微生物修复技术在治理土壤污染中的应用

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1、微生物修复技术在治理土壤污染中的应用何笛（湖北大学 生命科学学院 生物科学 0129）摘要 近日，环保部和国土资源部联合发布全国土壤污染状况调查公报显示，全国土壤总的点位超标率为16.1%，总体情况不容乐观。本文简述微生物修复技术在几种类型的土壤污染中的应用。由于微生物修复技术具有费用低、易操作、没有二次污染等优点，也使其在治理环境污染方面具有广阔的前景。关键词 微生物修复技术；土壤污染；有机质；重金属土壤是母质、气候、生物和时间等因素共同作用下形成的自然体。从环境的角度看土壤不仅是一种自然资源，也是人类生存环境中的重要组成部分。在长期的生产过程中，人类对利用和改造土壤的同时，也对其造成了一定

2、程度的污染，特别是重金属和有机物对土壤的污染。生物修复是指利用生物，特别是微生物的代谢活动来减少或清除环境污染中的化学污染物的过程。这种技术涉及生物催化进行的降解、去毒或积累作用，并可用于大面积环境污染的治理，按所采用的生物可分为微生物修复和植物修复。本文主要探讨微生物修复在治理土壤污染中的应用。1.土壤环境现状 当人类利用同土壤过度，超过了土壤的自然恢复力，便生了土壤侵蚀、沙化、肥力下降、有害物积累等污染问题。现在世界可耕地面积约29.55亿公顷，世界人均可耕地面积在逐年下降。全球沙漠化面积已达40多亿公顷，并每年一600万公顷的速度增加。据20世纪末的统计资料，我国遭受污染的耕地约600

3、万公顷，农药污染面积1.3003公顷，遭受酸雨危害的耕地已达260公顷，建筑用地已达29.7公顷，超过计划的7.4%，工业固体废物堆存量59.2亿吨，占地5.45公顷。可见，全球和我国都面临土地资源在数量和质量上的危机。2.微生物修复技术在土壤修复中的应用2.1微生物修复在土壤非固体有机质污染中的应用2.1.1土壤石油污染的微生物修复 目前，中原油田因石油开采污染的土地高达2666.67公顷以上，而且每年新增加的污染土壤约133.33公顷。 微生物修复对石油污染地的修复方法通常采用两种方法，一种是通过增加营养盐以促使土著微生物的生长。土著微生物种群长时间暴露在特定的污染化合物中时，某些亚种会形

4、成有限的代谢能力以利用华讲解污染物。当加入N、P等生长必须的营养物后，会加快这些微生物的代谢过程，促进微生物对污染物的降解。另一种是通过生物反应器培养，增加有益微生物的数量，然后再将这些微生物混合类群接种到污染低进行生长繁殖。 也可利用基因工程技术构建工程菌以清除石油，据报道，美国的研究者把4种假单胞菌的基因组入到同一个菌株细胞中，构建了一种有超常降解能力的超级细菌。这种细菌几小时内能“吃掉”浮游中2/3的烃类，而自然细菌则需要一年多才能消除这些油污烃。 微生物对石油的降解实际是一种生物氧化作用，其主要代谢途径有如下几种：将石油烃分解为CO2和H2O；将石油烃转化为生命物质，如氨基酸、脂类等；

5、 将石油烃转化为其他物质，如各种醇、酚等。微生物对石油烃的代谢还需依靠其细胞壁表明的一种由糖脂组成的特殊吸收系统。该系统可以使石油烃类化合物充分乳化，然后被吸收和利用。2.2.2土壤农药、化肥污染的微生物修复 一种化学物质，不管是短期的还是持久的、迁移的还是稳定的、活性的货非活性的，其环境行为很大程度上都取决于微生物的代谢作用，因此，微生物对农药的降解作用是影响农药在土壤中作用和行为的重要因素。微生物群体在土壤中组成一种生物化学络合系统，这个系统能产生降解大量农药的特殊酶。微生物能使DDT脱氯变为DDD，也能使DDT脱氯、脱氢变成DDE。DDE对对昆虫和高等动物的毒害性较低，几乎不为环境和生物

