農(nóng)田重金屬阻控的微生物修復(fù)技術(shù)探討

黃志鋼

（佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東 佛山528000）

我國的農(nóng)業(yè)與工業(yè)在當(dāng)前的大好局勢下，以非?？斓乃俣劝l(fā)展，積極擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，但是其給環(huán)境帶去的負(fù)面影響已經(jīng)變得很嚴(yán)重，如農(nóng)田的重金屬問題。處于農(nóng)田之中的污染物可滯留較長的時間、形成的遷徙性差，很難降解，長期維持穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重威脅土壤的生物群落結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)，借助食物鏈會間接影響人類健康。治理與阻控農(nóng)田重金屬污染問題時，可使用物理、化學(xué)以及微生物等多種技術(shù)，其中微生物技術(shù)具有不會造成二次污染、成本低以及安全性強(qiáng)等優(yōu)勢，因此可更多地運(yùn)用這一項(xiàng)技術(shù)。

1 微生物修復(fù)技術(shù)概述

微生物修復(fù)技術(shù)具有高效、安全的應(yīng)用特點(diǎn)，屬于新型修復(fù)技術(shù)，通過原有土壤環(huán)境中生存的微生物或者向被污染的土壤中投放經(jīng)人工培養(yǎng)獲取的微生物，基于微生物的胞內(nèi)積累、胞外沉淀以及絡(luò)合等不同的作用，來轉(zhuǎn)化、吸收與降解處于土壤中的多種重金屬物質(zhì)，恢復(fù)土壤原本的生態(tài)功能，確保農(nóng)田在修復(fù)后可以增收增產(chǎn)。將資金微生物菌劑運(yùn)用到土壤中，可控制Cd 含量，使雙季稻維持較高的產(chǎn)量。與其他的修復(fù)技術(shù)相比，微生物修復(fù)技術(shù)更加環(huán)保，綜合應(yīng)用效果好，修復(fù)成本不高，并不會輕易產(chǎn)生二次污染的問題，發(fā)揮修復(fù)作用之后，土壤的功能并不會因修復(fù)行為而被破壞。

2 修復(fù)農(nóng)田土壤重金屬污染問題的可用技術(shù)方法

針對農(nóng)田土壤中出現(xiàn)的重金屬問題，主要采用物理化學(xué)、化學(xué)、物理以及生物的方法展開治理工作，通過不同的技術(shù)系統(tǒng)來轉(zhuǎn)化、固定與吸收重金屬物質(zhì)，降低重金屬在土壤中的含量，使其濃度能夠處于安全范圍之內(nèi)，在治理修復(fù)期間需要盡量避免印象到土壤的生態(tài)功能，最終恢復(fù)土壤的農(nóng)業(yè)應(yīng)用功能，使用物理化學(xué)技術(shù)時，將電動修復(fù)、固化修復(fù)與土壤淋洗技術(shù)結(jié)合使用，可在重度污染的土壤中發(fā)揮效用，也可被優(yōu)先引進(jìn)到大面積修復(fù)的工程中，修復(fù)后，可繼續(xù)應(yīng)用土壤；但是在使用時，也暴露出不少缺點(diǎn)，如修復(fù)時應(yīng)用的淋洗劑的應(yīng)用成本偏高，還會造成二次污染的問題，必須進(jìn)行異位修復(fù)處理，同時也對土壤自身的質(zhì)地有嚴(yán)苛的要求，不屬于永久性措施，實(shí)施時還要預(yù)先形成酸性條件，需要的時間成本偏高。應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)時，同樣選擇聯(lián)合修復(fù)的方式，聯(lián)合應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)，支持土壤的二次應(yīng)用，更加符合環(huán)保要求，能夠?qū)崿F(xiàn)原位修復(fù)的目標(biāo)，但是其屬于新興技術(shù)，在使用前期將生成比較高的研究成本，同時有一定概率構(gòu)成生物風(fēng)險事件。微生物本身也是土壤系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分之一，其可進(jìn)行旺盛活躍的代謝活動，除了比表面積大之外，數(shù)量也很多，可將有機(jī)型污染物看成是能源與碳源，同時也可與別的有機(jī)物質(zhì)展開共代謝活動，降解土壤內(nèi)的有機(jī)污染物。

