shù)主要分為兩類，即原位微生物修復和異位微生物修復。

3.1原位修復技術(shù)

原位微生物修復不需將污染土壤搬離現(xiàn)場，直接向污染土壤投放N，P等營養(yǎng)物質(zhì)和供氧，促進土壤中土著微生物或特異功能微生物的代謝活性，降解污染物。原位微生物修復技術(shù)主要有：生物通風法、生物強化法、土地耕作法等。

3.1.1生物通風法

生物通風法又稱土壤曝氣法，是基于改變生物降解環(huán)境條件（如通氣狀況等）而設(shè)計的，是一種強迫氧化的生物降解力法。在通入空氣時，可以加入一定量的氧氣和營養(yǎng)液，改善土壤中降解菌的營養(yǎng)條件，提高土著微生物的降解活性，從而達到污染物降解的目的。丁克強等[6]研究了通氣對石油污染土壤生物修復的影響，結(jié)果表明通氣可為石油烴污染土壤中的微生物提供充足的電子受體，可保持土壤pH的穩(wěn)定，從而促進了微生物的生物活性，強化了對石油污染物的氧化降解作用。由于生物通風法需要打井，在選用此法時需要對污染場地進行考察。楊樂巍等[7]通過測定現(xiàn)場土壤的空氣有效滲透率，氣-液相對滲透曲線，土壤平均含水量等參數(shù)來評價污染的土壤是否適合用生物通氣法來進行修復。張峰等[8]針對目前生物通風技術(shù)在國內(nèi)外的研究進展，提出在現(xiàn)場應(yīng)用研究以及描述生物通風過程的數(shù)學模型方面需要進一步的研究。

3.1.2生物強化法

生物強化法是基于改變生物降解中微生物的活性和強度而設(shè)計的，可分為土著菌培養(yǎng)法和投菌法。生物強化法通常用來修復被油類污染的土壤，Grazyna A. Plaza等[9]發(fā)現(xiàn)加入從被石油污染的土壤中篩選出的菌種可以增加多環(huán)芳烴污染物的去除率?，F(xiàn)有研究表明改善微生物作用環(huán)境，如溫度、營養(yǎng)元素、pH值、鹽度等也可以加快污染物質(zhì)的去除。劉海華等[9]針對柴油污染土壤的生物修復問題，對具有降解柴油能力的微生物菌種進行了采集及馴化，并分別就底物濃度、溫度及初始pH值對馴化后微生物菌種的柴油降解能力進行了相關(guān)實驗研究，得到了微生物生長的最佳條件是溫度為30℃、底物濃度為0.0015-0.003 μg/ml及pH值等于7。近年來，表面活性劑也越來越多地應(yīng)用于被石油污染的土壤修復[10]。

3.1.3土地耕作法

土地耕作法也稱農(nóng)耕法，是以就地污染土壤作為接種物的好氧生物過程。土地耕作法相比其他處理方法，如填埋、焚燒、洗脫等，有對土壤結(jié)構(gòu)體破壞較小、實用有效等特點，應(yīng)用范圍較廣。一般情況下，土地耕作修復法只能適用于30cm的耕層土壤，而對于30cm以下的土壤則用特殊的設(shè)備。

3.2異位修復技術(shù)

異位微生物修復是把污染土壤挖出，進行集中生物降解的方法，主要包括預(yù)制床法、堆制法及泥漿生物反應(yīng)器法。由于異位微生物修復的工程量十分巨大，其嚴重影響了修復技術(shù)的應(yīng)用。目前，國內(nèi)預(yù)制床法和泥漿生物反應(yīng)器法大多處于實驗室研究階段。堆制法是利用傳統(tǒng)的堆肥方法，將污染土壤與有機廢棄物質(zhì)（如木屑、秸稈、樹葉等）、糞便等混合起來，使用機械或壓氣系統(tǒng)充氧，同時加入石灰以調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過一段時間依靠堆肥過程中微生物作用來降解土壤中有機污染物。國內(nèi)外學者均在積極研究堆制修復的原理、工藝、條件、影響因素、降解效果等，并己將此工藝應(yīng)用到污染土壤的修復。黃丹蓮等[11]采用接種白腐菌堆制法對模擬Pb污染土壤進行了生物修復，發(fā)現(xiàn)接種白腐菌堆制法能有效地修復Pb污染土壤，降低Pb的生物有效性，減小Pb對土壤微生物的抑制，改善土壤中微生物效應(yīng)。污染土壤經(jīng)接種白腐菌堆制法修復后，土壤中Pb主要以殘留態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在。孫東平等[12]采用高效石油降解菌復合堆制法來處理2種油污土壤樣品，結(jié)果表明這種堆制方式對油污土壤的修復作用十分明顯，扣除其他因素的影響，生物修復的去除率分別為42.9%和44.3%。

4污染土壤的微生物修復展望

目前人們在微生物的篩選及降解條件優(yōu)化、修復工藝研發(fā)等方面已經(jīng)取得了一定的研究進展，但是還需進一步認識和解決在修復過程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象和新問題，如污染物的土壤修復過程與生態(tài)/健康風險等。今后我們需在以下幾個方面展開深入研究：首先應(yīng)建立與污染土壤修復相關(guān)標準，保證修復技術(shù)的公眾認可與推廣實施。其次我們?nèi)砸^續(xù)篩選和馴化新的降解菌株，重點研究微生物降解機理，解析微生物降解污染物的基因結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控機制，重組構(gòu)建污染物降解關(guān)鍵酶和功能優(yōu)化的基因工程菌等；進一步加強微生物修復的復合化或組合式修復技術(shù)研發(fā)。最后我們要逐步將實驗室范圍的微生物修復應(yīng)用到實際中。

參考文獻

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[10]邱罡，謝凝子，吳雙桃.表面活性劑在污染土壤修復中的應(yīng)用[J].河北化工，2008，31（5）：66-68.

[11]黃丹蓮，曾光明，蔣曉云.接種白腐菌堆制法修復Pb污染土壤的研究[J].高技術(shù)通訊，2007，17（3）：307-313.

[12]孫東平，胡凌燕，周伶俐.高效石油降解微生物堆制法處理油污土壤[J].環(huán)境污染及其防治，2007，30（6）：86-88.