土壤重金屬污染的聯合生物修復技術研究

李蕓溪 王 璐

（東北農業大學資源與環境學院 哈爾濱 150000）

土壤重金屬污染的聯合生物修復技術研究

李蕓溪 王 璐

（東北農業大學資源與環境學院 哈爾濱 150000）

隨著石油、礦產的大量開采，土壤重金屬污染日益嚴重，目前，我國耕地土壤污染程度已經嚴重危害到了農作物質量，甚至危害人體健康。本文對土壤微生物參與的土壤重金屬污染的聯合生物修復技術進行綜述，并對土壤微生物在聯合生物修復中的應用前景進行了展望，以期為重金屬污染的生物修復研究提供新的思路。

土壤微生物；重金屬污染；微生物修復；聯合生物修復

1.前言

土壤是農業生產的基礎，隨著采礦和冶煉技術的快速發展，重金屬污染使得土壤環境惡化，土壤重金屬污染日益嚴重，農作物質量降低，食品安全受到了嚴重的威脅。土壤重金屬污染的典型案例－日本“水俁病”、“痛痛病”的發生在社會各界引起了強烈的關注。

在過去的兩年中，一些安全事件在我國相繼發生，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含量超標高達82.8%[1]。

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

2.土壤微生物修復技術

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

2.1微生物修復土壤重金屬污染的機理

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。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代謝作用影響土壤中重金屬元素的毒性。

利用微生物修復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，從而達到對重金屬消減、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形態，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。

但是目前對于微生物修復技術的機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境條件影響。故利用土壤微生物參與的聯合生物修復技術既可以利用微生物優良的特性，還可以很好的避免以上問題。

3.土壤微生物參與的聯合修復技術

3.1微生物-植物聯合修復技術

微生物修復本身受其載體的生物學特性限制，微生物需要適當的生長條件，才能保證其生長代謝和生命周期的正常進行，從而保證修復周期的完成。這限制了單一的微生物修復技術的大范圍運用或推廣。有實踐證明，采用植物-微生物聯合修復技術是提高生物修復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、有機酸和蛋白類物質，還可通過氧化還原反應提高土壤中金屬的流動性，促進植物對重金屬的吸收，提高重金屬在植物內的濃度，增加重金屬的積累，在此基礎上，采用超積累植物同適當的微生物相配合，可極大的提高修復效率。故植物-微生物聯合修復在重金屬污染土壤的生物修復中有著重要的應用潛能。并且該技術現已在實驗室和小規模修復中取得了良好的效果。

3.2微生物-植物-動物聯合修復技術

在土壤中引入微生物，同時適當的調節土壤環境，可加快土壤中重金屬污染物的分解轉化；植物可對重金屬進行富集、固定，同時可以促進根際微生物對土壤中污染物的降解；土壤動物自身的運動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提供了良好的基礎。

近年來，生物的聯合修復技術得到了廣泛的關注。Gustavo研究認為引入根系微生物、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［5］。田偉莉等研究出聯合修復技術對Cd、Cu、Pb的修復效果分別較單個動物修復和植物修復的簡單疊加效果高11.5%、7.2%、5.0%。楊柳等發現在 Pb2 +、Cd2 +脅迫作用下蚯蚓、菌根菌及其聯合作用對植物修復中，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接種使植物吸收的重金屬總量達到最大［6］。

4.問題與展望

聯合生物修復技術對其各自單一的重金屬修復起到了強化作用，提高了對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，現仍存在以下幾個問題：①微生物、植物、動物對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，生物修復效率將大大降低。②微生物-植物-動物聯合修復的修復機理、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-動物-微生物聯合體，工作量繁重。同時，聯合修復技術尚缺乏深入機理研究與實際應用經驗。

在實際應用當中，還需根據實際情況，以現有的生物資源為研究對象，加強對多種重金屬復合污染土壤的修復機理的研究，同時建立起以微生物修復為核心的聯合生物修復機制。只有微生物、植物、動物三者有效的結合，互利互惠，聯合進行重金屬污染土壤的修復，才能做到安全、綠色、高效地修復重金屬污染土壤。

[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技術研究進展[J]. 安徽農業科學,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. 砷污染微生物修復的進展研究[J]. 環境科學,2011,(03)：817-824.

[5]GUSTAVO CURAQUEO，MAURICIO SCHOEBITZ，FERNANDO 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、菌根菌及其聯合作用對植物修復的影響[J]. 貴州農業科學,2010,(11)：156-158.

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