3 微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用情況分析

現(xiàn)對微生物修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)中的主要技術(shù)進(jìn)行研究，確定各種微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)對土壤重金屬污染時的技術(shù)應(yīng)用效果。

3.1 生物強(qiáng)化技術(shù)。形成生物刺激之后，可借助土著菌具備的修復(fù)潛力，展開修復(fù)活動，然而外部環(huán)境條件會構(gòu)成影響，削弱修復(fù)效果，過多地運(yùn)用廢料，會縮減微生物原本比較強(qiáng)的降解能力。因此可以應(yīng)用生物強(qiáng)化技術(shù)對生物刺激作用進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)，也可聯(lián)合應(yīng)用生物強(qiáng)化技術(shù)與生物刺激技術(shù)。在生物強(qiáng)化的技術(shù)系統(tǒng)中，需要通過人工方法對菌類進(jìn)行培養(yǎng)，而后再開展篩選、富集與馴化工作，確定菌類已經(jīng)達(dá)到相應(yīng)的數(shù)量之后，將其施加到土壤中，被篩選與有效馴化的菌類進(jìn)入被污染的土壤中，能夠以比較快的速度控制重金屬的毒性與污染程度，獲取高效菌株主要通過基因工程、馴化與篩選等方式。

3.2 生物刺激技術(shù)。生物刺激指向受污染的土壤中添加微生物生長所必需的N、P 等營養(yǎng)元素，刺激土壤中原微生物的生長，加強(qiáng)土壤中微生物的代謝能力，從而降低土壤中重金屬濃度與毒性。瞿衛(wèi)等人發(fā)現(xiàn)在最佳條件下，強(qiáng)堿性的D- 葡萄糖酸溶液萃取重金屬效率最大可達(dá)：Ni43%、Cr60%、Cd50%、Zn70%、Pb80%和Cu84%。0Higgins T E 等人發(fā)現(xiàn)通過將堆肥、泥炭等有機(jī)物加入鉻污染土壤來進(jìn)行原位修復(fù)，可以加快鉻降解速率，并提高修復(fù)效果。

3.3 篩選高效菌株。本土生物強(qiáng)化技術(shù)是從重金屬污染土壤中篩選土著微生物，富集培養(yǎng)后再施加到原土壤中的過程。靳治國等人篩選分離出耐鉛、鎘的菌株，得到了可以耐受高濃度鉛的綠色木霉菌和耐受高濃度鎘的淡紫擬青霉菌。以這兩種真菌的菌絲體活細(xì)胞作為吸附劑，考察了綠色木霉菌吸附鉛離子、淡紫擬青霉菌吸附鎘離子能力。結(jié)果顯示，鉛離子與鎘離子的初始濃度與數(shù)量越高，菌株對這兩種重金屬離子的吸附量則越大。Iram等人從城市農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤樣品中篩選分離出耐Cr 和Pb 等重金屬的真菌，包括黃曲霉、黑曲霉、茄病鐮刀菌和產(chǎn)黃青霉菌。結(jié)果表明，大部分菌株對Pb 和Cr 具有抗性，只有少數(shù)能夠生長。在分離的真菌菌株中，黑曲霉對Pb 的耐受性最強(qiáng)，MIC 為600mgL，黃曲霉對Cr 耐受性強(qiáng)，MIC 為400mg/L, 這使其成為生物修復(fù)劑的潛在候選者。Levinskaite 等人發(fā)現(xiàn)，對幾乎所有金屬的耐受的真菌有黑曲霉、草酸青霉和淡紫擬青霉，所有真菌都顯示出極高的Fe 積累能力。

3.4 建設(shè)基因工程菌?，F(xiàn)代基因工程可以對物種之間的界限進(jìn)行突破，轉(zhuǎn)移重金屬抗性基因，使其融入到一些微生物中，這些微生物對于被污染的土壤有著比較強(qiáng)的適應(yīng)性，通過這種方式打造出高效菌株。有學(xué)者對于金屬硫蛋白形成的而基因工程菌對于溫度因素形成的耐受性展開研究，同時確定在相應(yīng)的溫度條件下去除Cd 的情況，經(jīng)過研究與統(tǒng)計(jì)，確定實(shí)際去除率可以達(dá)到98.5%；還有學(xué)者研究了金屬例子受到工程菌的富集性作用的影響，確認(rèn)工程菌所具有的富集能力。

