微生物在重金屬污染土壤修復中的作用分析

摘要：重金屬污染修復是土地保護的重要組成模塊，其不僅影響了我國民眾的生存，而且對我國經濟可持續發展具有重要的驅動作用。因此，本文概述了重金屬污染土壤修復機理，介紹了微生物在重金屬污染土壤修復中的作用。并從微生物修復、微生物——植物聯合修復等方面，對微生物在重金屬污染土壤修復中的應用進行了簡單的分析，以期為重金屬污染土壤修復效果提升提供良好的理論參考。

關鍵詞：微生物;重金屬污染土壤;修復

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-00-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.043

Abstract：Heavy metal pollution remediation is an important component of land protection. It not only affects the survival of Chinese people， but also plays an important role in promoting the sustainable development of Chinas economy. Therefore， this paper outlines the mechanism of heavy metal contaminated soil remediation and describes the role of microorganisms in the remediation of heavy metal contaminated soil. From the aspects of microbial remediation and microbial-plant joint repair， the application of microbes in the remediation of heavy metal contaminated soil was briefly analyzed， in order to provide a good theoretical reference for the improvement of heavy metal contaminated soil remediation effect.

Keywords：Microorganism;Heavy metal contaminated soil;Repair

1 重金屬污染土壤修復機理

重金屬微生物修復機理除生物吸附及生物富集之外，還包括生物降解、重金屬溶解及沉淀、氧化還原、菌根真菌與土壤重金屬生物有效性聯系等幾個方面。其中生物吸附主要是通過微生物表面帶電荷細胞，或者通過微生物攝取必要營養元素，主動吸收重金屬離子。生物吸附方式可以將重金屬離子富集在細胞內部或外部;生物降解主要針對重金屬——有機絡合物，利用細菌或真菌，可對重金屬與檸檬酸絡合物進行生物降解;重金屬溶解及沉淀主要是通過土壤微生物代謝活動產生的甲酸、丁酸等有機酸，直接或間接進行重金屬溶解;氧化還原主要是根據高價離子化合物溶解度小、低價離子形態易遷移的特點，利用硫——鐵桿菌類、假單胞桿菌，與鐵離子、銅離子、鈷離子發生氧化反應，降低重金屬元素活性;菌根真菌與植物根系共生作用，可促進植物養分吸收[1]。

2 微生物在重金屬污染土壤修復中的作用

微生物在重金屬污染土壤修復中具有成本低、能耗低、無二次污染、效率高等特點。同時部分微生物自身良好適應能力、細胞機制，也可以吸收多種類型重金屬。在縮短修復時間的同時，也可以達到良好的重金屬土壤轉化效果。同時微生物可以參與調控土壤中養分循環，提高土壤重金屬轉化速度。

3 微生物在重金屬污染土壤修復中的應用措施

3.1 微生物吸附法（生物吸附及富集）

微生物吸附法主要是利用微生物細胞壁，或者粘液層，直接進行重金屬吸附，改善土壤團粒結構，促使土壤內重金屬形態變化，達到重金屬土壤處理的效果。由于微生物吸附重金屬機制復雜程度較高，微生物對重金屬離子的作用主要可分為微生物吸著、微生物累積兩個模塊。一方面，微生物吸著主要是在細胞表面，通過離子交換、靜電吸附、無機微沉淀、絡合等反應，促使重金屬離子與生物體細胞壁表面氫氧根基團、醋酸根基團結合。如利用活性污泥可吸附重金屬污染土壤中反射性鉛離子[2]。

另一方面，微生物累積主要是將多種微生物合成，可促使最終形成物質同時具備親水基、疏水基團兩種親性物質，如Acinetobacter、Bacillus等。從分子結構方面進行分析，微生物表面活性劑具有脂肪酸、磷酸等多種多糖蛋白質，具有良好的生物吸附性及環境兼容性。

