微生物技术在重金属土壤修复中的应用

微生物技术在重金属土壤修复中的应用

单晓娜1  刘征2 翟亚男2  刘银洁2

1 保定市生态环境局安国市分局，河北 保定 071200 2 中国冶金地质总局地球物理勘查院，河北 保定 071000

摘要：土壤是农业生产的物质基础，是生态环境的重要组成部分，近年来，随着工业化的发展，工业、农业生产中的重金属进入了土壤，重金属的积累和释放对土壤健康和人类健康造成了巨大的威胁。传统的土壤修复方法在效果和可持续性方面存在一定的限制。近年来，微生物技术作为一种潜力巨大的修复方法受到了广泛关注。微生物在重金属污染土壤修复中具有独特的能力，可以通过吸附、转化、还原和解毒等途径来改善土壤质量。

关键词：微生物；重金属；金属污染；土壤污染；土壤修复

前言：近与普通的生态污染不同，重金属往往具有较强的破坏性，而且在土壤中也较为顽固给修复工作造成极大的阻碍。其不仅使土壤失去了使用价值，而且还会对周边的环境及生物链造成一定的影响。微生物技术在土壤重金属修复方面效果显著，且能够有效地缩短修复周期，因此近年来理论成果相继涌现。但仍有诸多问题未得到解决，在应用上也未能达到预期的效果。可见，对微生物修复技术的重难点问题进行研究，不断创新修复方法已显得十分迫切。

1 我国重金属污染土壤的现状

我国总人口约占世界人口的22%左右，人均耕地面积仅占世界耕地面积的6.5%，其耕地面积占比率较低的原因与土壤受到污染有很大的关系。土污染问题的日渐加重，使得国家开始注重土地修复和保护工作[1]。经济的快速发展，带动了工业的发展，致使含有大量重金属的废弃物排放于自然环境当中，由于国家未能及时有效的采取控制和修复措施，使得污染进一步扩大。常规重金属的污染主要是来源于农田灌溉、化肥与农药的使用以及工业废弃物排放等，其主要的污染物众多，最为常见有镉、汞、铅、铜、砷以及锌等。据相关的统计数据显示，当前，国内的重金属物总体量为921吨左右，被其污染的土地总面积可达2150万公顷左右，占耕地总面积的21%。具相关数据显示，在我国出现重金属土壤污染问题以后，其重金属污染排放量高达950吨，至少有2300万公顷的土地遭受污染，其中，耕地面积占污染面积的23%左右。依据各地区的污染情况报表分析，其污染范围较广，全国各地区均有出现相应的污染问题。

2微生物对于重金属土壤污染的修复机理

2.1微生物的富集及吸收

微生物修复技术主要原理有两点，一点是细胞吸附作用，另一点是细胞其表面的吸附作用。细胞吸附，是指微生物的产物。例如，荚膜物质以及胞外聚合物等。该产物会与环境中的重金属离子进行结合，在结合之后，会与其发生一系列的反应。例如，螯合以及络合等。在二者进行反应的过程中，会产生相关的作用，致使胞外沉淀物质生成，阻挡了微生物进入细胞内的通道。一般的微生物，其本身具有一定的脂多糖与糖蛋白等，二者均属于是胞外聚合物之一，且其大部分均是阴离子携带的基团[2]。重金属的成分多是属于阳离子，微生物中的携带的阴离子会对阳离子有吸附的作用。细胞表面吸收。一般重金属其阳离子会被阴离子吸附于细菌的表面，即是活性位点。且在吸附的过程中，重金属成分会自动形成“核”，阳离子会被吸附在“核”周围，随着时间的发展逐渐积累增多。

2.2生物溶解及转化

生物溶解和生物转化是两种不同的概念。生物溶解，主要指的是微生物的溶解功效。具相关的研究人员表示，微生物对于重金属具有一定的溶解作用，即通过微生物的代谢活动对重金属实施直接或者是间接的溶解。在相关的试验数据中显示，微生物在进行代谢活动时，其过程中会产生乙酸、甲酸、苹果酸以及柠檬酸等物质。此类物质均是属于低分子的有机酸，正是此类有机酸，才能够将土壤中隐藏的重金属成分进行溶解，进而达到减轻土壤污染的问题。生物转化，是指微生物在土壤中具有的转化作用。在被污染的土壤中，重金属间可以发生相应的氧化与还原反应，进而产生一定的去甲基化与甲基化等成分[3]。此类成分会因为土壤中微生物的入侵，而与微生物中的有机成分进行结合，从而降解土壤中存有的络合配位。此种有机结合，可以将重金属的毒性进行转化，即微生物具有减轻重金属毒性污染的作用。一般对于氧化与还原最为常见的反应有Cr6+还原成Cr3+，又或者是Hg2+还原成Hg0等。

