微生物在多孔介質(zhì)中的遷移機(jī)制及影響因素

韓志捷， 李 潔， 王偉荔， 華 亞

(天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384)

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微生物在多孔介質(zhì)中的遷移機(jī)制及影響因素

韓志捷， 李 潔， 王偉荔， 華 亞

(天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384)

摘要闡述了微生物運(yùn)移機(jī)制，包括促進(jìn)微生物運(yùn)移的動(dòng)力過(guò)程、阻滯或延緩微生物運(yùn)移的阻力過(guò)程及生物過(guò)程3個(gè)方面，其中動(dòng)力過(guò)程包括對(duì)流和水動(dòng)力彌散作用，阻力過(guò)程包括過(guò)濾、吸附及解吸作用，生物過(guò)程因同時(shí)包含動(dòng)力過(guò)程和阻力過(guò)程而單獨(dú)存在。分析了動(dòng)力過(guò)程、阻力過(guò)程及生物過(guò)程影響微生物運(yùn)移的因素，其中影響動(dòng)力過(guò)程的因素主要有流速及大孔隙，影響阻力過(guò)程的因素包括土壤質(zhì)地、容重、含水量、土壤表面礦物含量、離子強(qiáng)度等，微生物自身因素有微生物種類(lèi)、大小、表面電荷及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞微生物；多孔介質(zhì)；遷移機(jī)制；影響因素

微生物在土壤中的遷移與農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保、水資源保護(hù)等領(lǐng)域密切相關(guān)，隨著地下水體受微生物污染的加劇，準(zhǔn)確掌握微生物遷移的機(jī)制以及影響因素對(duì)于防治污染、控制致病菌遷移、原位生物修復(fù)以及污染物微生物降解有著深遠(yuǎn)意義。從地下水的細(xì)菌污染、污水灌溉到細(xì)菌對(duì)有機(jī)污染物的攜帶運(yùn)移、根層病害的生物防治、原位生物修復(fù)和污染物的生物降解等，都與細(xì)菌的運(yùn)移密切相關(guān)[1]。 土壤是一個(gè)活的過(guò)濾器，具有自凈能力，可以通過(guò)擴(kuò)散、吸附和生物降解等方式有效降低污水中的微生物濃度[2]。但是，實(shí)驗(yàn)室和大田觀察結(jié)果均表明，微生物在土壤水平方向和垂直方向的遷移距離相當(dāng)。Sinton等[3]證實(shí)微生物在礫石含水層通路的運(yùn)移距離超過(guò)900 m，運(yùn)移速度超過(guò)400 m/d。病毒、原生動(dòng)物(如隱孢子蟲(chóng))和某些病原體細(xì)菌可從廢水流出物或動(dòng)物糞便沉積物遷到自然環(huán)境中，從而對(duì)人體造成威脅[4]。

20世紀(jì)70年代初人們開(kāi)始研究微生物在土壤中的遷移過(guò)程，國(guó)外學(xué)者對(duì)微生物在土壤中的遷移問(wèn)題研究得較為深入。Gray等[5]將微生物在土壤中的遷移總結(jié)為微生物的自動(dòng)性、菌絲的延伸、微生物的生長(zhǎng)繁殖、微生物在土壤中的彌散4種模式。Tim等[6]將微生物在土壤中的移動(dòng)及其影響機(jī)制分為物理過(guò)程、地球化學(xué)過(guò)程和生物過(guò)程。微生物在多孔介質(zhì)中的遷移過(guò)程是微生物與土壤、水流相互作用的過(guò)程，是各種作用力共同作用的結(jié)果。微生物遷移可分為促進(jìn)微生物遷移和阻滯或延緩微生物遷移的兩大類(lèi)。筆者將促進(jìn)微生物遷移部分稱為動(dòng)力過(guò)程，阻止或延緩微生物遷移部分稱為阻力過(guò)程，從動(dòng)力過(guò)程、阻力過(guò)程及微生物自身因素3個(gè)方面研究了微生物在土壤中的遷移機(jī)制，旨在為防治污染、控制致病菌遷移、原位生物修復(fù)及污染物微生物降解等技術(shù)的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)與借鑒。

