微生物菌劑在土壤修復(fù)中的應(yīng)用

季 彬，杜軍國，祁宏山，曾楊，陳娟（甘肅省科學(xué)院生物研究所，甘肅蘭州730000）

微生物菌劑在土壤修復(fù)中的應(yīng)用

季 彬，杜軍國，祁宏山，曾楊，陳娟
（甘肅省科學(xué)院生物研究所，甘肅蘭州730000）

隨著社會的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也在快速的發(fā)展，尤其體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面。目前我國大部分地區(qū)仍然依靠大劑量的使用化學(xué)農(nóng)藥、化肥來抑制農(nóng)作物病蟲害來保證莊稼增產(chǎn)增收，這使得農(nóng)作物和土壤中殘留大量的化學(xué)物質(zhì)，對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生一定的不利影響。使用微生物殺蟲劑、微生物菌肥等相關(guān)農(nóng)用微生物益生菌制劑可以大大改善化學(xué)藥物、化肥以及化學(xué)制劑中重金屬、土壤中本身所殘留的各種污染物所帶來的各種為害，并且還可以在一定范圍內(nèi)修復(fù)受損的土壤環(huán)境。

微生物菌；土壤污染；土壤修復(fù)；生物修復(fù)技術(shù)；應(yīng)用

社會的快速發(fā)展，人們對食物的需求量大大增加，然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大范圍的使用化學(xué)藥劑，使得原本富饒的土壤環(huán)境變得十分的貧瘠，并且使土壤中含有大量的化學(xué)藥物，對人類的生存和健康產(chǎn)生一定的危害。目前，借助微生物對農(nóng)作物進(jìn)行病蟲害防治和土壤修復(fù)研究，在小范圍的實(shí)驗中已經(jīng)有了效果。如果使用微生物菌劑可以取代化學(xué)藥劑作為農(nóng)作物的殺蟲并達(dá)到改善土壤環(huán)境的作用，那么，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 借助微生物菌劑的吸附作用對化學(xué)物質(zhì)殘留的土壤進(jìn)行修復(fù)

微生物進(jìn)行吸附主要有三種形式，細(xì)胞內(nèi)吸附和細(xì)胞表面吸附以及細(xì)胞內(nèi)積累。對土壤中化學(xué)成分的吸附主要是細(xì)胞內(nèi)積累的方式，借助細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)將土壤中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，然后在細(xì)胞內(nèi)形成沉淀物質(zhì)，從而達(dá)到吸附的作用。從受損的土壤中進(jìn)行取樣，對土壤中微生物含量、重金屬含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Pb，Cd和Ni這三種物質(zhì)可以抑制微生物的生長。在濃度較高的培養(yǎng)液中培養(yǎng)3天之后，分別對細(xì)胞內(nèi)的Pb，Cd和Ni三種物質(zhì)的含量進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)其含量有明顯的增長趨勢。細(xì)胞內(nèi)的鈣離子與金屬硫蛋白發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物質(zhì)，從而使得土壤中的有毒物質(zhì)含量降低。

2 借助微生物轉(zhuǎn)化對污染的土壤進(jìn)行修復(fù)

微生物轉(zhuǎn)化的主要原理是通過微生物生命活動所產(chǎn)生的一系列胞外酶的化學(xué)反應(yīng)來對土壤中的重金屬離子進(jìn)行氧化或者其他的變化，使其從有毒狀態(tài)向無毒狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而完成土壤的修復(fù)過程。和傳統(tǒng)的土壤修復(fù)方法進(jìn)行比較，利用微生物將土壤中具有強(qiáng)毒性的轉(zhuǎn)化為毒性較低的，是目前效果最好、使用最為方便的一種方式。

3 借助微生物表面活性劑對重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)

生物表面活性劑對重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，主要是依靠微生物和重金屬發(fā)生反應(yīng)后，形成具有親水基和疏水基這兩種物質(zhì)。從分子的結(jié)構(gòu)來看，生物表面活性劑可以分為糖脂、磷脂、多糖類物質(zhì)等。生物表面活性劑和化學(xué)合成的表面活性劑進(jìn)行比較，生物表面活性劑具有明顯的優(yōu)勢，如毒性低、容易適應(yīng)環(huán)境、可降解等。土壤中重金屬物質(zhì)的濃度過高，會殺死細(xì)菌，所以需要借助生物表面活性劑和重金屬進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀物質(zhì)，并且借助淋洗、沖洗等方式將沉淀物質(zhì)從土壤中分離開。根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過發(fā)泡處理后的生物表面活性劑鼠李糖脂對金屬鈣和鉛的去除率明顯增高。