3微生物在重金属污染土壤修复中的作用研究

3.1真菌的修复作用

工业的发展，使得重金属的使用越来越广泛。在对其进行使用的过程中，部分企业并未进行科学化处理后排放。而是使用后，直接排放环境当中。随着排放数量的增多，致使土壤污染越发严重。土壤污染范围的扩大，使得我国的土地资源面临着逐渐减少的问题。为此，国家逐渐提高了污染治理问题的关注度，并让多名研究学者研究出新的治理技术，在保护土壤的基础上，对其污染进行治理[4]。据实验研究证明，其对于重金属污染具有很强的抗性。因为真菌对重金属有着较强的耐性，在土壤污染严重的区域，释放真菌，真菌可在短时间内扩大成巨大的生物群体，既而占领整个污染区域，将重金属成分进行吸附。

3.2细菌的修复作用

生物学家研究表明，在微生物中，聚居着多种生物群体，其中，细菌是数量最多、规模最大的生物群体。在微生物中，其的修复功能最强，尤其是对重金属的修复功能。因其此种特色，细菌现已经被广泛应用在土壤污染的修复工作当中。当前，已经被相关研究机构证实，具有修复污染的细菌种类有诸多。例如，假单胞菌、微球菌、根瘤菌、链霉菌属以及芽孢杆菌等。其中，生物学家研究最多，且研究最为成功的细菌是芽孢杆菌。事实上，有诸多种类细菌均对重金属污染具有较强的吸附及耐性性。例如，苏云金芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌以及地衣芽孢杆菌等[5]。据实验证明，假单胞菌对于重金属的吸附最大量可达279mg/g，而对于单离子Cd的吸附量为95mg/m左右。

3.3藻类的修复作用

藻类，对于重金属的修复功效相比于真菌及细菌的功效较低，其在水资源污染方面的治理功效应用较为广泛。现阶段，藻类对于土壤污染的研究还仅是停留在试验证明时期。主要是采用稻田或者是盆栽进行试验模拟，重点研究其对于稻田等土壤中的重金属进行吸附，进而减少其在土壤中的残留。在研究人员进行的藻静态吸附的试验中，相关的试验结果表明，1克的小球藻可以吸附重金属的数量是不一样的。例如，对于汞的吸附量为27.60mg/m，对于镉的吸附量为17.94mg/m，而对于铅的吸附量是22.52mg/m等。在藻类中，除了小球藻，其椭圆形以及梅尼小球吸附重金属的能力也很强。

4结束语

微生物修复技术是控制土壤污染问题的基础，也是目前进行土壤修复的新兴技术，具有较好的生态效益。在普遍土壤受到污染的环境下，采用微生物修复技术不仅能加快植物生长，提高作物产量及重金属的吸收率，而且能够降解土壤中的重金属，减轻对土壤的危害。因此，在未来的发展过程中，将微生物修复与其他方式相结合，扬长避短，利用微生物修复技术的优势，将其优势发挥到极致，可以更好地提高土壤修复效果。

参考文献：

[1]杨启良，武振中，陈金陵，等.植物修复重金属污染土壤的研究现状及其水肥调控技术展望[J].生态环境学报，2020，24（6）：1075-1084.

[2]彭昌盛，孟柯，臧小龙，等.微生物淋滤在重金属污染土壤修复中的研究进展[J].环境污染与防治，2016，38(3):77-81.

[3]李韵诗，冯冲凌，吴晓芙，等.重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展[J].生态学报，2015，35(20):6881-6890.

[4]杨雍康，药栋，李博，等.微生物群落在修复重金属污染土壤过程中的作用[J].江苏农业学报，2020，36（5）：1322-1331.