污染土壤的微生物修复研究进展

马小玲

[摘要]土壤污染严重影响了土壤的生产力，是急需解决的环境问题。本文全面地介绍了土壤修复的微生物筛选与降解研究，以及污染土壤的微生物修复技术及其应用，提出了今后微生物修复研究的工作重点，强调了污染物降解基因的发掘和微生物复合修复技术开发的重要性。

[关键词]土壤污染 微生物筛选 微生物修复

[中图分类号] X3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-337-2

1简介

我国土壤污染总体形势不容乐观，局部地区污染严重，目前至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染，约占全国耕地的10%以上，每年因重金属污染的粮食就达到1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元人民币[1]。与大气、水体相比，污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释，所以土壤污染的治理尤为重要，土壤的环境修复技术也应运而生。

80年代以前，土壤的环境修复主要侧重于研究物理、化学修复理论与技术，80年代后微生物修复受到高度重视。微生物修复主要利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效微生物，在优化的环境条件下，加速分解污染物，修复被污染的土壤。微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而在土壤的环境修复上具有巨大的发展潜力。

2土壤修复的微生物筛选与降解研究

我国土壤污染类型中，重金属污染和有机物污染所占比重较大。自然界中存在能够对重金属或有机物进行降解的菌种和微生物，这些微生物大多存在于被相应污染物污染的土壤表层。因此，人们一般以污染土壤为对象，从中筛选相应的降解菌。

为了获得高效镉吸附微生物，刘标等[2]从重金属污染土壤中分离筛选出4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1，其中菌株4-1的镉吸附效果最好，并研究分析了其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响，结果显示培养液中加入Zn2+、Cu2+对菌株生长无明显影响，但加入100mg/L Pb2+会抑制其生长。李明顺等[3]研究了微生物对锑的代谢机制，一方面微生物能够利用体内的蛋白如ArsB转运蛋白将锑外排，另一方面微生物能够对锑进行氧化，将毒性较强的Sb（Ⅲ）转化为毒性相对较弱的Sb（Ⅴ）。

为了得到高效的石油降解菌，汪杰等[4]以柴油为培养基的唯一碳源，从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化得到3株高效的石油烃降解菌，用这3株菌进行污染土壤的修复试验，污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右，为自然情况下的1/4左右。姜肸等[5]以南海10个采样点采集到的样品为研究材料，以石油降解率为筛选依据，筛选了6株对石油烃有降解能力的细菌，降解特性分析表明，所筛选6株菌的烷烃降解率均在40%以上，多环芳烃降解率均在70%以上。

3污染土壤的微生物修复技术

土壤微生物修复技术是在适宜条件下利用土著微生物或外源微生物的代谢活动，对土壤中污染物进行转化、降解与去除的方法。从修复场地来分，土壤微生物修复技术主要分为两类，即原位微生物修复和异位微生物修复。

3.1原位修复技术

原位微生物修复不需将污染土壤搬离现场，直接向污染土壤投放N，P等营养物质和供氧，促进土壤中土著微生物或特异功能微生物的代谢活性，降解污染物。原位微生物修复技术主要有：生物通风法、生物强化法、土地耕作法等。

3.1.1生物通风法

生物通风法又称土壤曝气法，是基于改变生物降解环境条件（如通气状况等）而设计的，是一种强迫氧化的生物降解力法。在通入空气时，可以加入一定量的氧气和营养液，改善土壤中降解菌的营养条件，提高土著微生物的降解活性，从而达到污染物降解的目的。丁克强等[6]研究了通气对石油污染土壤生物修复的影响，结果表明通气可为石油烃污染土壤中的微生物提供充足的电子受体，可保持土壤pH的稳定，从而促进了微生物的生物活性，强化了对石油污染物的氧化降解作用。由于生物通风法需要打井，在选用此法时需要对污染场地进行考察。杨乐巍等[7]通过测定现场土壤的空气有效渗透率，气-液相对渗透曲线，土壤平均含水量等参数来评价污染的土壤是否适合用生物通气法来进行修复。张峰等[8]针对目前生物通风技术在国内外的研究进展，提出在现场应用研究以及描述生物通风过程的数学模型方面需要进一步的研究。

3.1.2生物强化法

生物强化法是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的，可分为土著菌培养法和投菌法。生物强化法通常用来修复被油类污染的土壤，Grazyna A. Plaza等[9]发现加入从被石油污染的土壤中筛选出的菌种可以增加多环芳烃污染物的去除率。现有研究表明改善微生物作用环境，如温度、营养元素、pH值、盐度等也可以加快污染物质的去除。刘海华等[9]针对柴油污染土壤的生物修复问题，对具有降解柴油能力的微生物菌种进行了采集及驯化，并分别就底物浓度、温度及初始pH值对驯化后微生物菌种的柴油降解能力进行了相关实验研究，得到了微生物生长的最佳条件是温度为30℃、底物浓度为0.0015-0.003 μg/ml及pH值等于7。近年来，表面活性剂也越来越多地应用于被石油污染的土壤修复[10]。

