微生物對重金屬污染土壤的生物修復(fù)作用主要是通過微生物對重金屬的溶解、轉(zhuǎn)化與固定來實(shí)現(xiàn)。

微生物對重金屬的溶解

主要是通過各種代謝活動產(chǎn)生多種低分子量的有機(jī)酸直接或間接進(jìn)行的。最早的報道是真菌可以通過分泌氨基酸、有機(jī)酸以及其他代謝產(chǎn)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(fā)現(xiàn)土壤微生物能夠利用有效的營養(yǎng)和能源，在土壤濾瀝過程中通過分泌有機(jī)酸絡(luò)合并溶解土壤中的重金屬。在滅菌試驗(yàn)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(fù)德國薩克森地區(qū)河流沉積物的重金屬污染，指出處理過程中基質(zhì)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(dá)98%。

微生物對重金屬的氧化還原轉(zhuǎn)化

在外界環(huán)境中，變價金屬As、Cr、Co和Au等可以不同的價態(tài)形式存在，而細(xì)菌代謝活動可以通過其氧化還原作用改變它們的價態(tài)。Chang等在污水處理廠發(fā)現(xiàn)一種噬硫酸鹽細(xì)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(chǎn)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(xì)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(fā)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(luò)合作用、胞外沉淀作用以及胞內(nèi)積累。細(xì)胞壁中的分子結(jié)構(gòu)具有活性，可以將金屬螯合在細(xì)胞表面。Papassiopi等對兩組Cr(Ⅵ)污染土壤樣品進(jìn)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(xì)胞壁可以從溶液中螯合大量的金屬元素，當(dāng)將細(xì)胞壁放入含氯化金的水溶液中時，可在細(xì)胞壁上通過聚合作用形成微小晶體?？烧{(diào)節(jié)Zn2+、Pb2+和其他金屬的氧化還原反應(yīng)，如硫桿菌可氧化鐵和硫。

微生物-植物的聯(lián)合修復(fù)

盡管植物修復(fù)技術(shù)具有不造成二次污染、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，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(fù)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(xiàn)出某些中毒癥狀，從而限制了植物修復(fù)技術(shù)在多種重金屬污染土壤方面的應(yīng)用;同時要針對不同污染狀況的土壤選用不同的生態(tài)型植物：重金屬污染嚴(yán)重的土壤應(yīng)選用超積累植物，而污染較輕的土壤應(yīng)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(fù)來說，大多數(shù)技術(shù)仍局限在科研和實(shí)驗(yàn)室水平，實(shí)驗(yàn)室的微生物修復(fù)研究，因修復(fù)條件較為理想化，被干擾因素極少，其修復(fù)效果可能很好，如一旦將室內(nèi)的微生物修復(fù)技術(shù)放入到現(xiàn)場條件下，干擾因素復(fù)雜，一系列的新問題可能會出現(xiàn)。

目前研究較多的是菌根修復(fù)，因?yàn)榫峭寥乐械恼婢z與高等植物根形成的一種聯(lián)合體，菌根修復(fù)只是微生物-植物的聯(lián)合修復(fù)的一種。一方面植物根部的表皮細(xì)胞脫落、酶和營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，為微生物提供了更好的生長環(huán)境，另一方面菌根真菌的活動可改善根際微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)植物抗病能力，極大地提高植物在逆境(如干旱、有毒物質(zhì)污染等)條件下的生存能力。

展望

生物修復(fù)技術(shù)作為一種新興高效、綠色廉價的修復(fù)途徑，它可以最大限度地降低修復(fù)時對環(huán)境的擾動。但該技術(shù)目前還不太成熟，有待進(jìn)一步完善。目前，植物修復(fù)的發(fā)展還依賴于高效吸收污染物的植物種類開發(fā)、土壤改良劑以及優(yōu)化植物栽培等農(nóng)業(yè)措施。

來源:環(huán)創(chuàng)空間  

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