土壤重金屬污染的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)研究

李蕓溪 王 璐

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 哈爾濱 150000）

土壤重金屬污染的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)研究

李蕓溪 王 璐

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 哈爾濱 150000）

隨著石油、礦產(chǎn)的大量開采，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，目前，我國耕地土壤污染程度已經(jīng)嚴(yán)重危害到了農(nóng)作物質(zhì)量，甚至危害人體健康。本文對(duì)土壤微生物參與的土壤重金屬污染的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜述，并對(duì)土壤微生物在聯(lián)合生物修復(fù)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，以期為重金屬污染的生物修復(fù)研究提供新的思路。

土壤微生物；重金屬污染；微生物修復(fù)；聯(lián)合生物修復(fù)

1.前言

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著采礦和冶煉技術(shù)的快速發(fā)展，重金屬污染使得土壤環(huán)境惡化，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，農(nóng)作物質(zhì)量降低，食品安全受到了嚴(yán)重的威脅。土壤重金屬污染的典型案例－日本“水俁病”、“痛痛病”的發(fā)生在社會(huì)各界引起了強(qiáng)烈的關(guān)注。

在過去的兩年中，一些安全事件在我國相繼發(fā)生，如廣西龍江鎘污染、廣東大米鎘污染、湖南血鉛等。目前，我國已有16.1%的耕地受到重金屬污染，其中Pb、Cd、Hg和As含量超標(biāo)高達(dá)82.8%[1]。

目前幾種常規(guī)修復(fù)方法都各自有著明顯的缺陷：物理化學(xué)修復(fù)方法的缺陷是對(duì)于人體健康具有一定的不安全性；植物修復(fù)技術(shù)所選定的植物長期生存在重金屬濃度較高的環(huán)境中，生長會(huì)變得緩慢、生物量降低，使得修復(fù)效率減緩、修復(fù)周期不斷延長。同時(shí)引入所選定植物存在著生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)；而動(dòng)物修復(fù)技術(shù)存在重金屬被土壤動(dòng)物吸收后，又通過其排便等代謝活動(dòng)重新回到土壤中以及土壤動(dòng)物耐受力有限等問題。因此更加有效的生物修復(fù)法亟待尋求。

2.土壤微生物修復(fù)技術(shù)

土壤微生物修復(fù)技術(shù)就是土壤微生物通過轉(zhuǎn)化和固定改變土壤重金屬形態(tài)，從而降低重金屬的毒性、移動(dòng)性和生物可利用性的技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到治理重金屬污染土壤的目的［2］。有報(bào)道可利用生物分泌的表面活性劑如球擬酵母產(chǎn)生的槐糖脂、綠濃桿菌產(chǎn)生的鼠李糖脂以及枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的表面活性肽去除土壤中的重金屬，其去除機(jī)理主要是利用了離子的交換、沉淀和溶解以及反離子結(jié)合等作用［3］。

2.1微生物修復(fù)土壤重金屬污染的機(jī)理

自然界中微生物種類繁多、形體微小且具有比表面積大、帶電荷多、繁殖快、代謝旺盛等特點(diǎn)。受重金屬污染的土壤中往往存在多種耐受性微生物，它們可以通過自身的生物化學(xué)代謝作用影響土壤中重金屬元素的毒性。

利用微生物修復(fù)來治理重金屬污染土壤主要是利用了微生物的兩種作用：一是利用其吸附、富集、代謝作用，從而達(dá)到對(duì)重金屬消減、凈化和固定的效果；二是利用其氧化還原作用改變重金屬的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定在土壤中或生物可利用性降低，從而降低重金屬的危害。

但是目前對(duì)于微生物修復(fù)技術(shù)的機(jī)理的研究還不夠完善，特定的微生物只能降解特定類型的污染物，且微生物的活性受溫度水分等環(huán)境條件影響。故利用土壤微生物參與的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)既可以利用微生物優(yōu)良的特性，還可以很好的避免以上問題。

3.土壤微生物參與的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

3.1微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)本身受其載體的生物學(xué)特性限制，微生物需要適當(dāng)?shù)纳L條件，才能保證其生長代謝和生命周期的正常進(jìn)行，從而保證修復(fù)周期的完成。這限制了單一的微生物修復(fù)技術(shù)的大范圍運(yùn)用或推廣。有實(shí)踐證明，采用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是提高生物修復(fù)效率的最有效途徑之一[4]。

