《环境微生物课程论文-几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究》.doc

几种利用微生物修复土壤重金属方法的比较研究 摘要：总结了微生物修复土壤重金属污染方法的特点，对其原理进行了分析，比较了微生物刺激技术、微生物强化技术、植物-微生物联合修复三种方法，并对今后的微生物修复技术研究提出了建议。 关键词：重金属；微生物修复；菌根；根瘤菌 0引言 与常见的大气污染、水污染、工业固体废弃物污染相比，土壤重金属污染具有不可见性和隐蔽性． 目前全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2.0 ×107hm2，约占耕地面积的1/5，我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过 1 ×107t，被重金属污染的粮食多达 1.2 × 107t，合计经济损失至少200 亿元． 土壤重金属污染日益严重导致土壤肥力退化、农作物产量降低和品质下降，严重影响环境质量和经济的可持续发展，威胁到人们的食品安全。 重金属对人类具有巨大的危害，能引起头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症，如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、乌脚病、畸形儿等[1]。随着社会经济的发展，我国重金属污染已越来越严重，重金属污染事故频发。近年来，随着土壤重金属防治方面研究增多，开发了越来越多的方法。但是这些方法成本昂贵，可操作性差，且大部分是重金属稳定化技术，目前大都处在实验室研究阶段。在此背景下，一些学者提出了利用微生物来修复土壤重金属污染方法，这对于传统的物理化学法是一种延伸。 1微生物修复土壤重金属污染的特点 目前,用于土壤重金属污染治理的方法包括物理修复、化学修复和生物修复.物理修复、化学修复虽能达到一定的效果,但是能耗大、二次污染等问题也限制了其应用，尤其对于大面积有害的低浓度重金属污染,更是难以处理[2]。 微生物修复法具有处理费用低，对环境影响小、效率高等优点，加之微生 物自身具有种类繁多，数量庞大，比表面积大等特点，所以利用一些真菌、细菌、放线菌等来修复重金属污染土壤具有很大的潜力，并且对重金属污染的耐性通常为真菌 ＞ 细菌 ＞ 放线菌。目前，大多数研究所用微生物种类主要还是从受污染土壤中分离得到，属于土壤微生物，由于它们能在土壤中长时间生存，因此当大量施入土壤以后会造成土壤微生物群落的失衡，具有潜在的二次污染。白腐真菌是一类在腐木上生长的真菌，研究表明[3]，某些种对污水中铅、镉等重金属具有很强的吸附作用，然而利用白腐真菌固体发酵来修复受重金属污染土壤，该方法目前国内外尚未报道。 2微生物修复土壤重金属污染的机理 微生物修复重金属污染土壤主要体现在 3 个方面。 2.1固定作用 土壤中重金属离子有5种形态:可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣态.前3种形态稳定性差,后2种形态稳定性强.重金属污染物的危害主要来自前3种不稳定的重金属形态。微生物固定作用可将重金属离子转化为后2种形态或积累在微生物体内,从而使土壤中重金属的浓度降低或毒性减小[4]。 2.1.1 胞外吸附作用 胞外吸附作用主要是指重金属离子与微生物的产物或细胞壁表面的一些基团通过络合、螯合、离子交换、静电吸附、共价吸附等作用中的一种或几种相结合的过程。许多研究表明细菌及其代谢产物对溶解态的金属离子有很强的络合能力,这主要因为细菌表面有独特的化学组成.细胞壁带有负电而使整个细菌表面带负电荷,而细菌的产物或细胞壁表面的一些基团如-COOH、-NH2、-SH、-OH等阴离子可以增加金属离子的络合作用[5]。 2.1.2 胞外沉淀作用 胞外沉淀作用指微生物产生的某些代谢产物与重金属结合形成沉淀的过程.在厌氧条件下,硫酸盐还原菌中的脱硫弧菌属( Desulfovibrio)和肠状菌属(Desulfotomaculum)可还原硫酸盐生成硫化氢,硫化氢与Hg2+形成HgS沉淀,抑制了Hg2+的活性。某些微生物产生的草酸与重金属形成不溶性草酸盐沉淀。 2.1.3 胞内积累作用 胞内积累作用是指重金属被微生物吸收到细胞内而富集的过程.重金属进入细胞后,通过区域化作用分布在细胞内的不同部位,微生物可将有毒金属离子封闭或转变成为低毒的形式。微生物细胞内可合成金属硫蛋白,金属硫蛋白与Hg、Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲合性,结合形成无毒或低毒络合物[6]。如真菌木霉、小刺青霉和深黄被包霉通过区域化作用对Cd、Hg都有很强的胞内积累作用。 氧化还原作用 微生物对重金属的氧化还原作用则可以改变土壤中重金属的价态，降低其毒性或迁移性。如假单胞菌( Pseudomonad sp . )可以把六价铬还原为三价铬,从而降低其毒性。Fwukowa从土壤中得到假单胞杆菌K-62,它能分解无机汞和有机汞而形成元素汞,元素汞的生物毒性比无机汞和有机汞低得多。 转化作用 微生物对重金属的转化作用包括甲基化与去甲基化作用。Frankenber等通过耕作、优化管理、施加添加剂