微生物在重金属污染土壤修复中的作用分析
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摘要：重金属污染修复是土地保护的重要组成模块，其不仅影响了我国民众的生存，而且对我国经济可持续发展具有重要的驱动作用。因此，本文概述了重金属污染土壤修复机理，介绍了微生物在重金属污染土壤修复中的作用。并从微生物修复、微生物——植物联合修复等方面，对微生物在重金属污染土壤修复中的应用进行了简单的分析，以期为重金属污染土壤修复效果提升提供良好的理论参考。
关键词：微生物;重金属污染土壤;修复
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：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 China’s 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 重金属污染土壤修复机理
重金属微生物修复机理除生物吸附及生物富集之外，还包括生物降解、重金属溶解及沉淀、氧化还原、菌根真菌与土壤重金属生物有效性联系等几个方面。其中生物吸附主要是通过微生物表面带电荷细胞，或者通过微生物摄取必要营养元素，主动吸收重金属离子。生物吸附方式可以将重金属离子富集在细胞内部或外部;生物降解主要针对重金属——有机络合物，利用细菌或真菌，可对重金属与柠檬酸络合物进行生物降解;重金属溶解及沉淀主要是通过土壤微生物代谢活动产生的甲酸、丁酸等有机酸，直接或间接进行重金属溶解;氧化还原主要是根据高价离子化合物溶解度小、低价离子形态易迁移的特点，利用硫——铁杆菌类、假单胞杆菌，与铁离子、铜离子、钴离子发生氧化反应，降低重金属元素活性;菌根真菌与植物根系共生作用，可促进植物养分吸收[1]。
2 微生物在重金属污染土壤修复中的作用
微生物在重金属污染土壤修复中具有成本低、能耗低、无二次污染、效率高等特点。同时部分微生物自身良好适应能力、细胞机制，也可以吸收多种类型重金属。在缩短修复时间的同时，也可以达到良好的重金属土壤转化效果。同时微生物可以参与调控土壤中养分循环，提高土壤重金属转化速度。
3 微生物在重金属污染土壤修复中的应用措施
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细胞壁，或者粘液层，直接进行重金属吸附，改善土壤团粒结构，促使土壤内重金属形态变化，达到重金属土壤处理的效果。由于微生物吸附重金属机制复杂程度较高，微生物对重金属离子的作用主要可分为微生物吸着、微生物累积两个模块。一方面，微生物吸着主要是在细胞表面，通过离子交换、静电吸附、无机微沉淀、络合等反应，促使重金属离子与生物体细胞壁表面氢氧根基团、醋酸根基团结合。如利用活性污泥可吸附重金属污染土壤中反射性铅离子[2]。
另一方面，微生物累积主要是将多种微生物合成，可促使最终形成物质同时具备亲水基、疏水基团两种亲性物质，如Acinetobacter、Bacillus等。从分子结构方面进行分析，微生物表面活性剂具有脂肪酸、磷酸等多种多糖蛋白质，具有良好的生物吸附性及环境兼容性。
3.2 生物通气法及投菌培养法（生物降解）
生物通气法主要是通过强迫性氧化的方法，在重金属污染土壤内搭设两个或三个通道，进行抽真空机、鼓风机安装，将空气中氧气排入重金属污染土壤中。随后将重金属污染土壤中空气进行抽离。在生物通气法应用过程中，可以在空气中添加适量的氨气，从而为土壤中降解菌提供氮素营养物质，提高重金属污染土壤中降解菌降解活力。投菌培养法主要是直接向遭受重金属污染土壤接入外源污染降解菌，为细菌生长提供营养。现阶段常用的投菌培养法主要是向土壤内投加过氧化氢，为生物降解菌提供充足的营养物质，随后促使生物降解菌将污染物彻底矿化为二氧化碳、水。如：向铜离子污染的土壤中连续注入适当氮、磷、过氧化氢、氧气及氮酸根离子，经36h后，可获得大量的土壤铜离子降解细菌[3]。
3.3 微生物矿化固结重金属（重金属溶解及沉淀）
微生物矿化固结重金属主要是在生物特定位置，利用重金属溶解或沉淀原理，促使重金属离子转化为固态矿盐。相较于地质矿化作用，生物矿化固结重金属的方法主要是利用无机相结晶作用，利用微生物分泌有机质，引导高分子膜表面有序基团定向结晶，以达到土壤内重金属离子分布形态调控的目的。如利用革兰氏阴性细菌Citrobacer，可在磷酸酶催化作用下，获得大量的磷酸氢根离子。磷酸氢根离子在细菌表层可与重金属作用，形成固态矿物质;而利用尿素酶，可在氯化鋇溶液中与重金属离子反应，获得碳酸钡。由于碳酸钡纳米棒状聚集作用，可最终形成碱性矿物质，降低钡离子对土壤的影响;利用土壤菌A，经底物诱导，可促使土壤菌A发生碳酸盐矿化反应，分解碳酸根离子，矿化固结重金属污染土壤中有效态重金属，如铬、汞离子、铅离子等。 3.4 生物转化法（氧化还原）
生物转化主要是利用氧化还原反应，促使重金属物质向无毒害形态或者低毒害形态转化。如六价铬离子是土壤中重金属污染主要元素，在土壤中迁移能力较强且毒性较大，利用微生物对铬离子的固定技术，将菌株Ochrobactrumanthropi固定在Tris-HCL缓冲液内，培养36h后，可将六价铬离子转化为三价铬离子，在降低铬离子污染土壤毒性的同时，可利用三价铬离子低迁移性，降低重金属污染毒性;利用硫酸盐还原细菌，可促使硫酸盐发生还原反应，形成硫化物。而硫化物与土壤中重金属离子可发生沉淀反应，促使土壤中重金属离子钝化。此时向重金属污染土壤中加入碳源、沸石，可在48h内钝化可交换态钡离子、铜离子。
3.5 微生物——植物修復法（菌根真菌与植物根系共生）
微生物——植物联合修复法主要是利用土壤——植物——微生物复合体系，降低重金属污染土壤毒性。如利用丛枝菌根真菌与宿主植物互惠共生体、小叶女贞与根基真菌联合共生体在重金属污染土壤中修复作用，可增强植物对锌离子、铬离子、铅离子、铜离子等复合重金属污染土壤修复作用。
4 总结
综上所述，重金属污染对土壤环境及土壤中生物具有较大的危害。因此，针对现阶段重金属污染问题，相关人员可根据区域重金属类型，结合重金属污染土壤修复原理，综合采用生物转化、微生物——植物修复、生物通气法及投菌培养法等方法，进行土壤中重金属修复，降低重金属毒性，保证土壤环境可持续运行。
参考文献
[1]陈楠.微生物在重金属污染土壤修复中的作用研究[J].环境科学与管理，2016，41（02）：86-90.
[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]魏超，杨定清，吴健英，代晓航，向冰.重金属污染土壤微生物的分离与研究[J].山西农业科学，2018，46（10）：1691-1694.
收稿日期：2019-01-11
作者简介：庄旭超（1988-），男，汉族，硕士研究生学历，工程师，研究方向为应用微生物。
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