3.5 其他微生物修復(fù)技術(shù)分析。固定化微生物技術(shù)系統(tǒng)是以固定化酶技術(shù)為基礎(chǔ)，可通過一些有效的技術(shù)方法使微生物直接被固定到預(yù)設(shè)區(qū)域中，確保處于這個區(qū)域中的微生物能夠維持活性，外部環(huán)境中不利影響因素進(jìn)行屏蔽，同時也預(yù)防土著菌與其形成惡性化的競爭活動，將更加合適穩(wěn)定的環(huán)境提供給微生物，消除細(xì)胞被直接破壞以及流失的問題。將聚乙烯醇、明膠與海藻酸鈉當(dāng)成載體，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)相比普通的酵母菌，進(jìn)行固定化處理工作的酵母菌形成細(xì)胞氧化損傷問題程度輕微，可以確定酵母菌固定化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

4 技術(shù)應(yīng)用展望

雖然修復(fù)土壤重金屬污染問題時，可以根據(jù)修復(fù)需求，優(yōu)先選擇微生物修復(fù)技術(shù)，但是該新型修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)必須要被技術(shù)人員關(guān)注到，如在相應(yīng)的修復(fù)點(diǎn)位上，本地菌株與微生物可能會產(chǎn)生競爭活動，如果競爭失敗，微生物數(shù)量減少，還會損失一部分代謝活性?？紤]到該技術(shù)出現(xiàn)的時間還很短，需要投入大量的精力到后期評估與前期開發(fā)的環(huán)節(jié)中，技術(shù)應(yīng)用結(jié)果尚存不確定性，一些微生物技術(shù)存在較高的應(yīng)用門檻。微生物菌種資豐富，應(yīng)用范圍廣，這些技術(shù)研發(fā)條件使得微生物修復(fù)技術(shù)擁有較為廣闊的研究空間，考慮到其在經(jīng)濟(jì)性與生態(tài)性的潛力，可從以下幾個方面展開研究活動：在當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)上，注重對帶有優(yōu)勢的菌株實(shí)施馴化與篩選，利用建設(shè)基因工程菌來固定、吸附與轉(zhuǎn)化重金屬，在修復(fù)實(shí)踐活動中，逐漸累積技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而在之后重金屬污染問題中，使用更加成熟的微生物技術(shù)。一些農(nóng)田的污染問題具有復(fù)雜化的特點(diǎn)，針對復(fù)合污染問題，可嘗試將不同種類的修復(fù)技術(shù)集成應(yīng)用，如聯(lián)合微生物與植物修復(fù)技術(shù)，將被聯(lián)合的兩種技術(shù)各自具有的優(yōu)勢展示出來，揚(yáng)長避短。深入研究微生物技術(shù)，把握其技術(shù)應(yīng)用機(jī)理，將研究工作擴(kuò)展到分子領(lǐng)域中，啟用紅外分析技術(shù)對修復(fù)機(jī)理進(jìn)行解釋，以此來給當(dāng)前的修復(fù)技術(shù)形成必要的數(shù)據(jù)支持與理論基礎(chǔ)。通過統(tǒng)計(jì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取精準(zhǔn)度較高的參數(shù)，在面對實(shí)際問題時，注入更多的精力，研究人員還需加強(qiáng)對土壤學(xué)科以及環(huán)境化學(xué)學(xué)科知識的了解，為微生物修復(fù)技術(shù)打造出更加完備全面的理論系統(tǒng)。

結(jié)束語

由于微生物修復(fù)技術(shù)能夠滿足基本的農(nóng)田土壤污染治理需求，同時還有成本、安全性與效率方面的優(yōu)勢，本文首先對微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了介紹，也對比了其他修復(fù)技術(shù)，以此突出微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，最后介紹了具體使用固體化微生物、生物強(qiáng)化技術(shù)與生物刺激技術(shù)的具體運(yùn)用狀況，借助微生物形成的吸附、降解與轉(zhuǎn)化等作用。微生物修復(fù)技術(shù)能夠適應(yīng)多種不同的修復(fù)環(huán)境，發(fā)揮出良好的修復(fù)應(yīng)用效果，基于其在這一污染治理工作領(lǐng)域中的發(fā)展前景，需要繼續(xù)展開該技術(shù)的研發(fā)，強(qiáng)化修復(fù)應(yīng)用效果。