土壤有機物修復現狀和發展范文

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《環境科技》2014年第三期

1植物與根際微生物的相互作用

植物根系是根際微生物的載體，而植物的生理生化性能對植物根系和根際微生物的豐度、活性和種類等起著非常重要的決定性作用；而根際微生物反過來對植物根系和植物的生長繁殖起著非常重要的作用。可以說，植物和根際微生物對土壤有機物修復是一個協同作用體。

1.1植物對根際微生物的作用植物對土壤中的有機污染物修復過程包括物理的、化學的及生物的過程。根際微生物的種群類別、豐度、環境條件和根際微生物供養能力是土壤有機污染修復的幾個關鍵性因素。植物異常發達的根系為各類微生物增殖提供了適宜的界面和環境，根系分泌物能為根際微生物提供養料，植物將營養物質及O2通過植物的組織輸送到根部以促進根際環境微生物的新陳代謝和增殖，起到強化根際微生物轉化作用。資料顯示，根際細菌種類比根外土壤多1.5~3倍，不同植物的根際微生物的數量有明顯差異，不同植物的不同分泌物對其根際微生物的種類、數量以及群體結構有較大的影響。根距、土壤pH值、植物類型和共生菌對根際細菌群體結構的影響，玉米根際2mm以內的根基細菌群體結構與2mm以外明顯不同。植物根系的土壤其微生物數量和活性比無根系土壤中微生物數量和活性增加5~10倍，有的高達100倍以上。根際微生物的種類和數量都明顯區別于非根基，而且不同植物的根際微生物的種類和數量也不同，根際微生物的種類和數量都較多，構成了較為復雜的生物鏈和巨大的降解群體，有助于污染有機物的降解。

植物根系不僅能夠分泌一定量的有機物質為根際微生物提供碳源和營養，而且還能夠分泌特殊的化學物質作為降解細菌的的底物，促進降解細菌生長。LEIGH等實驗證實從樹根釋放的芳香類化合物能夠作為多氯聯苯降解菌的降解底物，促進多氯聯苯降解菌的生長，他們在5種植物土壤中觀察多氯聯苯的動態，發現植樹土壤的多氯聯苯降解菌的豐度明顯高于非植樹土壤，植樹土壤中含量最多，降解潛力最大的細菌是G+的紅球菌(Rhodococci)，他們還發現某些樹種特別能激發多氯聯苯降解細菌的生長，樹根化學組成和周轉速率可能起重要作用。

1.2根際微生物對植物及其根系分泌物的作用植物對有機物的去除機理：植物本身對有機污染物的吸收作用是少量的，而根際微生物不僅能降解有機污染物，而且能強化植物對污染環境的適應能力，促進植物對有機物的吸收而間接加速有機污染物的降解。根際共生菌有助于植物養分吸收，增加植物生長和根系生物量。植物的根系分泌物，為根際微生物的活動提供了碳源和營養物質。根際微生物的代謝活動對根際分泌物起著重要的修飾限制作用；多粘桿菌產生的抗菌素，多糖素增強了細胞透性而導致根系分泌較多的氨基酸，細菌真菌及某些抗生素能增加燕麥分泌7-羥-6甲氧香豆素的能力。根際微生物刺激植物根際分泌更多的分泌物，為根基微生物提供了充足的營養，增加了微生物的數量和活性，從而加速了土壤有機污染物的降解。

2根際微生物對有機污染物降解作用

2.1根際微生物對有機污染物可生物利用性的影響不管根際還是非根際存在大量能夠降解有機污染物的細菌，但有機污染物常和土壤顆粒、有機物結合在一起，其可生物利用性很低。所以利用植物對土壤有機污染物的修復，首先必須提高有機污染物的可生物利用性。有些植物根際能分泌鼠李糖脂（rhamnolipids）和生物表面活性劑，這些物質可以增加有機污染物的溶解性和移動性，從而促進微生物的降解。

2.2根際微生物對有機物的降解根系分泌物通過影響根際微生物數量和活性實現對有機污染物的修復，眾所周知，根系分泌物能促進根際微生物的增殖。土壤桿菌、黃桿菌屬、產堿菌屬和假單孢菌屬的根際效應非常明顯，這些微生物在根際聚集，加速了農藥、石油等土壤有機污染的降解。將3種不同植物種在多氯聯苯長期污染的土壤上，6個月后，土壤多氯聯苯含量顯著降低，煙草土壤的多氯聯苯降低最多，植物能顯著增加了土壤細菌總數，而煙草和龍葵植物根系附近多氯聯苯降解菌數量、活性和種類數明顯提高。18種植物種在多環芳烴處理土壤上，發現與對照比，植物顯著增加了多環芳烴的生物降解，總細菌數和菲（Phenanthrene）降解菌也顯著增加；分離到的降解菌比對照土壤的降解菌有更強的降解能力。有些土壤微生物不能將有機污染物作為生長營養加以利用，但根系分泌物在微生物降解有機染物時起共降解作用，促進有機污染物最終分解為CO2，H2O，N2等簡單無機物。共降解是指微生物利用一種容易降解的物質作為支持生長的營養基質，而同時降解另一種物質，但是后一種物質的降解并不支持微生物的生長。根據研究報道，許多難降解有機污染物是通過共降解開始完成降解全過程的。這類污染物包括稠環芳烴、雜環化合物、綠化有機溶劑、氯代芳香類化合物、表面活性劑（ABS）以及農藥。但大多數情況下，污染物的降解往往有一組微生物聯合進行，對這些微生物組合如何在根際進行空間分布并聯合代謝目前尚缺乏研究。根際微生物含有較多的烴類分解代謝基因，進一步從根際微生物中分離這些基因，可用于轉基因提高植物降解烴類污染物的水平，這些研究為建立高效的有機物清除系統提供了實驗證據。

