土壤微生物修復技術(shù) 【轉載自生態(tài)修復網(wǎng)】
匯報訊
微生物對重金屬污染土壤的生物修復作用主要是通過(guò)微生物對重金屬的溶解、轉化與固定來(lái)實(shí)現。 微生物對重金屬的溶解 主要是通過(guò)各種代謝活動(dòng)產(chǎn)生多種低分子量的有機酸直接或間接進(jìn)行的。最早的報道是真菌可以通過(guò)分泌氨基酸、有機酸以及其他代謝產(chǎn)物溶解重金屬及含重金屬的礦物。比較不同碳源條件下微生物對重金屬的溶解,發(fā)現土壤微生物能夠利用有效的營(yíng)養和能源,在土壤濾瀝過(guò)程中通過(guò)分泌有機酸絡(luò )合并溶解土壤中的重金屬。在滅菌試驗中,未滅菌處理的淋洗液中重金屬離子的濃度顯著(zhù)高于滅菌處理。Loser等曾借助土著(zhù)微生物的淋濾作用來(lái)修復德國薩克森地區河流沉積物的重金屬污染,指出處理過(guò)程中基質(zhì)的最適投加量為2%,最適溫度在30-40°C之間,去除率最高可達98%。
微生物對重金屬的氧化還原轉化 在外界環(huán)境中,變價(jià)金屬As、Cr、Co和Au等可以不同的價(jià)態(tài)形式存在,而細菌代謝活動(dòng)可以通過(guò)其氧化還原作用改變它們的價(jià)態(tài)。Chang等在污水處理廠(chǎng)發(fā)現一種噬硫酸鹽細菌可以還原Cr6+為低毒的溶解度較小的Cr3+,從而降低水體中的重金屬毒性。土壤中還分布著(zhù)多種可以使鉻酸鹽和重鉻酸鹽還原的微生物,如產(chǎn)堿菌屬,芽孢桿菌屬、棒桿菌屬、腸桿菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬等,這些菌能將高毒性的Cr6+還原為低毒性的Cr3+。另外一些細菌,如硫-鐵桿菌類(lèi)能氧化As、Cu、Mo和Fe等,假單胞桿菌能使As、Fe、Mn等發(fā)生氧化,從而降低這些重金屬元素的活性。
微生物對重金屬的生物固定 主要有3種作用方式:胞外絡(luò )合作用、胞外沉淀作用以及胞內積累。細胞壁中的分子結構具有活性,可以將金屬螯合在細胞表面。Papassiopi等對兩組Cr(Ⅵ)污染土壤樣品進(jìn)行生物固定處理后,土壤中可溶性Cr的含量分別從13mg/kg降到低于0.5mg/kg,120mg/kg降到低于5.6mg/kg。 從芽孢桿菌上分離下來(lái)的細胞壁可以從溶液中螯合大量的金屬元素,當將細胞壁放入含氯化金的水溶液中時(shí),可在細胞壁上通過(guò)聚合作用形成微小晶體??烧{節Zn2+、Pb2+和其他金屬的氧化還原反應,如硫桿菌可氧化鐵和硫。
微生物-植物的聯(lián)合修復 盡管植物修復技術(shù)具有不造成二次污染、費用低等優(yōu)點(diǎn),但是植物作為活的生命體,其生長(cháng)必然受到各種自然和人為因素的限制,修復過(guò)程通常較為緩慢;一種植物往往只吸收一種或幾種重金屬,對土壤中其他濃度較高的重金屬則表現出某些中毒癥狀,從而限制了植物修復技術(shù)在多種重金屬污染土壤方面的應用;同時(shí)要針對不同污染狀況的土壤選用不同的生態(tài)型植物:重金屬污染嚴重的土壤應選用超積累植物,而污染較輕的土壤應栽種耐重金屬植物。 此外篩選超積累植物很難。而對于微生物修復來(lái)說(shuō),大多數技術(shù)仍局限在科研和實(shí)驗室水平,實(shí)驗室的微生物修復研究,因修復條件較為理想化,被干擾因素極少,其修復效果可能很好,如一旦將室內的微生物修復技術(shù)放入到現場(chǎng)條件下,干擾因素復雜,一系列的新問(wèn)題可能會(huì )出現。 目前研究較多的是菌根修復,因為菌根是土壤中的真菌菌絲與高等植物根形成的一種聯(lián)合體,菌根修復只是微生物-植物的聯(lián)合修復的一種。一方面植物根部的表皮細胞脫落、酶和營(yíng)養物質(zhì)的釋放,為微生物提供了更好的生長(cháng)環(huán)境,另一方面菌根真菌的活動(dòng)可改善根際微生態(tài)環(huán)境,增強植物抗病能力,極大地提高植物在逆境(如干旱、有毒物質(zhì)污染等)條件下的生存能力。
展望 生物修復技術(shù)作為一種新興高效、綠色廉價(jià)的修復途徑,它可以最大限度地降低修復時(shí)對環(huán)境的擾動(dòng)。但該技術(shù)目前還不太成熟,有待進(jìn)一步完善。目前,植物修復的發(fā)展還依賴(lài)于高效吸收污染物的植物種類(lèi)開(kāi)發(fā)、土壤改良劑以及優(yōu)化植物栽培等農業(yè)措施。