微生物在重金屬污染土壤修復中的作用研究

劉 穎

（北京建工環境修復股份有限公司，北京 300041）

重金屬污染在我國環境污染中所占比重較高，對土壤的危害性較大，不僅影響著農作物的產量，還影響著人們的身體健康。目前，對重金屬污染土壤修復技術存在多種形式，其中微生物修復技術相較于物理、化學修復技術來說，其較低的成本、效果的穩定性、二次污染小等優勢都提高了其應用的廣泛性，成為修復重金屬污染土壤的重要手段之一。

1 微生物重金屬污染土壤修復技術概述

如果土壤被重金屬污染，將會失去生產能力，嚴重影響農作物的生長。利用微生物對重金屬污染土壤進行修復，主要是指利用土壤中已經存在的或人工培養的微生物群，讓其在適宜的環境中，利用自身的代謝功能，來對重金屬污染物進行降解，將其轉化成低毒或無毒的有機物質（圖1）。微生物菌群繁殖較快，適應性強，并且能夠在土壤環境發生變化時產生新的酶系，使微生物具備有新的代謝功能，從而實現對土壤中重金屬污染物降解的目的。現階段，利用微生物對土壤中重金屬污染物進行修復已成為治理污染的重要課題，對其進行研究十分必要。

圖1 微生物降解重金屬

雖然微生物在重金屬污染土壤修復中的運用有著顯著的優勢，但是，在其使用過程中，必須具備相應的條件才能達到預期效果：①土壤中含有的微生物種類在形式上應呈現多樣化特征，并且能夠適應土壤環境的變化，代謝功能穩定，從而能夠對土壤中的重金屬進行固定或轉化；②土壤中的重金屬在微生物作用下，具有可降解性，能夠通過微生物特性實現大分子化合物向小分子化合物轉變的可能；③受土壤營養、共代謝基質等土壤環境的影響，微生物重金屬污染土壤修復效果可能不同，因此，在進行微生物菌群培養時，應將土壤環境進行適當的調整。

2 土壤重金屬污染修復技術現狀研究

2.1 物理修復技術

物理修復技術指運用物理方式將重金屬污染物從土壤中分離出來的方法。主要包括換土法、隔離法、熱脫附法、玻璃化法、電修復法等。物理修復技術具有很強的穩定性，對土壤要求不高，一般能夠較為徹底地清除被污染土壤中的重金屬物質，但是，物理修復技術的應用受工程量、土地規模等的影響較大，成本較高。

2.2 化學修復技術

化學修復技術在被重金屬污染的土壤中添加吸附劑、抑制劑等化學試劑，使其與土壤中的重金屬物質發生化學反應，進而達到降解重金屬物質目的的一種方法。主要包括固化穩定化技術、化學還原技術、土壤淋洗技術等。固化穩定化修復技術主要利用固定劑使土壤中的重金屬吸附、沉淀，從而減緩或固定重金屬離子的遷移速度，使其保持在穩定的狀態之下，以降低土壤中重金屬物質的毒性。固化穩定化修復技術主要用于高鹽堿地重金屬污染區域，其用法較為簡單，適用于大面積污染土壤的使用，但是由于固化劑的不穩定性，在土壤溫度發生變化時，固化劑作用容易失效，直接影響著重金屬污染土壤的修復效果。土壤淋洗技術通過將可促進重金屬溶解或遷移的化學溶劑注入污染土壤中的方式，使其發生化學反應，從而將重金屬污染物從土壤中分離或溶解。土壤淋洗技術的應用受土質影響較大，一般在沙礫含量超過50%的土壤中使用效果較為顯著，而土壤中黏土含量較大時不考慮采用該技術。

2.3 生物修復技術

生物修復技術是指利用生物特有的功能來去除土壤中的重金屬污染物。主要包括植物修復技術、動物修復技術、微生物修復技術。生物修復技術降解過程迅速，在修復過程中不影響土壤的正常使用，出現二次污染的機率較小。但生物修復技術不能降解所有的重金屬污染物，需要對污染場地進行長期的監控，了解其具體狀況后才能有針對性地采取最佳修復技術。

3 微生物在重金屬污染土壤修復中的作用

微生物土壤修復技術能夠充分利用微生物代謝活動中的活性有益菌，來降低土壤環境中重金屬的濃度和毒性，使重金屬物質處于無害的狀態之下，以達到重金屬污染土壤修復目的。微生物土壤修復技術的應用，投入成本較小，而且產生二次污染的可能性很小，生態環保性好。

