功能微生物對土壤重金屬的活化作用研究

付 雨

（山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，山西 太原 030027）

引言

環(huán)境治理是當前全球所面臨的巨大挑戰(zhàn)，尤其是近年來全球所面臨的大氣污染、水體污染以及土壤污染等。其中，土壤污染是當前環(huán)境治理的難點和熱點。針對土壤重金屬污染治理可通過采用物理、化學或者生物治理的手段。物理、化學手段對重金屬污染的土壤進行修復(fù)不僅效果差，而且還存在對土壤造成二次污染的風險[1]。當前，通過微生物對土壤中的重金屬進行高效溶解，從而促進植物對重金屬元素的吸收；根際微生物與其他微生物不同，其在對重金屬溶解的同時還可大量分泌植物激素，從而促進植物的生產(chǎn)發(fā)育，繼而提高了植物對重金屬的修復(fù)效率。本文將重點開展功能微生物對土壤重金屬的活化作用研究，重點闡述如下。

1 土壤重金屬含量分析

自20 世紀全球工業(yè)高速發(fā)展以來，土壤被重金屬污染的程度越發(fā)嚴重。被重金屬污染的土壤具有一定的隱蔽性、不可逆性和長期性的特征。被重金屬污染的土壤其肥沃能力明顯下降，對應(yīng)農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量也會隨著下降；同時，土壤中的重金屬可能會滲透至地下水，對水資源造成污染。總而言之，土壤中的重金屬會通過多種途徑進入人體內(nèi)，威脅著人類的健康。因此，針對重金屬污染土壤問題的治理迫在眉睫[2]。為了后續(xù)可對功能微生物對土壤重金屬治理效果進行客觀評價，本文對土壤中的重金屬含量進行分析研究。

針對土壤中重金屬含量的測定需求，實驗需要配套吸收分光光度計、冷原子吸收微分測汞儀、雙道原子熒光光度計、微波消解儀、超水處理系統(tǒng)、自動控溫電熱板等；測定過程中所采取的試劑及濃度如表1所示。

表1 土壤重金屬含量測定試劑及濃度

在對土壤取樣時需要注意，為了保證能夠客觀真實地反映土壤中重金屬的含量，在待檢測點收集0～20 cm 厚度的樣品，保證樣品的質(zhì)量在1～2 kg。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》中所規(guī)定的，重點對土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 以及Hg 等元素的含量進行測定，在測定過程中必須嚴格按照相關(guān)規(guī)范方法測定。待檢測區(qū)域土壤中重金屬含量的測定結(jié)果如表2 所示。

表2 土壤中重金屬含量測定結(jié)果

2 功能微生物的篩選和活化作用研究

本節(jié)將根據(jù)待治理土壤的特點選擇合適的功能微生物，并采用所選擇的功能微生物對土壤中重金屬的活化作用開展研究。

2.1 功能微生物的篩選

在對抗重金屬產(chǎn)酸菌和纖維素降解菌分離鑒定試驗研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合表2 中土壤中的特點，通過初篩和復(fù)篩兩道工序，最終確定采用兩類真菌對土壤中的重金屬進行治理，其中一類具有較強的產(chǎn)酸能力，另外一類具有較高的纖維素酶活性[3]。

2.2 功能微生物對重金屬的活化作用研究

2.2.1 實驗方案的設(shè)計

針對功能微生物對重金屬活化作用研究的需求，制定如下實驗方案：

取4 株菌，并采用4 ℃的石蠟對其進行油封處理；將處理后的菌株置于牛肉膏蛋白胨液體的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，設(shè)定活化時間為18 h。試驗分為空白對照組和實驗組兩部分。

空白對照組：將20 g 待研究的土壤經(jīng)100 目的篩子過濾后，僅加入牛肉膏蛋白胨液體，并保證體積為200 mL。

實驗組：將20 g 待研究的土壤經(jīng)100 目的篩子過濾后，加入一定量的牛肉膏蛋白胨液體，平均分成4 組，分別在錐形瓶內(nèi)加入細菌H1、細菌H2、真菌Su1和真菌Su2的懸浮液。對上述4 種實驗組在28 ℃、128 r/min 的搖床中進行培養(yǎng)，每間隔一天對搖床中培養(yǎng)的懸浮液進行采集，并將所采集后的懸浮液在離心管中離心5 min，期間離心轉(zhuǎn)速為10 000 r/min，對離心處理后的液體采用分光光度計對其中的金屬含量進行測定[4]。

2.2.2 實驗結(jié)果分析

所謂功能微生物對Cd 的活化作用，指的是對上述4 種菌株對土壤中重金屬的溶解能力進行對比，以Cd 為例，對于重金屬Cd 而言，不同菌株對其的溶解性對比如圖1 所示。

圖1 不同菌株對Cd 的溶解性對比

由圖1 可知，總體而言，H1細菌、Su1真菌以及Su2真菌對Cd 的活化作用，即對Cd 的溶解性能較好。其中，在接種第四天后，H1細菌菌株對Cd 的溶解能力達到21 mg/kg，而此時對照組中Cd 的溶解能力僅為10.4 mg/kg。隨著時間的推移，在接種第五天之后，H1細菌、Su1真菌以及Su2真菌對Cd 的溶解能力均高于空白對照組；在接種第八天后，Su2真菌菌株對Cd 的溶解能力低于空白對照組。

從圖1 可以看出，H2細菌菌株對Cd 的溶解能力一直低于空白對照組，Su2真菌菌株在接種第五天到第八天之間其對Cd 的溶解能力大于空白對照組，其余時間段較小。而H1細菌、Su1真菌對Cd 的溶解能力均高于空白對照組，其中Su1真菌對Cd 的溶解能力最高可達到20.4 mg/kg；H1細菌對Cd 的溶解能力最高可達到21 mg/kg。

以Cu 為例，不同菌株對Cu 溶液性對比如圖2所示。同理得出：對于土壤中的Cu 而言，H1細菌、H2細菌、Su1真菌以及Su2真菌對Cu 的溶液效果不明顯，在接種五天后上述菌株對Cu 的溶液能力反而低于空白對照組。

圖2 不同菌株對重金屬Cu 的溶解性對比

以Pb 為例，不同菌株對Pb 溶液性對比如圖3所示：

圖3 不同菌株對重金屬Pb 的溶解性對比

從圖3 可以看出，在接種第一天到第四天，5 組實驗對Pb 的溶解能力相當；接種第五天后Su1真菌菌株對Pb 的溶解性大于其余4 組實驗，此時空白對照組對Pb 的溶解能力大于其余三種菌株；接種第六天后Su1、Su2真菌菌株對Pb 的溶解性大于其余三組實驗，此時空白對照組對Pb 的溶解能力大于其余兩種種菌株。

綜上所述，Su1真菌菌株對Pb、Cd 等重金屬具有較好的活化作用，可應(yīng)用于對土壤中Pb 和Cd 等重金屬的治理[5]。

3 結(jié)語

重金屬對土壤的污染不單單會影響到作物的生長，而且會使重金屬土壤中耕種的作物含有有害重金屬；同時，土壤中的重金屬會滲透到地下水，對水資源造成污染。因此，對土壤中重金屬的治理迫在眉睫。針對土壤中重金屬的治理需求，本文開展的系列研究旨在尋求一種可對重金屬進行高效溶解的功能性微生物。經(jīng)實驗研究得出：Su1真菌菌株對Pb、Cd 等重金屬具有較好的活化作用，可應(yīng)用于對土壤中Pb 和Cd等重金屬的治理。