1微生物在土壤中的遷移機(jī)制

1.1動(dòng)力過(guò)程動(dòng)力過(guò)程包括對(duì)流和水動(dòng)力彌散，是微生物在土壤中運(yùn)移的兩種主要?jiǎng)恿?。將土壤溶液中的微生物隨著水向前移動(dòng)的過(guò)程稱為對(duì)流[7]。在對(duì)流中，微生物與水組成一種類(lèi)似膠體的懸濁液，微生物隨著水流的運(yùn)動(dòng)而遷移。受到多種因素的共同作用，微生物沿著水路移動(dòng)，表現(xiàn)為微生物的展布，這被稱為水動(dòng)力彌散。水動(dòng)力彌散由兩個(gè)獨(dú)立過(guò)程組成，即機(jī)械彌散和分子擴(kuò)散[8]。分子擴(kuò)散是一種普遍存在的微觀過(guò)程，是由濃度梯度引起的。機(jī)械彌散主要由介質(zhì)通道的不均一性引起，可分為以下4種情況[9]：①單個(gè)孔隙橫截面上流體流速的不均勻分布；②土壤中一般是大孔隙連接小孔隙，呈串珠狀，加上顆粒表面粗糙，水在其中流速變化很大，產(chǎn)生機(jī)械混合；③孔道的分合引起混合；④土壤中裂隙、根孔、蟲(chóng)孔等大孔隙加速了混合，引起了更有效的彌散。Yates等[8]認(rèn)為在細(xì)菌運(yùn)移過(guò)程中，分子擴(kuò)散作用與彌散作用相比可以忽略。

1.2阻力過(guò)程阻力過(guò)程包括過(guò)濾、吸附及解吸作用，根據(jù)成因不同，可將過(guò)濾分為截濾和瀝濾。截濾是指土壤表層空隙極小或者微生物直徑過(guò)大，使微生物停留在土壤表層，并在土壤表面形成一層生物膜[10]。一般認(rèn)為，土壤顆粒直徑與微生物直徑比小于10極易形成截濾現(xiàn)象，Bradford等[11]通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在隱孢子蟲(chóng)卵囊的空間分布中，其多數(shù)在土柱的入口處被截留下來(lái)，難以進(jìn)入土壤內(nèi)部，主要原因可能是受截濾作用的影響。瀝濾是指土壤內(nèi)部孔隙較小，將微生物攔截使其難以向更深層移動(dòng)，這種現(xiàn)象的發(fā)生大多出現(xiàn)在土壤顆粒直徑與微生物直徑比在10~20。

吸附被認(rèn)為是懸浮于水中或溶解于水中的物質(zhì)集中于適宜界面的過(guò)程[12]，吸附作用在微生物滯留方面起到重要作用[13]。Gerba等[14]認(rèn)為，吸附是含有黏粒的土壤去除細(xì)菌的重要方式。

解吸是吸附的逆過(guò)程，因此影響微生物與土壤吸附過(guò)程的因素必然會(huì)對(duì)微生物與土壤的解吸過(guò)程產(chǎn)生影響。解吸現(xiàn)象由Welling等[15]提出，他們發(fā)現(xiàn)以前沒(méi)有病毒的井水,一場(chǎng)大雨后出現(xiàn)了病毒，這由于起初病毒吸附在土壤顆粒上,大雨引起了病毒的解吸，使其進(jìn)入水中。大量試驗(yàn)證明解吸作用雖然存在，但并不作為一個(gè)重要作用。王偉荔[16]通過(guò)靜態(tài)平衡吸附試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在石英砂中的解吸作用較小，最大解吸率僅為3.6%。