6、降解，因而是贮存在组织中的主要残留物。DDD在水中的溶解度比DDT大，而且是高等动物和人体摄入及贮存的DDT最终排泄物。所以DDT被微生物作用后毒性可减低。有机磷农药如马拉硫磷、对硫磷所含的硝基能被微生物还原为毒害较小的氨基。在土壤中，通过微生物对氮的吸收同化可将无机态氮转化为有机态氮，从而可以避免淋失，其到保肥作用。相反的，有机态氮也可以转化为无机态氮，成为氮的矿化过程。这两种过程通过微生物的作用，是土壤中的氮元素处于动态平衡。2.2.3土壤重金属污染的微生物修复 重金属污染环境，对人类有严重的毒害作用。汞会损害脑组织，镉在人体中可形成镉硫蛋白，蓄积在肾、肝等内脏中，导致痛痛病。治理重金属污

7、染常用的修复方法有两种。一种是生物吸附法，真菌、藻类等微生物细胞表面与一些金属络合、配位能力集团，这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键来达到吸附金属的目的，此外金属也可通过沉淀或晶体化作用沉积于细胞表面，某些难溶金属液可被胞外分泌物或胞壁空洞捕获而沉积。另一种是生物积累法生物积累法主要利用微生物的代谢作用，吸收金属离子并运输到细胞内部累积起来，从而达到去污效果。日本已分离出一种抗汞菌，属于假单胞菌属，这种细菌能把甲基汞吸收到胞内，在体内转化为汞元素。大肠杆菌也可将离子汞转化为元素汞。也可利用基因工程构建超级细菌 ，来加强细菌对重金属的吸收和转化能力。2.2微生物修复在土壤固体有机质污

8、染中的应用 土壤中的固体有机质污染物主要有生活垃圾如食物残渣等厨余垃圾、塑料制品和枯枝、树叶等有机废物。固体有机废弃物主要通过沼气池、堆肥等方式处理。厨余垃圾、人类和动物等可通沼气池发酵来产生可燃气体如甲烷，这些气体可做生活燃料，沼渣可作为鱼类食物和有机肥料。堆肥处理工业是将污染土壤和有机废物混合起来。依靠堆肥过程中产生的微生物作用来降解土壤中难降解的有机污染物，如塑料、秸秆等，污染土壤经处理后，可返回原地或用于农业生产。如果使用特定的有机原料，如草杆、动物废料，在经过特殊堆肥处理，终产物可做为有商业价值的真菌的培养基。3.微生物修复的用于土壤修复的的优点和局限性3.1优点 微生物修复只是对自

9、然过程的强化，不会破坏植被生长所需的土壤环境，土壤的物理、化学和生物特性保持不变甚至优于原先的性质；其终产物是二氧化碳、水酸等，不会形成二次污染；可以同时处理不同的污染物，提高治污效率；微生物修复可用于原地修复，也用于可将污染迁移后处理；在修复土壤的同时还可修复被污染的地下水。3.2局限性 一些低渗透性的土壤中可能不宜使用微生物修复技术，因为这类土壤会细菌过度生长；特定微生物质能降解特定类型的化合物，污染物的结构稍有变化就可能不被同一微生物降解；与其他修复方法相比微生物修复技术治理污染土壤的时间要长；当污染物浓度太低不足以维持一定的微生物生长时，残余的污染物还会留在土壤中。4.结语 我国污染控

10、制微生物学研究起源于20世纪50年代中期，但由于种种原因，直到20 世纪70年代末才得到应有的重视，但到20 世纪末环境科学与工程学有了很大的发展。我国在污染控制微生物方面的深入研究促进了污染控制领域的进一步发展，利用微生物学开发的新技术、新方法相继出现。环境污染治理方面的深入研究也扩展了污染控制微生物学的研究领域，因此，微生物修复技术在治理环境污染的应用前景是广阔的，潜力也是巨大的。参考文献1任难琪,马放, 王鹏. 污染控制微生物学管理与应用M.北京:化学工业出版社. 20032张辉.土壤环境学M.北京:化学工业出版社.20063刘爱民.微生物资源与应用M.南京:东南大学出版社.20084陈玉成.污染环境生物修复工程M.北京:化学工业出版社.20035宋思扬,楼士林.生物技术概论M.第三版.北京:科学出版社.20136赵与峰,赵冬平,赵忠.现代生活中的污染与防治M.北京:化学工业出版社.2004- 4 -