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土壤微生物修復技術

日期:2018/6/7 19:47:01 點擊次數 1466 發布單位:天義生物谷  錄入:李清

    微生物對重金屬污染土壤的生物修復作用主要是通過微生物對重金屬的溶解、轉化與固定來實現。


微生物對重金屬的溶解


    主要是通過各種代謝活動產生多種低分子量的有機酸直接或間接進行的。最早的報道是真菌可以通過分泌氨基酸、有機酸以及其他代謝產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,發現土壤微生物能夠利用有效的營養和能源,在土壤濾瀝過程中通過分泌有機酸絡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高于滅菌處理。Loser等曾借助土著微生物的淋濾作用來修復德國薩克森地區河流沉積物的重金屬污染,指出處理過程中基質的最適投加量為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


    在外界環境中,變價金屬As、Cr、Co和Au等可以不同的價態形式存在,而細菌代謝活動可以通過其氧化還原作用改變它們的價態。Chang等在污水處理廠發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。土壤中還分布著多種可以使鉻酸鹽和重鉻酸鹽還原的微生物,如產堿菌屬,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-鐵桿菌類能氧化As、Cu、Mo和Fe等,假單胞桿菌能使As、Fe、Mn等發生氧化,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,可在細胞壁上通過聚合作用形成微小晶體。可調節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-植物的聯合修復


    盡管植物修復技術具有不造成二次污染、費用低等優點,但是植物作為活的生命體,其生長必然受到各種自然和人為因素的限制,修復過程通常較為緩慢;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在多種重金屬污染土壤方面的應用;同時要針對不同污染狀況的土壤選用不同的生態型植物: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說,大多數技術仍局限在科研和實驗室水平,實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放入到現場條件下,干擾因素復雜,一系列的新問題可能會出現。


    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合體,菌根修復只是微生物-植物的聯合修復的一種。一方面植物根部的表皮細胞脫落、酶和營養物質的釋放,為微生物提供了更好的生長環境,另一方面菌根真菌的活動可改善根際微生態環境,增強植物抗病能力,極大地提高植物在逆境(如干旱、有毒物質污染等)條件下的生存能力。


展望


    生物修復技術作為一種新興高效、綠色廉價的修復途徑,它可以最大限度地降低修復時對環境的擾動。但該技術目前還不太成熟,有待進一步完善。目前,植物修復的發展還依賴于高效吸收污染物的植物種類開發、土壤改良劑以及優化植物栽培等農業措施。

 
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