3.2 生物通氣法及投菌培養法（生物降解）

生物通氣法主要是通過強迫性氧化的方法，在重金屬污染土壤內搭設兩個或三個通道，進行抽真空機、鼓風機安裝，將空氣中氧氣排入重金屬污染土壤中。隨后將重金屬污染土壤中空氣進行抽離。在生物通氣法應用過程中，可以在空氣中添加適量的氨氣，從而為土壤中降解菌提供氮素營養物質，提高重金屬污染土壤中降解菌降解活力。投菌培養法主要是直接向遭受重金屬污染土壤接入外源污染降解菌，為細菌生長提供營養?，F階段常用的投菌培養法主要是向土壤內投加過氧化氫，為生物降解菌提供充足的營養物質，隨后促使生物降解菌將污染物徹底礦化為二氧化碳、水。如：向銅離子污染的土壤中連續注入適當氮、磷、過氧化氫、氧氣及氮酸根離子，經36h后，可獲得大量的土壤銅離子降解細菌[3]。

3.3 微生物礦化固結重金屬（重金屬溶解及沉淀）

微生物礦化固結重金屬主要是在生物特定位置，利用重金屬溶解或沉淀原理，促使重金屬離子轉化為固態礦鹽。相較于地質礦化作用，生物礦化固結重金屬的方法主要是利用無機相結晶作用，利用微生物分泌有機質，引導高分子膜表面有序基團定向結晶，以達到土壤內重金屬離子分布形態調控的目的。如利用革蘭氏陰性細菌Citrobacer，可在磷酸酶催化作用下，獲得大量的磷酸氫根離子。磷酸氫根離子在細菌表層可與重金屬作用，形成固態礦物質;而利用尿素酶，可在氯化鋇溶液中與重金屬離子反應，獲得碳酸鋇。由于碳酸鋇納米棒狀聚集作用，可最終形成堿性礦物質，降低鋇離子對土壤的影響;利用土壤菌A，經底物誘導，可促使土壤菌A發生碳酸鹽礦化反應，分解碳酸根離子，礦化固結重金屬污染土壤中有效態重金屬，如鉻、汞離子、鉛離子等。

3.4 生物轉化法（氧化還原）

生物轉化主要是利用氧化還原反應，促使重金屬物質向無毒害形態或者低毒害形態轉化。如六價鉻離子是土壤中重金屬污染主要元素，在土壤中遷移能力較強且毒性較大，利用微生物對鉻離子的固定技術，將菌株Ochrobactrumanthropi固定在Tris-HCL緩沖液內，培養36h后，可將六價鉻離子轉化為三價鉻離子，在降低鉻離子污染土壤毒性的同時，可利用三價鉻離子低遷移性，降低重金屬污染毒性;利用硫酸鹽還原細菌，可促使硫酸鹽發生還原反應，形成硫化物。而硫化物與土壤中重金屬離子可發生沉淀反應，促使土壤中重金屬離子鈍化。此時向重金屬污染土壤中加入碳源、沸石，可在48h內鈍化可交換態鋇離子、銅離子。

3.5 微生物——植物修復法（菌根真菌與植物根系共生）

微生物——植物聯合修復法主要是利用土壤——植物——微生物復合體系，降低重金屬污染土壤毒性。如利用叢枝菌根真菌與宿主植物互惠共生體、小葉女貞與根基真菌聯合共生體在重金屬污染土壤中修復作用，可增強植物對鋅離子、鉻離子、鉛離子、銅離子等復合重金屬污染土壤修復作用。

4 總結

綜上所述，重金屬污染對土壤環境及土壤中生物具有較大的危害。因此，針對現階段重金屬污染問題，相關人員可根據區域重金屬類型，結合重金屬污染土壤修復原理，綜合采用生物轉化、微生物——植物修復、生物通氣法及投菌培養法等方法，進行土壤中重金屬修復，降低重金屬毒性，保證土壤環境可持續運行。

參考文獻

[1]陳楠.微生物在重金屬污染土壤修復中的作用研究[J].環境科學與管理，2016，41（02）：86-90.

[2]彭昌盛，孟柯，臧小龍，等.微生物淋濾在重金屬污染土壤修復中的研究進展[J].環境污染與防治，2016，38（3）：77-81.

[3]李韻詩，馮沖凌，吳曉芙，等.重金屬污染土壤植物修復中的微生物功能研究進展[J].生態學報，2015，35（20）：6881-6890.

[4]魏超，楊定清，吳健英，代曉航，向冰.重金屬污染土壤微生物的分離與研究[J].山西農業科學，2018，46（10）：1691-1694.

收稿日期：2019-01-11

作者簡介：莊旭超（1988-），男，漢族，碩士研究生學歷，工程師，研究方向為應用微生物。