1.3生物過(guò)程一些生物過(guò)程(如微生物生長(zhǎng)或死亡)可能會(huì)影響土壤微生物的濃度，從而影響對(duì)微生物遷移的測(cè)量。微生物的生長(zhǎng)及存活依賴于一系列相互關(guān)聯(lián)的因素，如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用、環(huán)境條件及土著或其他生物的競(jìng)爭(zhēng)[17]。此外，微生物的自身屬性也會(huì)影響微生物的遷移。

2微生物在土壤中遷移過(guò)程的影響因素

2.1影響動(dòng)力過(guò)程的因素

2.1.1水流流速。水流流速是影響微生物遷移動(dòng)力的重要因素，當(dāng)土壤達(dá)到飽和時(shí)，水流流速較高，對(duì)流作用的影響大大增加，此時(shí)其他動(dòng)力過(guò)程可以忽略；當(dāng)土壤為非飽和時(shí)，其他動(dòng)力過(guò)程的作用會(huì)變得明顯，對(duì)流可能就不是微生物運(yùn)移的主要過(guò)程[9]。李桂花等[18]在穩(wěn)態(tài)、飽和的條件下，以速度v=0.214和0.470 cm/min 進(jìn)行混合置換試驗(yàn)，研究大腸桿菌在砂質(zhì)壤土中的運(yùn)移，結(jié)果表明，當(dāng)水流流速由0.214 cm/min增加至0.470 cm/min時(shí)，大腸桿菌 BTC峰值 由 0.05增至0.20，且隨著速度的增加，滯留系數(shù)減小。

2.1.2大孔隙。大量室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)研究均已證明，在一些情況下，高濃度的細(xì)菌可以快速遷移到達(dá)受納水體[19]，這是由于細(xì)菌遷移路徑發(fā)生改變，大多細(xì)菌通過(guò)土壤中的大孔、裂紋、裂縫、蟲(chóng)洞等短時(shí)間內(nèi)到達(dá)水體。當(dāng)大孔隙存在時(shí)，微生物在土壤中的運(yùn)移將會(huì)變得異常迅速。Smith等[20]比較了鏈霉素抗性大腸桿菌K12菌株和示蹤劑Cl-1在土壤中的運(yùn)移過(guò)程，結(jié)果表明，約90%的大腸桿菌通過(guò)了土柱，而在相同時(shí)間內(nèi)僅有70%的示蹤劑Cl-1通過(guò)土柱，主要原因是當(dāng)土壤中存在裂隙、蟲(chóng)孔、根孔等大孔隙時(shí),在優(yōu)勢(shì)流的作用下,細(xì)菌的遷移速度會(huì)大大增加,而示蹤劑的移動(dòng)受阻,比細(xì)菌這樣的膠體顆粒更容易分散。Hinsby等[21]進(jìn)行了一系列的室內(nèi)土柱試驗(yàn),土柱的直徑與高度均為0.5 m，該試驗(yàn)結(jié)果表明，污染物的遷移主要是受裂縫和根孔的影響，并且由于示蹤劑在土壤裂縫間的擴(kuò)散，其濃度的穩(wěn)定需要經(jīng)過(guò)43 h，而MS2和PRD1濃度達(dá)到平衡只需3 h。White[22]總結(jié)了大孔隙對(duì)微生物運(yùn)移的影響，結(jié)果表明，大孔隙會(huì)導(dǎo)致微生物在土壤中的運(yùn)移發(fā)生重大變化，運(yùn)移動(dòng)力大大增加。.

2.2影響阻力過(guò)程的因素

2.2.1土壤質(zhì)地。土壤是一個(gè)復(fù)雜多相的物質(zhì)系統(tǒng)，土壤質(zhì)地是根據(jù)土壤的顆粒組成劃分的土壤類(lèi)型，是土壤重要的物理性質(zhì)之一。土壤質(zhì)地直接影響微生物在土壤中的遷移機(jī)制，一般情況下，土壤粒徑越小，對(duì)微生物的運(yùn)移影響就越大。Bradford等[11]通過(guò)飽和土柱試驗(yàn)，分別用中值粒徑為710、360和150 μm的石英砂研究吸附、過(guò)濾及解吸作用對(duì)隱孢子蟲(chóng)卵囊在土壤中遷移的影響，結(jié)果表明，隨著石英砂中值粒徑的減小，流出液中微生物的濃度逐漸降低，在土柱入口處的微生物滯留量增加。Smith等[20]比較了鏈霉素抗性大腸桿菌在原狀土壤及回填土兩種不同質(zhì)地的土壤中的運(yùn)移過(guò)程。當(dāng)土柱中為原狀土?xí)r，有22%的大腸桿菌通過(guò)土柱；當(dāng)土柱中為回填土?xí)r，在相同的洗脫體積下，至少有93%的大腸桿菌被滯留在土柱中。