對生物表面活性劑中的生產(chǎn)菌株進(jìn)行分析和研究，得出結(jié)論，生產(chǎn)菌株將強(qiáng)毒性的cr6+轉(zhuǎn)化為低毒性的cr3+主要分為兩大方面：借助細(xì)胞外的鉻還原酶將毒性強(qiáng)的cr6+轉(zhuǎn)化為低毒性的cr3+，大大降低了土壤的毒性；低毒性的cr3+被生產(chǎn)菌株自身所產(chǎn)生的cr3+進(jìn)行絡(luò)合，使得細(xì)菌不會受到重金屬物質(zhì)的侵害。mg2+、ca2+等無毒性的重金屬離子與生物表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)時，首先，生物表面活性劑會優(yōu)先選擇具有毒性的金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，這樣可以確保細(xì)菌不受到重金屬的毒害，并且不會對土壤中其他的金屬離子的含量產(chǎn)生影響。

對產(chǎn)生物生物表面活性劑的研究實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處于5倍臨界濃度時，培養(yǎng)液中的重金屬鉛與鎘含量幾乎為零。借助原子吸收光譜儀進(jìn)行測定，可以發(fā)現(xiàn)，溶液中的重金屬離子與生物表面活性劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難溶質(zhì)，從而使得溶液中重金屬離子的含量大大降低。然后借助2倍濃度的CMC對重金屬沉淀物質(zhì)進(jìn)行電鏡分析，發(fā)現(xiàn)重金屬離子吸附在膠束的表面上，也正是說明重金屬離子和膠束的親水基進(jìn)行結(jié)合，從而產(chǎn)生沉淀物質(zhì)。與此同時，對陰離子型的生物表面活性劑與重金屬離子化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)陰離子物質(zhì)主要借助離子鍵與重金屬物質(zhì)形成絡(luò)合物，從而使其與土壤分離開。然而，陽離子生物表面活性劑主要是借助重金屬離子表面位置的變化，進(jìn)行離子的交換，從而使其與土壤分離開。由此可見，生物表面活性劑可以完全取代化學(xué)合成的吸附劑，并且有效的改善土壤的環(huán)境。

4 結(jié)語

社會的進(jìn)步，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，隨著大范圍使用化學(xué)藥劑，使得土壤受到了嚴(yán)重的污染。化學(xué)合成藥物雖然可以短期改善土壤的環(huán)境，但是其綜合負(fù)面影響遠(yuǎn)大于正面作用。將微生物使用在土壤的修復(fù)工作中是一種新型的技術(shù)，并且具有較多的優(yōu)點(diǎn)，深受社會的廣泛關(guān)注。如何合理的將微生物應(yīng)用到土壤修復(fù)工作中，是目前環(huán)境部門應(yīng)該深思熟慮的問題。隨著分子技術(shù)和生物技術(shù)的快速發(fā)展，給微生物修復(fù)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)，促進(jìn)其使用和推廣。

［1］吳作軍，盧滇楠，張敏蓮，等.微生物分子生態(tài)學(xué)技術(shù)及其在石油污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望［J］.化工進(jìn)展，2010，（05）.

［2］汪洋，史典義，聶春雨，等.石油污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù)［J］.生物技術(shù)，2009，（02）.

［3］張勝，陳立，崔曉梅，等.西北黃土區(qū)石油污染土壤原位微生物生態(tài)修復(fù)試驗研究［J］.微生物學(xué)通報，2008，（05）.

甘肅省科學(xué)院青年基金（2013QN-07）；甘肅省科學(xué)院產(chǎn)業(yè)化項目（2015）

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ADOI編號：10.14025/j.cnki.jlny.2016.16.042

季彬，本科學(xué)歷，甘肅省科學(xué)院生物研究所，助理研究員，研究方向：農(nóng)業(yè)廢棄物高值化循環(huán)利用。