3根際微生物與植物選擇

3.1根際微生物的選擇根際微生物對于植物的地位（共生，根際環境）是微生物選擇的最重要參數之一。在污染土壤中降解石油烴能力強的細菌有：假單胞菌、節桿菌屬、產堿菌屬、棒狀菌屬、黃桿菌屬、無色菌、微球菌、分枝桿菌屬和諾卡氏菌屬。迄今發現許多細菌具有將燃料生物降解的能力，但在真菌方面主要局限于白頭霉。不過已有研究也同樣表明真菌具有生物降解各種有機污染物的巨大能力。例如真菌氧化芳香烴的能力是普遍的，有的真菌還能氧化芴、聯苯和苯并芘等，其氧化產物與哺乳動物的代謝產物相同。微生物的選擇還依賴于菌株的生長特性。曲霉真菌屬，桿狀菌和假單胞菌等，當存在可以利用的營養時，具有高的活性和生長率；在營養不足時，它們群體的濃度較低。只有當污染物給這些微生物提供超過原位微生物的競爭優勢時才能被利用。

3.2植物的選擇雖然有機物污染土壤中生物強化的成功依賴于根際微生物的選擇和接種，但植物也能通過影響根際移植率從而影響植物降解有機污染的效果。植物的生理狀態是首先要考慮的因子，其形成的根際生態區對微生物的生存非常重要。由微生物促進的植物修復，還要考慮植物的提取、揮發和穩定的能力，以及它促進微生物生長并成功移植到土壤中的能力。

4展望

4.1植物間協同作用有待于加強復合污染問題是新型污染形態，采用1種或幾種植物修復方法時難以達到理想效果，由于不同植物根系豐富程度存在差異、根系微生物種類和數量也存在較大的差異，所以可以利用不同植物通過混植等方式，利用不同植物根系微生物種類千差萬別的特性而存在無數種類的微生物酶系，通過這些酶系的單獨降解作用、聯合降解作用和共降解等作用以達到修復復合污染物的目的。

4.2應對重度污染環境介質有關資料顯示，一些重度污染環境介質由于污染較重，很多植物或水生植物因為無法呼吸而枯萎或死亡，而且一些土著微生物也因為無法呼吸而死亡，這些重度污染環境介質從而成為“死區”。這些重度污染環境介質僅利用自我修復過程將十分的緩慢，或通過化學、物理和物理化學方法進行修復則存在費用過高等諸多問題。因此利用微生物降解是在經濟可行，技術上有效的方法，而強制曝氣也成為一種土壤修復的有效途徑。4.3生物強化作用在土壤有機物污染領域的初步應用土壤環境是一個復雜的、動態的、活性的環境，在這個環境中雖然存在少許的土著微生物能降解一些難降解有機物，但是這些微生物在土壤環境中并不占據優勢，所以導致有機污染物降解和修復十分緩慢；而且這些微生物極其可能被干燥、光照或被其他高等微生物吞噬等。所以篩選出高效的微生物菌種等人工干預的方法使污染土壤中能快速形成高效微生物菌群以降解目標污染物，縮短土壤修復時間和提高微生物修復效果。本課題組將2，4，6-三氯酚降解菌利用包埋技術進行固定，并用其用于修復因為2，4，6-三氯酚污染的土壤，并對比研究了固定化和非固定化細菌對2，4，6-三氯酚的降解效果發現，固定化細菌具有耐環境負荷和更高的降解修復效果。也初步顯示固定化細胞方法修復土壤有機污染物的方法和思路是正確的，這和錢林波等[20]的研究成果相似。土壤的生物強化通過接種適宜的根際微生物增加了有機污染物的生物有效性，同時增加了微生物的活性和數量，提高了植物修復的效率。雖然在實際應用中還存在著一些困難，但是從長期發展來看，隨著相關研究的不斷深入，生物強化輔助的植物修復技術將會發展成為更加成熟的環境修復技術，從而為有機物污染的土壤修復提供更廣闊的前景。

作者：戴青松韓錫榮黃浩 施亮亮汪銀梅曹文平單位：徐州工程學院環境工程學院