2.2.2土壤容重。田間自然壘結(jié)狀態(tài)下，單位容積土體的質(zhì)量或重量被稱為土壤容重，土壤容重與土壤質(zhì)地、壓實(shí)狀況、土壤顆粒密度、土壤有機(jī)質(zhì)含量及各種管理措施有關(guān)。土壤越疏松多孔，容重越??；土壤越緊實(shí)，容重越大。多項(xiàng)研究證明，土壤的容重在影響微生物遷移方面起到了重要作用。Elsas 等[23]發(fā)現(xiàn)，微生物在容重為1.00 g/cm3的土壤中較容重為1.15和1.30 g/cm3的土壤中有著更強(qiáng)的遷移能力。Huysman等[24]通過(guò)批量土柱試驗(yàn)研究土壤容重對(duì)細(xì)菌遷移的影響，他們將土壤容重從1.27增加至1.37 g/cm3，發(fā)現(xiàn)隨著土壤容重的增加，細(xì)菌的遷移量減少30~60個(gè)百分點(diǎn)。

2.2.3土壤含水量。土壤含水量是影響微生物在土壤中遷移過(guò)程的重要因素。含水量的增加或減少均會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)以及微生物與土壤顆粒之間的有效碰撞效率，甚至?xí)绊懳⑸锏拇婊?，進(jìn)而影響微生物在土壤中的運(yùn)移。Jewett等[25]研究了不同土壤含水量條件下熒光假單胞菌在土柱中的滯留量，結(jié)果表明，隨著土壤含水量的增加，熒光假單胞菌在土壤中的滯留量也隨之增加。Chu等[26]通過(guò)研究病毒在飽和土壤與非飽和土壤中的遷移過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在非飽和土壤中，病毒的滯留量更多。土壤含水量的變化可以影響病毒的去除，其主要的原因在于氣-水界面，土壤水分含量對(duì)病毒的存活有著有明顯效果，當(dāng)病毒被接種到風(fēng)干砂土上，病毒在25 d后仍存活[27]。

2.2.4土壤表面礦物含量。礦物是土壤固相顆粒的主要組成部分,包括各種層狀酸鹽礦物和鐵、鋁、錳的氧化物,它們構(gòu)成了土壤的骨架。在土壤中，80%以上的微生物粘附在土壤顆粒礦物表面[28]，當(dāng)微生物接觸到礦物表面或吸附于礦物表面時(shí),其活性可能發(fā)生改變,進(jìn)而影響微生物在土壤中的運(yùn)移。因此,研究土壤表面的礦物含量,對(duì)于了解微生物在土壤中的運(yùn)移有著重要意義。Yee等[29]比較了枯草芽孢桿菌在石英與剛玉上的吸附能力，結(jié)果顯示枯草芽孢桿菌對(duì)剛玉的親和力大于石英表面，其原因是石英表面主要為SiO2，而剛玉表面中含有礦物含量а-Al2O3。土壤表面礦物質(zhì)會(huì)增加土壤與微生物之間的吸附，并形成一種礦物質(zhì)與微生物的復(fù)合體，使得微生物難以從土壤中洗出，從而影響微生物的運(yùn)移[30]。

