土壤修復微生物研究現狀*

張　宇，李朋朋，李士俠，張　迪，譚善嬌，陳　坤

(1 聊城大學藥學院，山東　聊城　252000；2 山東聊城東昌府區農業局，山東　聊城　252000；3 棗莊科技職業學院，山東　棗莊　277500)

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土壤修復微生物研究現狀*

張宇1，李朋朋2，李士俠3，張迪1，譚善嬌1，陳坤1

(1 聊城大學藥學院，山東聊城252000；2 山東聊城東昌府區農業局，山東聊城252000；3 棗莊科技職業學院，山東棗莊277500)

我國耕地受農藥和化肥等污染嚴重，威脅糧食及生態安全。土壤中微生物具有改良土壤結構、促進農作物增產、提高農作物品質、減少和降解農藥和化肥污染、保護生態環境等功效，同時也對污染土壤具有修復作用。本文著眼于土壤修復相關微生物研究的最新進展，對相關微生物種屬在土壤修復中的作用、研究與發展現狀及研究趨勢等方面進行綜述。

生態修復；土壤污染；微生物降解

隨著農藥和化肥使用量的增加，我國土壤污染日趨嚴重。據統計[1]，2013年我國化學農藥使用量310.89萬噸，其中殺蟲劑117.4萬噸，殺菌劑61.27萬噸，除草劑128.11萬噸。目前我國農用化肥單位面積平均使用量達到434.3千克每公頃，達到安全上限的1.93倍，施用總量占世界用量的三分之一。2014 年《全國土壤污染調查公報》顯示[2]，全國土壤污染總超標率為 16.1%，其中耕地土壤點位超標率高達 19.4%。土壤污染導致地下水體等生態環境不斷惡化，糧食及農副產品質量下降，勢必對國民健康造成了嚴重威脅。

土壤中含有大量的微生物，是土壤生態環境的重要組成部分，它們具有固定無機氮、降解解無機磷鉀、促進植物光合效應、增進作物根系發育、抑制植物病原菌及蟲害增殖、凈化污水及農藥中部分化學成分等多重功能，對土壤的理化性質、土壤肥力的形成及作物生長都發揮著極其重要的作用。

如何發揮微生物的正面效應消除污染物質以期改善污染土壤結構，是人類面對的重大課題。本文將對土壤微生物作用及其在污染土壤修復中的應用作綜述。

1　土壤微生物簡介

1.1土壤微生物

土壤的形成實質是大量微生物參與的有機質合成和分解過程。土壤微生物通過對有機質的分解釋放養分，將地殼中的營養元素循環利用，以不斷滿足植物生長發育過程對養分的需求。由于環境因素、種植要求以及季節更替，土壤微生物組成在不斷發生調整和變化。土壤熟化的過程即培肥土壤的過程，如休耕、耕作、施肥、灌溉和排澇等措施，也就是調節土壤微生物組成和代謝活動的過程，從而促進微生物種群朝著培肥力的方向發展[3]。

在污染土壤修復過程中，微生物扮演著重要的角色，通常人們會根據具體污染狀況選擇不同的微生物種類制成微生物制劑，通過其在自然條件下的增殖和土著微生物共同實現對污染土壤的修復。

微生物制劑是指經過分離純化、菌種改良、工業化生產擴繁后的微生物加工制成的活菌制劑，通常以簡單有機質作為載體制備成可吸咐微生物菌液或加入其他輔助成分制備成固體制劑[4]。按制劑中起作用的微生物種類，土壤微生物制劑又可分為細菌類、放線菌類和真菌類等多種類型。按制劑組成復雜程度，可分為純微生物制劑和復合混微生物制劑。常用的有根瘤菌制劑、溶磷菌制劑、硅酸鹽細菌制劑、光合細菌制劑等[5]。

微生物制劑被認為是“無公害農藥”，防治對象不易產生抗藥性，不傷害天敵，不破壞生態平衡，繁殖快。微生物制劑在農業生產中的應用表明，它在化學肥料利用率的提高、疏松土壤、土壤污染修復[4]、培肥地力、減少病蟲害的發生[5]，提高農作物產量以及改善農產品品質[6]等方面都有著非常好的效果。

1.2土壤微生物在傳統農業中的實踐

長期以來，我國農業生產建立了有利于土壤微生物體系構建的多種舉措。趙亞麗等[7]報道了土壤耕作和秸稈還田對土壤和產量的影響，證實這兩種增產措施使得土壤微生物數量，酶活性均得到大幅度提高。

傳統堆肥法是非常經典的微生態制劑生產手段。堆肥法是利用堆制原料中的土著微生物來降解有機物以豐富營養成分，增加微生物的活性，但耗時長且產生臭味。人工加入高效微生物菌株可以調節其菌群結構，提高相關微生物酶的活力，從而提高堆肥效率和質量[8]。