由于微生物可分泌金屬螯合物( Fe 載體) 、生物表面活性劑、聚合物、有機(jī)酸和蛋白類物質(zhì)，還可通過氧化還原反應(yīng)提高土壤中金屬的流動(dòng)性，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收，提高重金屬在植物內(nèi)的濃度，增加重金屬的積累，在此基礎(chǔ)上，采用超積累植物同適當(dāng)?shù)奈⑸锵嗯浜?，可極大的提高修復(fù)效率。故植物-微生物聯(lián)合修復(fù)在重金屬污染土壤的生物修復(fù)中有著重要的應(yīng)用潛能。并且該技術(shù)現(xiàn)已在實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模修復(fù)中取得了良好的效果。

3.2微生物-植物-動(dòng)物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

在土壤中引入微生物，同時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)土壤環(huán)境，可加快土壤中重金屬污染物的分解轉(zhuǎn)化；植物可對(duì)重金屬進(jìn)行富集、固定，同時(shí)可以促進(jìn)根際微生物對(duì)土壤中污染物的降解；土壤動(dòng)物自身的運(yùn)動(dòng)和新陳代謝可以提高陽離子交換量、增大土壤孔隙度和持水量，為微生物的代謝活動(dòng)提供了良好的基礎(chǔ)。

近年來，生物的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。Gustavo研究認(rèn)為引入根系微生物、橄欖廢物堆肥與植物共同作用可以有效的修復(fù)土壤重金屬污染，這樣既可以提高植物的耐受性，還有利于橄欖加工廠的綠色生產(chǎn)［5］。田偉莉等研究出聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)Cd、Cu、Pb的修復(fù)效果分別較單個(gè)動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù)的簡單疊加效果高11.5%、7.2%、5.0%。楊柳等發(fā)現(xiàn)在 Pb2 +、Cd2 +脅迫作用下蚯蚓、菌根菌及其聯(lián)合作用對(duì)植物修復(fù)中，蚯蚓可顯著提高植物生物量，菌根菌可提高植物地上部分的重金屬積累濃度，蚯蚓與菌根菌的同時(shí)接種使植物吸收的重金屬總量達(dá)到最大［6］。

4.問題與展望

聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)對(duì)其各自單一的重金屬修復(fù)起到了強(qiáng)化作用，提高了對(duì)土壤中重金屬的處理效率，在處理土壤重金屬污染中有著很大的潛力。但是，現(xiàn)仍存在以下幾個(gè)問題：①微生物、植物、動(dòng)物對(duì)各種重金屬的耐受能力都是有限的，一旦土壤受重金屬污染濃度超過其耐受范圍，生物修復(fù)效率將大大降低。②微生物-植物-動(dòng)物聯(lián)合修復(fù)的修復(fù)機(jī)理、操作過程繁雜，成本高。③自然界中，生物種類旁雜、生物量巨大，要從中篩選出最有效的植物-動(dòng)物-微生物聯(lián)合體，工作量繁重。同時(shí)，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)尚缺乏深入機(jī)理研究與實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，還需根據(jù)實(shí)際情況，以現(xiàn)有的生物資源為研究對(duì)象，加強(qiáng)對(duì)多種重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)機(jī)理的研究，同時(shí)建立起以微生物修復(fù)為核心的聯(lián)合生物修復(fù)機(jī)制。只有微生物、植物、動(dòng)物三者有效的結(jié)合，互利互惠，聯(lián)合進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)，才能做到安全、綠色、高效地修復(fù)重金屬污染土壤。

[1]Xiangfeng WEI,Yongxian LIU,Liping PAN. Heavy Metal Contamination in Farmland Soil and Bioremediation Measures： A Case Study of the Mining Area in Shaoguan[J]. Asian Agricultural Research,2016,(07)：72-74.

[2]羅輝,朱易春,馮秀娟. 重金屬污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,(05)：224-227.

[3]ACIKEL Y S． Use of biosurfactants in the removal ofheavy metal ions from soils［M］.Environmental Pollution： Biomanagement of Metal-Contaminated Soils，Netherlands： Springer，2011，20： 183-223．

[4]吳佳,謝明吉,楊倩,涂書新. 砷污染微生物修復(fù)的進(jìn)展研究[J]. 環(huán)境科學(xué),2011,(03)：817-824.

[5]GUSTAVO CURAQUEO，MAURICIO SCHOEBITZ，F(xiàn)ERNANDO BORIE,et al． Inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi and addition of composted olive －mill waste enhance plant establishment and soil properties in the regeneration of a heavy metal － polluted environment［J］． Environmental Science and Pollution Research，2014，21( 12) ： 7403 － 7412．

[6]楊柳,李廣枝,童倩倩,何騰兵. Pb～(2+)、Cd～(2+)脅迫作用下蚯蚓、菌根菌及其聯(lián)合作用對(duì)植物修復(fù)的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,(11)：156-158.

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1007-6344（2017）05-0139-01