2.2.5土壤溶液離子強(qiáng)度。土壤溶液的離子強(qiáng)度是影響微生物在土壤中遷移的重要因素，隨著土壤溶液中離子強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，微生物與土壤顆粒表面電荷均會(huì)發(fā)生變化，且離子強(qiáng)度的變化也會(huì)影響雙電層的厚度，使得微生物與土壤顆粒之間的距離發(fā)生改變。Fontes等[31]研究了離子強(qiáng)度、細(xì)胞大小、礦物顆粒大小等對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)細(xì)菌運(yùn)移的影響，結(jié)果表明，離子強(qiáng)度與細(xì)胞大小在影響微生物運(yùn)移方面具有同等重要的作用。Gannon等[32]的試驗(yàn)在內(nèi)徑為0.05 m×0.30 m的有機(jī)玻璃柱中進(jìn)行，菌液濃度為108cfu/ml，加入0.01 mol/L NaCl，將菌液通入土柱，結(jié)果只有1.5%的細(xì)菌通過(guò)含水層，當(dāng)菌液中僅為蒸餾水，會(huì)有60%的細(xì)菌通過(guò)含水層。Logan等[33]通過(guò)試驗(yàn)證明，離子強(qiáng)度直接影響細(xì)菌在土壤中的滯留，當(dāng)承載細(xì)菌的溶液中，離子強(qiáng)度由10-1降至10-5時(shí)，細(xì)菌與土壤顆粒的碰撞效率從0.120降至0.015。

2.2.6pH。環(huán)境中的pH對(duì)細(xì)胞膜上的電荷有重要影響，在偏堿性條件下，OH-占優(yōu)勢(shì)，OH-會(huì)破壞細(xì)胞表面的電荷平衡(中和陽(yáng)離子)，從而使細(xì)胞表面帶負(fù)電;在偏酸性的條件下，H+占優(yōu)勢(shì)，能從細(xì)胞表面轉(zhuǎn)換出某些陽(yáng)離子，從而使細(xì)胞表面帶負(fù)電荷。pH還對(duì)微生物的生存產(chǎn)生影響，一般微生物適應(yīng)中性至微堿性的環(huán)境，在合適的pH下微生物活性增高，過(guò)酸或過(guò)堿的環(huán)境均不利于微生物的生存。Kim等[34]研究了表面化學(xué)和微物理變量對(duì)細(xì)菌芽孢在土壤中運(yùn)移的影響，結(jié)果表明，當(dāng)pH由7.2上升至8.5時(shí)，細(xì)菌芽孢的遷移能力提高了53個(gè)百分點(diǎn)。Bales等[35]通過(guò)土柱試驗(yàn)研究隨著pH升高噬菌體與脊髓灰質(zhì)炎病毒在硅土中的吸附量,結(jié)果表明，當(dāng)pH由5.0升高到7.0時(shí),噬菌體在硅土中的吸附量降低；pH由5.5升高到7.0時(shí)，脊髓灰質(zhì)炎病毒吸附量也降低。

2.2.7溫度。一方面，溫度會(huì)影響微生物體內(nèi)活性，較低的溫度有利于細(xì)菌和病毒的生存，但溫度過(guò)高或過(guò)低均對(duì)微生物有致命作用。另一方面，溫度會(huì)影響微生物在土壤運(yùn)移過(guò)程中與土壤顆粒之間的相互作用。Straub[36]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度從15 ℃升高至40 ℃時(shí)，脊髓灰質(zhì)炎病毒的滅活速率顯著增加。榮興民等[37]使用表面熱力學(xué)和XDLVO理論對(duì)惡臭假單胞菌、枯草芽孢桿菌與高嶺石和蒙脫石間的吸附自由能進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明,細(xì)菌-黏粒礦物間總的吸附自由能均小于0，說(shuō)明二者間的吸附為熱力學(xué)自發(fā)反應(yīng)，因此，溫度的升高或降低均會(huì)影響細(xì)菌與黏粒礦物之間的吸附作用。