3.1 微生物土壤修復技術對重金屬物質有著吸附作用

微生物種類繁多，像硫酸菌還原菌、藍細菌、一些藻類等微生物，能夠在代謝過程中產生多糖和糖蛋白等物質，從而與土壤中的重金屬離子形成毒性較低或沒有毒性的絡合物，實現了對土壤中重金屬的吸附。不僅如此，微生物與重金屬離子所形成的一些絡合物，還可以吸附土壤環境中存在的另外多種重金屬物質，同樣起到了土壤修復的目的。

3.2 微生物土壤修復技術對重金屬物質有著轉化作用

有些重金屬物質在經過還原之后，可以降低其毒性，減小其對土壤的危害。而微生物土壤修復技術，能夠利用微生物的還原特性，來降低土壤中重金屬物質的毒性，有些有機物質甚至會促進植物的生長，圖2為微生物氧化還原重金屬物質過程。例如，一些微生物可以在厭氧環境下，對鉻酸鹽和重鉻酸鹽進行還原，將高毒性的6價鉻還原為低毒性的3價鉻。

圖2 微生物氧化還原重金屬物質過程

3.3 微生物土壤修復技術對重金屬物質有著沉淀作用

在自然界中，很多微生物具有誘導成礦的能力，在重金屬污染土壤修復過程中，可以充分利用微生物的這種能力，誘導碳酸鹽等物質沉淀，來固定土壤中的重金屬物質，以達到降解重金屬的目的。

4 微生物在重金屬污染土壤修復中的具體應用

微生物土壤修復技術，主要利用自然界中微生物或人工培養微生物群，讓其在適宜的環境下促進其代謝功能，以達到降解重金屬污染物毒性的目的，使土壤中的重金屬物質清除或重新利用。目前，用于重金屬污染土壤修復的微生物主要有細菌、真菌、藻類等。

4.1 利用細菌實現重金屬污染土壤的修復

微生物種類豐富，很多微生物，例如細菌，在其細胞表面具有特殊的結構，能夠利用微生物的細胞壁，對重金屬進行吸附。而在被重金屬污染的土壤當中，往往會存在大量的耐重金屬細菌，這樣一來，可以充分利用細菌的吸附、降解等能力，將土壤中的重金屬離子吸附到細菌細胞的不同部位或使其結合到細菌的胞外基質上，在細菌進行代謝活動時，或將這些重金屬離子沉淀，或將這些重金屬離子螯合，從而降低土壤中重金屬離子的濃度，改善土壤團粒結構。在實際應用過程中，經常將特定微生物與營養物質進行復合，形成復合微生物肥料，或與微生物菌劑等混合使用，一方面為農作物的生長提供優良的營養物質，提高農作物的產量；另一方面利用微生物菌群改善農作物土壤環境，有效降低土壤中重金屬離子濃度，充分發揮出其修復作用。

4.2 利用真菌實現重金屬污染土壤的修復

真菌屬于微生物中的一種，廣泛存在于水體、土壤環境當中。經過相關研究發現，真菌的一些性質，與細菌在重金屬污染土壤的修復應用上存在著相似的機理，能夠與汞、鉛等重金屬元素發生配位絡合作用，從而能夠與土壤中的重金屬離子形成穩定的絡合物，更有利于對土壤中重金屬離子的處理。在實際應用中，經常以在堆肥過程中添加生物炭的方式，來改良土壤中微生物的增殖情況。堆肥添加生物炭過程中，隨著堆肥濃度的增大，土壤中真菌的數量也隨之增多，提升了重金屬的降解速率，一方面能夠降低重金屬在土壤中的移動速度，另一方面能夠固定重金屬離子，在施用堆肥過程中避免重金屬向土壤各處的傳播。

4.3 利用藻類實現重金屬污染土壤的修復

藻類微生物主要生長在水體和土壤當中，對重金屬具有一定的耐性機制，能夠誘導有機物質自由基或活性氧的生成，是重金屬污染土壤修復技術的常用方式之一，其吸附性能往往高于其他生物。藻類在土壤重金屬修復過程中，主要通過兩個方面來實現：①通過藻類釋放的胞外產物；②通過藻類細胞壁的結合作用，來很好的吸附土壤中的重金屬離子。目前，利用藻類實現重金屬水體污染的修復應用較為廣泛，對重金屬污染土壤修復的應用還需進一步的研究。

5 結束語

綜上所述，微生物在重金屬污染土壤修復中具有重要的作用，不僅能夠提高重金屬的吸收率，使植物的生長更加快速，提高農作物產量；還能夠講解土壤中的重金屬，減輕重金屬對土壤的危害。因此，在未來的發展過程中，應針對不同微生物群，對微生物在重金屬污染土壤修復中的應用進行創新，提高其應用效果，改善土壤環境，確保土壤環境的可持續發展。