2　土壤修復微生物研發現狀

2.1解磷鉀微生物的研究

磷鉀肥的大量施用會造成土壤板結，使得土壤微生物菌群失調，進而影響土壤肥力和農業生產[9]。

土壤中的無機磷占總量的45%左右，解磷微生物可以將難溶性的磷轉化成有利于植物生長的可溶性磷。已報道的具有解磷能力的微生物有二十幾個屬之多[10]，主要是細菌，部分真菌也具有解磷作用。趙晨曦等[11]從自然礦藏中篩選獲得磷鉀細菌。

2.2降解多環芳烴類污染物微生物的研究

多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是廣泛存在于環境中的一類有毒有機污染物[12]。秦華等[13]考察了叢枝菌根真菌菌絲對多氯聯苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)污染土壤的修復效應及其機理，發現接種菌根真菌處理各土層 PCBs 降解率為 最高達57.39%。于瑤瑤等[14]從鹽堿土壤中篩選蒽降解菌株Demequina salsinemorus BJ1并初步證實它可能通過鄰苯二甲酸途徑降解蒽。廉景燕等[15]從大慶油田的土壤中篩選出了一株高效萘降解菌株Pseudomonas sp.，接種到含有2.5 mg/g萘的滅菌土壤中，經過11 d室溫培養之后，萘的去除率為97.9%.

2.3有機磷農藥降解菌

有機磷農藥占總農藥的70%左右，具有較高的毒性，對作物和土壤造成嚴重污染。史延華等[16]利用施氏假單胞菌 YC-YH1和對硝基苯酚降解菌 CN2 對甲基對硫磷進行共降解試驗，發現聯合使用對土壤中 100 mg/kg 甲基對硫磷的降解率接近 100%。

草甘膦是有孟都山開發的一種化學除草劑，對土壤生態有一定負面效應，有資料顯示它對人體也有危害。目前人們已經分離獲得多種可以降解草甘膦的微生物類型。Zhao等[17]分離得到三株以草甘膦為唯一碳源的假單胞菌Pseudomonas spp. strains GA07, GA09和GC04，且檢測到氧化還原酶活性。Fu等[18]通過對Aspergillus oryzae紫外線誘變選育，獲得了四種降解草甘膦的菌株。另外蒼白桿菌屬Ochrobactrum sp.[19]和枯草芽孢桿菌[20]的一些菌株也具有降解草甘膦能力。

2.4重金屬降解菌的研究

由于礦產資源相關行業過度排放，我國某些地域土壤重金屬污染嚴重。特定類型的微生物可以減緩重金屬污染效應，達到土壤修復的效應。紀宏偉等[21]采用盆栽試驗方法，發現巨大芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌的混合發酵液可以顯著提高印度芥菜對Cd污染土壤的修復。汪建沃[22]報道成功研制出土壤重金屬原位固定復合修復劑，使得微生物降鎘技術取得突破性進展。陳保冬等[23]研究證實某些菌根真菌對重金屬表現出較強的耐受性，在污染土壤修復方面顯示出應用潛力。楊振興等[24]也對真菌耐受重金屬進行了系統研究。段燕青等[25]利用多環芳烴-重金屬雙抗培養基從污染土壤中篩選得到一種對 Cu 和 Cd 有高耐受性的米曲霉，耐受濃度分別為 500 mg/L 和 50 mg/L，高出國家土壤重金屬二級標準 5倍和83倍。

3　結　語

隨著人們的綠色、安全和環保意識不斷增強，土壤治理相關微生物資源的開發將會被提升到一個嶄新的高度。黨的十八大提出了可持續發展戰略，要求社會經濟發展的同時，注重生態環境保護的重要性。為大力推進化肥減量提效、農藥減量控害，積極探索產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的現代農業發展之路，2015年農業部制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》。近日，《土壤環境保護和污染治理行動計劃》已由環保部提交至國務院審核，預計2016年年內將會出臺，屆時將啟動全國土壤污染狀況詳查，繼續組織實施污染土壤治理與修復試點項目，推進污染場地試點示范，建立規范的污染場地聯合監管機制。

作為21世紀的推廣戰略，微生物制劑將向著高產量、高技術、高質量的方向發展，將會大大推動農業和環保領域的綠色革命。

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Research Status of Soil Bioremediation by Microbials*

ZHANGYu1,LIPeng-peng2,LIShi-xia3,ZHANGDi1,TANShan-jiao1,CHENKun1

(1 College of Pharmaceutical, Liaocheng University, Shandong Liaocheng 252000;2 Dongchangfu District Agricultural Bureau, Shandong Liaocheng 252000;3 Zaozhuang Vocational College of Science & Technology, Shandong Zaozhuang 277500, China)

Cultivated land is heavily polluted by pesticides and fertilizers in China. Soil microbial can improve the soil, promote crop growth and increase production, reduce the amount of pesticides and fertilizers, etc. The role of microorganisms in soil remediation was discussed, and the situation of research and development of relative microbial were summarized.

ecological restoration; soil pollution; microbial preparation

聊城大學博士基金項目(31805)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201410447049)。

張宇(1994-)，女，在讀本科生。

S154

A

1001-9677(2016)015-0017-03