2.3微生物自身的因素

2.3.1微生物的種類(lèi)。微生物種類(lèi)繁多，至少有10萬(wàn)種以上，且以每年發(fā)現(xiàn)幾百至上千個(gè)新種的趨勢(shì)增加，不同種類(lèi)的微生物在土壤中運(yùn)移情況不同。Sinton等[38]通過(guò)試驗(yàn)研究了細(xì)菌與噬菌體在0.3 m×5.0 m的飽和砂石土柱中的運(yùn)移，發(fā)現(xiàn)微生物的種類(lèi)不同，隨著水流速度的增加其遷移速度有明顯區(qū)別，細(xì)菌的遷移速度高于噬菌體。Mallén等[39]對(duì)比了大腸桿菌、惡臭假單胞菌和噬菌體病毒在自然流動(dòng)條件下砂石含水層的運(yùn)移行為，結(jié)果表明，3種微生物的濃度衰減能力為噬菌體病毒>惡臭假單胞菌>大腸桿菌。

2.3.2微生物的大小。細(xì)菌大小可以影響細(xì)菌在多孔介質(zhì)中的遷移[40]。Gerba等[41]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大腸桿菌及大腸桿菌噬菌體F2被注射到含水層時(shí)，而在距離注射口150 m處，體積較大的大腸桿菌首先被檢測(cè)到。Fontes等[42]研究了水中離子強(qiáng)度、細(xì)菌大小、礦物粒度等對(duì)細(xì)菌在多孔介質(zhì)中遷移的影響，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌大小與水中離子強(qiáng)度在影響細(xì)菌遷移過(guò)程中具有同等重要的作用。Gannon等[32]研究了19種菌株在土壤遷移過(guò)程中細(xì)菌大小、細(xì)菌表面疏水性和表面電荷之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌大小與細(xì)菌的遷移有著密切關(guān)系，較小細(xì)菌比較大細(xì)菌更容易在土壤中遷移。

2.3.3微生物的表面電荷。細(xì)菌體50%為蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)由20種氨基酸按一定的排列順序由肽鍵連接而成，氨基酸為兩性物質(zhì)，在堿性溶液中帶有負(fù)電，在酸性溶液中帶有正電荷。在一定pH溶液中，氨基酸所帶正電荷和負(fù)電荷相等時(shí)的pH稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。已知細(xì)菌的等電點(diǎn)在pH為2～5下，革蘭氏陽(yáng)性菌為2～3，革蘭氏陰性菌為4～5。當(dāng)細(xì)菌培養(yǎng)液的pH大于等電點(diǎn)時(shí)，細(xì)菌帶有負(fù)電荷；反之，帶有正電荷。一般，細(xì)菌的培養(yǎng)、染色、試驗(yàn)過(guò)程均在偏堿性(7.0～7.5)、中性、偏酸性(6.0～7.0)條件下，均高于細(xì)菌的等電點(diǎn)，故細(xì)菌常帶有負(fù)電荷。Bitton[43]認(rèn)為，病毒在土壤中吸附的一個(gè)重要因素是其表面電荷與雙電層所產(chǎn)生的相互作用。Jr等[44]發(fā)現(xiàn),通過(guò)增加電解質(zhì)濃度屏蔽病毒的表面電荷(降低表面電位和雙電層厚度)可以促進(jìn)病毒的吸附作用。

2.3.4微生物的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。盡管目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微生物在土壤中的遷移影響因素研究廣泛，但微生物所處營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)對(duì)微生物遷移造成的影響研究還未完全深入開(kāi)展。在現(xiàn)實(shí)情況中，微生物從污染源在土壤遷移至地下水的過(guò)程中，會(huì)在無(wú)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下存在一段時(shí)間，而這段“饑餓條件”時(shí)期將會(huì)影響微生物的一些特性，從而影響其在土壤中的遷移[45]。Haznedaroglu等[46]研究了兩種大腸桿菌菌株饑餓時(shí)間分別為0、6、12、18 h條件下的微生物特性和遷移現(xiàn)象，結(jié)果證明，未經(jīng)過(guò)饑餓處理的大腸桿菌黏附性最高，經(jīng)過(guò)饑餓處理的大腸桿菌也同樣具有黏附力，但相對(duì)較低，饑餓處理18 h的大腸桿菌黏附力最低。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，兩種菌株在經(jīng)過(guò)饑餓處理6 h后，均在胞外聚合物(EPS)中檢測(cè)到較高水平的糖。