3.1.3土地耕作法

土地耕作法也称农耕法，是以就地污染土壤作为接种物的好氧生物过程。土地耕作法相比其他处理方法，如填埋、焚烧、洗脱等，有对土壤结构体破坏较小、实用有效等特点，应用范围较广。一般情况下，土地耕作修复法只能适用于30cm的耕层土壤，而对于30cm以下的土壤则用特殊的设备。

3.2异位修复技术

异位微生物修复是把污染土壤挖出，进行集中生物降解的方法，主要包括预制床法、堆制法及泥浆生物反应器法。由于异位微生物修复的工程量十分巨大，其严重影响了修复技术的应用。目前，国内预制床法和泥浆生物反应器法大多处于实验室研究阶段。堆制法是利用传统的堆肥方法，将污染土壤与有机废弃物质（如木屑、秸稈、树叶等）、粪便等混合起来，使用机械或压气系统充氧，同时加入石灰以调节pH值，经过一段时间依靠堆肥过程中微生物作用来降解土壤中有机污染物。国内外学者均在积极研究堆制修复的原理、工艺、条件、影响因素、降解效果等，并己将此工艺应用到污染土壤的修复。黄丹莲等[11]采用接种白腐菌堆制法对模拟Pb污染土壤进行了生物修复，发现接种白腐菌堆制法能有效地修复Pb污染土壤，降低Pb的生物有效性，减小Pb对土壤微生物的抑制，改善土壤中微生物效应。污染土壤经接种白腐菌堆制法修复后，土壤中Pb主要以残留态和铁锰氧化物结合态存在。孙东平等[12]采用高效石油降解菌复合堆制法来处理2种油污土壤样品，结果表明这种堆制方式对油污土壤的修复作用十分明显，扣除其他因素的影响，生物修复的去除率分别为42.9%和44.3%。

4污染土壤的微生物修復展望

目前人们在微生物的筛选及降解条件优化、修复工艺研发等方面已经取得了一定的研究进展，但是还需进一步认识和解决在修复过程中出现的新现象和新问题，如污染物的土壤修复过程与生态/健康风险等。今后我们需在以下几个方面展开深入研究：首先应建立与污染土壤修复相关标准，保证修复技术的公众认可与推广实施。其次我们仍要继续筛选和驯化新的降解菌株，重点研究微生物降解机理，解析微生物降解污染物的基因结构、功能与调控机制，重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等；进一步加强微生物修复的复合化或组合式修复技术研发。最后我们要逐步将实验室范围的微生物修复应用到实际中。

参考文献

[1]史海娃，宋卫国，赵志辉.我国农业土壤污染现状及其成因[J].上海农业学报，2008，24（2）：122-126.

[2]刘标，尹红梅，陈薇等.高效镉吸附菌株的筛选及生物学特性[J].江苏农科学，2014，42（3）：316-318.

[3]李明顺，李洁，王革娇.微生物对锑的代谢机制研究进展[J].华中农业大学学报，2013，32（5）：15-19.

[4]汪杰，郑维爽，礼晓等.高效石油降解菌的筛选鉴定及修复能力研究[J].2010，30（6） ：1228-1234

[5]姜肸，高伟，李倩等.南海高效石油降解菌的筛选及降解特性研究[J].2012，32（7） ：1572-1578

[6]丁克强，孙铁珩.通气对石油污染土壤生物修复的影响[J].土壤，2001，33（4）：185-188.

[7]杨乐巍，李鑫刚，黄国强.生物通风体系中的土壤研究及微生物分析[J].环境化学，2007，26（4）：479-482.

[8]张峰，薛晓虎.石油污染土壤的生物通风修复[J].能源环境保护，2008，22（3）：1-4.

[9]刘海华，吴奇.适用于柴油降解的微生物菌种降解能力研究[J].环境生物学，2008，33（5）：53-56.

[10]邱罡，谢凝子，吴双桃.表面活性剂在污染土壤修复中的应用[J].河北化工，2008，31（5）：66-68.

[11]黄丹莲，曾光明，蒋晓云.接种白腐菌堆制法修复Pb污染土壤的研究[J].高技术通讯，2007，17（3）：307-313.

[12]孙东平，胡凌燕，周伶俐.高效石油降解微生物堆制法处理油污土壤[J].环境污染及其防治，2007，30（6）：86-88.