重金屬污染土壤植物修復(fù)中的微生物功能研究進(jìn)展

趙岫章

摘 要：經(jīng)濟(jì)水平的提高促進(jìn)人民生活水平的提升，同時(shí)工業(yè)的發(fā)展也加劇了重金屬污染土壤的程度。為有效緩解土壤中的重金屬污染情況，本文從重金屬污染土壤中植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的不同形式出發(fā)，通過進(jìn)一步確定該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的影響因素，明確在重金屬污染土壤的植物修復(fù)中微生物的功能。

關(guān)鍵詞：重金屬污染土壤；微生物功能；植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

引言

伴隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及生活污水的大量排放，我國環(huán)境污染中重金屬污染的負(fù)面影響也日益加劇。在污染治理過程中，作為土壤中最為活躍的有機(jī)體，土壤中的微生物將土壤中的物質(zhì)和能量進(jìn)行循環(huán)與轉(zhuǎn)換，以維持土壤中的生態(tài)平衡，凈化重金屬所造成的污染。因此，微生物在當(dāng)前重金屬污染治理中起著重要作用。

1.重金屬污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的不同形式

微生物與植物聯(lián)合作用于重金屬污染土壤的修復(fù)屬于當(dāng)前微生物發(fā)揮功能的一種形式。植物的生長為微生物提供滋養(yǎng)，同時(shí)其根區(qū)所產(chǎn)生的一些分泌物能夠進(jìn)一步促進(jìn)微生物降解功能的發(fā)揮；微生物則可以通過自身的降解功能，把土壤中的有機(jī)酸、鐵載體等轉(zhuǎn)換成為植物根基可吸收物質(zhì)，甚至改變植物當(dāng)中重金屬的生長形態(tài)，為植物提供可吸收的營養(yǎng)，促進(jìn)植物的進(jìn)一步生長。

從現(xiàn)有修復(fù)形式來看，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)主要通過以下兩種形式實(shí)現(xiàn)：第一，與微生物菌體共同作用。俄羅斯科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在Zn、Ni、Cd、Co等土壤條件下，會產(chǎn)生某種耐受菌體，其能夠通過自動復(fù)制環(huán)狀DNA的形式，阻止重金屬污染源伴隨植物根基的吸收作用進(jìn)入植物體內(nèi)，進(jìn)而能夠起到保護(hù)植物的作用。因此，綜合對該種菌類的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在重金屬污染過程中，可以在土壤中接種專性的菌株，一方面能夠轉(zhuǎn)換植物生長環(huán)境中的微生物結(jié)構(gòu)，另一方面也可以達(dá)到降解重金屬，提高植物生長環(huán)境周圍為生物活性、進(jìn)而促進(jìn)植物生長的作用。第二，將植物與菌根結(jié)合修復(fù)土壤中的重金屬污染。菌根主要指的是存在于土壤中的生物植物和菌落的聯(lián)合體。該種生物一般生長在重金屬含量較高的礦區(qū)土壤中，其自身即具有極高的酸溶和酶解能力，能夠通過轉(zhuǎn)換重金屬當(dāng)中的污染物質(zhì)，為植物生長提供營養(yǎng)。另外，菌根還能夠通過自身活動，改善土壤當(dāng)中的微生物活動狀態(tài)，進(jìn)而改變植物根基的微型生態(tài)環(huán)境，從而提高植物整體的逆環(huán)境生長能力，促進(jìn)植物的進(jìn)一步生長。事實(shí)上，雖然菌根本身能夠提高植物的抗逆性，同時(shí)其較強(qiáng)的重金屬吸附和降解功能促進(jìn)了當(dāng)前對重金屬污染土壤的治理，但是由于該種植物不易獲得，因此菌根和植物相互作用的重金屬污染治理模式還具有相當(dāng)廣闊的研究空間和應(yīng)用前景。

2.重金屬污染土壤植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的影響因素

2.1土壤中重金屬污染特性

重金屬是否會造成土壤污染以及其污染的方式與土壤中重金屬的總體含量不直接相關(guān)。一般來說，土壤中的重金屬以各種不同形態(tài)存在，且因?yàn)榭傮w重金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)的不同，土壤中重金屬的能量狀態(tài)以及污染特性也不相同。當(dāng)然，綜合現(xiàn)有污染土壤來看，由于土壤中所含的有機(jī)質(zhì)以及某些礦物質(zhì)成分具有一定的重金屬吸附效果，因此土壤中水溶態(tài)的重金屬含量較少。從這一現(xiàn)象來看，土壤可以利用微生物和植物的重金屬毒性抑制功能以及重金屬的降解和轉(zhuǎn)化功能等，改變土壤中重金屬的平衡結(jié)構(gòu)，為植物和微生物的生長提供更多滋養(yǎng)，進(jìn)而提高土壤的修復(fù)率。

2.2植物本身生理生化特性

植物是土壤中重金屬修復(fù)的主體，其自身也具有一定的重金屬降解、吸收等功能，而該功能同樣能夠影響土壤中的重金屬含量。當(dāng)前全世界范圍內(nèi)共有約400種超累積植物。該類植物通過吸收、儲存和利用土壤中的重金屬，改變原有的土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)植物生長環(huán)境的轉(zhuǎn)變。一般來說，這類富集植物需具有以下特征：第一，對于重金屬的吸收速率較高，即是當(dāng)土壤當(dāng)中的重金屬含量低于土壤污染水平時(shí)，其重金屬吸收和運(yùn)輸?shù)乃俾室廊惠^高。第二，具有良好的重金屬累積效果。對于某些濃度較高的污染物，富集植物同樣能夠起到吸附和積累作用，且其累積能力是普通植物的10-500倍以上。第三，富集植物可能具備同時(shí)吸附多種重金屬的功能。第四，富集植物的生命力頑強(qiáng)，生長速度較快，同時(shí)自身抗病能力較強(qiáng)。

2.3根際環(huán)境因素

根際環(huán)境是土壤中獨(dú)特的生態(tài)修復(fù)環(huán)境，該環(huán)境下，PH值被改變，氧化還原作用得以發(fā)揮。同時(shí)還能夠利用根系分泌物，與植物和土壤進(jìn)行能量和信息交流，改變根際的物質(zhì)生存環(huán)境。當(dāng)然，根際分泌物也能夠促進(jìn)根際微生物的成長，進(jìn)而改變根細(xì)胞的特性，提高土壤中有機(jī)酸、氨基酸等活性較大的重金屬溶解物質(zhì)的含量，或者通過與重金屬相互作用有效降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和毒性，也可以運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)的富集重金屬到體內(nèi)，進(jìn)而提高植物的生長能力和抗逆性。另外，根際礦物質(zhì)的改變同樣能夠吸收和降解土壤中的重金屬，進(jìn)而提高植物-微生物的聯(lián)合修復(fù)效果。

3.結(jié)論與展望

雖然可以通過植物-微生物聯(lián)合的形式修復(fù)被重金屬污染的土壤，但是由于重金屬本身的污染特性，植物的生理生化結(jié)構(gòu)的變化以及植物根基環(huán)境等的影響，微生物對于重金屬污染的修復(fù)功能的發(fā)揮研究還有待進(jìn)一步的深入。在接下來的研究過程中，筆者希望，可以從重金屬污染如何改變土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)、菌根的特性、菌根發(fā)揮作用的方式以及菌根的培養(yǎng)方式等入手，以期更加充分地證明微生物修復(fù)土壤中重金屬污染的作用機(jī)理和主要作用方式，進(jìn)而為重金屬污染土壤的治理提供可行建議。

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