重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展聰

1、重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展 重金屬污染土壤生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展馬思聰 馬思聰（生物技術(shù) 5 班 生命科學(xué)學(xué)院 黑龍江大學(xué) 哈爾濱 150080）摘要：污染土壤微生物生物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)非常有應(yīng)用前景的環(huán)保新技術(shù)。本文綜述了近年來重金屬對土壤微生物生物量、種群及生化過程的影響以及微生物對重金屬污染土壤的修復(fù)機(jī)理和修復(fù)研究進(jìn)展，較全面的分析了重金屬對土壤微生物的生態(tài)效應(yīng)。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：土壤微生物；重金屬；生物修復(fù) Research Pro

2、gress on ecological remediation of soil contaminated with heavy metalsMa Sicong(The 5th class of Biological technology , College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin,150080)Abstracts: The technology of microb

3、ial bioremediation of polluted soil is a very promisingnew environmental protection technologies. This paper reviews recent heavy metals on soil microbial biomass,population and biochemical process and repair mechanism o

4、f microorganisms on soil heavy metal pollution and bioremediation,a comprehensive analysis of the ecological effect of heavy metals on soilmicroorganisms.Keywords: Soil microorganism; heavy metal; bioremediation正文： 正文：土壤

5、重金屬污染是指人類活動將重金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬含量明顯高于原有含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象[1]。它一方面對農(nóng)作物、農(nóng)產(chǎn)品和地下水等許多方面產(chǎn)生重大影響，并通過食物鏈危害人體健康；另一方面因大多數(shù)重金屬在土壤中相對穩(wěn)定且難以遷出土體，對土壤理化性質(zhì)及土壤生物學(xué)特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯不良影響，從而影響土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。國內(nèi)外專家曾采用非毒性改良劑法、深耕法、排土法和客土法以及化學(xué)沖洗

6、等方法來解決土壤重金屬污染問題。但由于上述方法自身的局限性，都未能成為較為理想的土壤重金屬污染治理措施[1~4，6，7]。為此，近年來提出的土壤污染生物修復(fù)受到廣泛的重視。土壤污染生物修復(fù)是利用各種天然生物過程而發(fā)展起來的一種現(xiàn)場處理土壤環(huán)境污染的技術(shù)，具有處理費(fèi)用低、對環(huán)境影響小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。生物修復(fù)的途徑主要有兩條：⑴通過在污染農(nóng)田種植植物，利用其自身生物學(xué)特性對重金屬加以吸收、積累去除污染物；但其重金屬生物載體可能產(chǎn)生二次污染，

7、至今也未找到有效的解決途徑。⑵利用微生物的生物活性對重金屬的親合吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，從而降低重金屬污染程度[4，5，8]。但這種方法應(yīng)用難度較大，目前尚未獲得突破性進(jìn)展。本文將評述重金屬污染對土壤微生物生物量、群落結(jié)構(gòu)及生物化學(xué)過程的影響以及重金屬污染土壤的微生物修復(fù)機(jī)理。研究了森林土壤和農(nóng)用耕地對外源鋅污染的反應(yīng)，結(jié)果表明：兩種土壤的總磷酸酯脂肪酸均隨 Zn 濃度的增加而下降，但 18∶2w5,9 脂肪酸所占比例隨著濃度的加大而上升

8、[28]。但 Pennanen 等人研究了長期遭受 Cu、Zn、Pb、Cd 復(fù)合污染土壤，其結(jié)果與 Frostegard 的結(jié)論不一致，即重金屬污染使 20:4 及 18∶2w5,9 脂肪酸比例顯著下降，同時也使支鏈 18∶0、17∶0、16∶0、16∶1 的脂肪酸的比例發(fā)生變化（即真菌、細(xì)菌的比例有下降趨勢） 。隨后，有人用不同濃度的 Cd、Cu、Ni、Pb、Zn 等重金屬元素，詳細(xì)探討了 18∶2w5,9 脂肪酸的比例變化，結(jié)果表明

9、除 Cu 污染使其比例下降外，其余污染物使 18∶2w5,9 脂肪酸的比例上升[29]。一些微生物可對重金屬進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，其主要作用機(jī)理是微生物能夠通過氧化、還原、甲基化和脫甲基化作用轉(zhuǎn)化重金屬，改變其毒性，從而形成了某些微生物對重金屬的解毒機(jī)制[4，6]。在細(xì)菌金屬抗性和生物修復(fù)的可行性研究中，許多人關(guān)注了汞的脫甲基化和還原揮發(fā)、亞砷酸鹽氧化和鉻酸鹽還原以及硒的甲基化揮發(fā)等。細(xì)菌對 Hg 的抗性歸結(jié)于它含的兩種誘導(dǎo)酶；一種 Hg 還原

10、酶和一種有機(jī) Hg 裂解酶，其機(jī)制是通過汞-還原酶將有機(jī)的 Hg2+化合物轉(zhuǎn)化成低毒性揮發(fā)性的汞；李志超發(fā)現(xiàn)有些微生物能把劇毒的甲基汞降解為毒性較低的無機(jī)汞。Fwukowa 從土壤中得到假單胞桿菌 K-62，它也能分解無機(jī)汞和有機(jī)汞而形成元素汞?？梢?，利用無機(jī)和有機(jī)汞化合物還原及揮發(fā)，鉻酸鹽還原和亞砷酸鹽氧化特性，可應(yīng)用于重金屬污染土壤的微生物修復(fù)。Frankenber 等以硒的生物甲基化作為基礎(chǔ)進(jìn)行原位生物修復(fù)，通過耕作、優(yōu)化管理、施

11、加添加劑等來加速喜硒的原位生物甲基化，使其揮發(fā)來降低加利福尼亞 Resterson 水庫里硒類沉積物的毒性，此生物技術(shù)已應(yīng)用于清除美國西部灌溉農(nóng)業(yè)中的硒污染[33]。由上述可知，重金屬污染土壤的微生物生態(tài)效應(yīng)，不僅在土壤微生物生物量、種群結(jié)構(gòu)、生理生化代謝活性以及生物修復(fù)的機(jī)理等基礎(chǔ)理論研究上取得了一定的研究進(jìn)展，且在生產(chǎn)實(shí)踐中也得到一定程度的應(yīng)用（特別是國外發(fā)達(dá)國家） 。但其廣泛應(yīng)用難度較大，目前尚未獲得突破性的進(jìn)展。主要存在以下幾個

12、方面問題。 （1）由于土壤環(huán)境本身的非均質(zhì)性，加之外界環(huán)境條件變化比較復(fù)雜，難以確定不同土壤條件下重金屬對土壤微生物的毒害臨界值以及尋找有價值的微生物學(xué)評價指標(biāo)，因而尚未定量制定出統(tǒng)一的土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 （2）目前這方面研究側(cè)重于室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究結(jié)果與野外實(shí)際條件存在很大的差異，仍然需要作大量的野外試驗(yàn)以獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)參數(shù)來驗(yàn)證室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，以期建立較為標(biāo)準(zhǔn)的研究方法。 （3）目前應(yīng)用微生物修復(fù)重金屬污染環(huán)境仍存在許多技術(shù)上