3展望

目前，我國(guó)對(duì)于微生物在多孔介質(zhì)中的遷移在研究方法、機(jī)理、影響因素、模型等方面的研究存在很多不足，由此筆者提出以下建議：

(1)研究方法主要集中于室內(nèi)土柱試驗(yàn)，田間試驗(yàn)相對(duì)較少。室內(nèi)土柱試驗(yàn)研究大多集中于單一影響因子對(duì)微生物的影響，而土壤是一個(gè)復(fù)雜的多相體，在這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中微生物遷移可能受到的各影響因子之間的相互作用是不言而喻的，因而單一研究一種影響因素往往與實(shí)際有差異；田間試驗(yàn)雖然可以更加接近實(shí)際，但試驗(yàn)較為繁瑣，不可控因素較多。因此，田間試驗(yàn)與室內(nèi)土柱試驗(yàn)相互配合和相互補(bǔ)充才能更加準(zhǔn)確地掌握微生物的遷移規(guī)律。

(2)目前對(duì)微生物遷移機(jī)理研究不夠深入，如對(duì)過(guò)濾過(guò)程的分類(lèi)至今仍無(wú)定論，對(duì)微生物在多孔介質(zhì)中因吸附或過(guò)濾引起微生物失活機(jī)理鮮有研究，建議今后進(jìn)一步研究微生物在多孔介質(zhì)中的行為特征機(jī)理。

(3)影響微生物在多孔介質(zhì)中遷移的因素很多，而對(duì)于如微生物種群異質(zhì)性、微生物表面脂多糖、菌齡等因素的研究較少，建議今后進(jìn)一步開(kāi)展影響因素的研究，對(duì)全面了解微生物在土壤中的遷移和變化特性和規(guī)律很有必要。

(4)建立數(shù)學(xué)模型是研究微生物在多孔介質(zhì)中遷移的重要依據(jù)。模型的準(zhǔn)確性和適用性直接決定了模型的應(yīng)用。目前，大多數(shù)關(guān)于微生物運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型是建立在對(duì)流-彌散方程基礎(chǔ)上的，能夠準(zhǔn)確描述微生物運(yùn)移的模型中參數(shù)較多，在實(shí)際情況中較難求解，適用性較差；較易求解的模型準(zhǔn)確性低，難以很好地描述微生物的運(yùn)移過(guò)程。建議今后深入開(kāi)展數(shù)學(xué)模型研究，建立一個(gè)準(zhǔn)確性較高、適用性較廣的數(shù)學(xué)模型。

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Study on Transport Mechanisms and Influencing Factors of Microorganisms in Porous Media

HAN Zhi-jie,LI Jie,WANG Wei-li et al (College of Environmental Science and Safety Engineering,Tianjin University of Technology,Tianjin 300384)

AbstractMicrobial transport mechanisms were elaborated including dynamic process,resistance process and biological process,wherein the dynamic process includes convection and hydrodynamic dispersion; resistance process includes filtration,adsorption and desorption,biological processes contain both the dynamic process and the resistance processes.The factors which affect microbial transport in three processes were analyzed,factors affecting the dynamic process were flow rate and large pores; factors affecting the resistance process included soil texture,bulk density,water content,mineral content of the soil surface and ionic strength; microorganism itself factors were microbial species,size,surface charge,and nutritional status.

Key wordsMicroorganisms; Porous media; Transport mechanism; Influencing factors

收稿日期2015-12-24

作者簡(jiǎn)介韓志捷(1990- )，男，河北滄州人，碩士研究生，研究方向：水土資源利用和環(huán)境修復(fù)。

基金項(xiàng)目天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(11JCZDJC25000)。

中圖分類(lèi)號(hào)S 182

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)02-127-04