土壤修复微生物研究现状*

张　宇，李朋朋，李士侠，张　迪，谭善娇，陈　坤

(1 聊城大学药学院，山东　聊城　252000；2 山东聊城东昌府区农业局，山东　聊城　252000；3 枣庄科技职业学院，山东　枣庄　277500)



土壤修复微生物研究现状*

张宇1，李朋朋2，李士侠3，张迪1，谭善娇1，陈坤1

(1 聊城大学药学院，山东聊城252000；2 山东聊城东昌府区农业局，山东聊城252000；3 枣庄科技职业学院，山东枣庄277500)

我国耕地受农药和化肥等污染严重，威胁粮食及生态安全。土壤中微生物具有改良土壤结构、促进农作物增产、提高农作物品质、减少和降解农药和化肥污染、保护生态环境等功效，同时也对污染土壤具有修复作用。本文着眼于土壤修复相关微生物研究的最新进展，对相关微生物种属在土壤修复中的作用、研究与发展现状及研究趋势等方面进行综述。

生态修复；土壤污染；微生物降解

随着农药和化肥使用量的增加，我国土壤污染日趋严重。据统计[1]，2013年我国化学农药使用量310.89万吨，其中杀虫剂117.4万吨，杀菌剂61.27万吨，除草剂128.11万吨。目前我国农用化肥单位面积平均使用量达到434.3千克每公顷，达到安全上限的1.93倍，施用总量占世界用量的三分之一。2014 年《全国土壤污染调查公报》显示[2]，全国土壤污染总超标率为 16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达 19.4%。土壤污染导致地下水体等生态环境不断恶化，粮食及农副产品质量下降，势必对国民健康造成了严重威胁。

土壤中含有大量的微生物，是土壤生态环境的重要组成部分，它们具有固定无机氮、降解解无机磷钾、促进植物光合效应、增进作物根系发育、抑制植物病原菌及虫害增殖、净化污水及农药中部分化学成分等多重功能，对土壤的理化性质、土壤肥力的形成及作物生长都发挥着极其重要的作用。

如何发挥微生物的正面效应消除污染物质以期改善污染土壤结构，是人类面对的重大课题。本文将对土壤微生物作用及其在污染土壤修复中的应用作综述。

1　土壤微生物简介

1.1土壤微生物

土壤的形成实质是大量微生物参与的有机质合成和分解过程。土壤微生物通过对有机质的分解释放养分，将地壳中的营养元素循环利用，以不断满足植物生长发育过程对养分的需求。由于环境因素、种植要求以及季节更替，土壤微生物组成在不断发生调整和变化。土壤熟化的过程即培肥土壤的过程，如休耕、耕作、施肥、灌溉和排涝等措施，也就是调节土壤微生物组成和代谢活动的过程，从而促进微生物种群朝着培肥力的方向发展[3]。

在污染土壤修复过程中，微生物扮演着重要的角色，通常人们会根据具体污染状况选择不同的微生物种类制成微生物制剂，通过其在自然条件下的增殖和土著微生物共同实现对污染土壤的修复。

微生物制剂是指经过分离纯化、菌种改良、工业化生产扩繁后的微生物加工制成的活菌制剂，通常以简单有机质作为载体制备成可吸咐微生物菌液或加入其他辅助成分制备成固体制剂[4]。按制剂中起作用的微生物种类，土壤微生物制剂又可分为细菌类、放线菌类和真菌类等多种类型。按制剂组成复杂程度，可分为纯微生物制剂和复合混微生物制剂。常用的有根瘤菌制剂、溶磷菌制剂、硅酸盐细菌制剂、光合细菌制剂等[5]。

微生物制剂被认为是“无公害农药”，防治对象不易产生抗药性，不伤害天敌，不破坏生态平衡，繁殖快。微生物制剂在农业生产中的应用表明，它在化学肥料利用率的提高、疏松土壤、土壤污染修复[4]、培肥地力、减少病虫害的发生[5]，提高农作物产量以及改善农产品品质[6]等方面都有着非常好的效果。

1.2土壤微生物在传统农业中的实践

长期以来，我国农业生产建立了有利于土壤微生物体系构建的多种举措。赵亚丽等[7]报道了土壤耕作和秸秆还田对土壤和产量的影响，证实这两种增产措施使得土壤微生物数量，酶活性均得到大幅度提高。

传统堆肥法是非常经典的微生态制剂生产手段。堆肥法是利用堆制原料中的土著微生物来降解有机物以丰富营养成分，增加微生物的活性，但耗时长且产生臭味。人工加入高效微生物菌株可以调节其菌群结构，提高相关微生物酶的活力，从而提高堆肥效率和质量[8]。

2　土壤修复微生物研发现状

2.1解磷钾微生物的研究

磷钾肥的大量施用会造成土壤板结，使得土壤微生物菌群失调，进而影响土壤肥力和农业生产[9]。

土壤中的无机磷占总量的45%左右，解磷微生物可以将难溶性的磷转化成有利于植物生长的可溶性磷。已报道的具有解磷能力的微生物有二十几个属之多[10]，主要是细菌，部分真菌也具有解磷作用。赵晨曦等[11]从自然矿藏中筛选获得磷钾细菌。

2.2降解多环芳烃类污染物微生物的研究

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是广泛存在于环境中的一类有毒有机污染物[12]。秦华等[13]考察了丛枝菌根真菌菌丝对多氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)污染土壤的修复效应及其机理，发现接种菌根真菌处理各土层 PCBs 降解率为 最高达57.39%。于瑶瑶等[14]从盐碱土壤中筛选蒽降解菌株Demequina salsinemorus BJ1并初步证实它可能通过邻苯二甲酸途径降解蒽。廉景燕等[15]从大庆油田的土壤中筛选出了一株高效萘降解菌株Pseudomonas sp.，接种到含有2.5 mg/g萘的灭菌土壤中，经过11 d室温培养之后，萘的去除率为97.9%.

2.3有机磷农药降解菌

有机磷农药占总农药的70%左右，具有较高的毒性，对作物和土壤造成严重污染。史延华等[16]利用施氏假单胞菌 YC-YH1和对硝基苯酚降解菌 CN2 对甲基对硫磷进行共降解试验，发现联合使用对土壤中 100 mg/kg 甲基对硫磷的降解率接近 100%。

草甘膦是有孟都山开发的一种化学除草剂，对土壤生态有一定负面效应，有资料显示它对人体也有危害。目前人们已经分离获得多种可以降解草甘膦的微生物类型。Zhao等[17]分离得到三株以草甘膦为唯一碳源的假单胞菌Pseudomonas spp. strains GA07, GA09和GC04，且检测到氧化还原酶活性。Fu等[18]通过对Aspergillus oryzae紫外线诱变选育，获得了四种降解草甘膦的菌株。另外苍白杆菌属Ochrobactrum sp.[19]和枯草芽孢杆菌[20]的一些菌株也具有降解草甘膦能力。

2.4重金属降解菌的研究

由于矿产资源相关行业过度排放，我国某些地域土壤重金属污染严重。特定类型的微生物可以减缓重金属污染效应，达到土壤修复的效应。纪宏伟等[21]采用盆栽试验方法，发现巨大芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌的混合发酵液可以显著提高印度芥菜对Cd污染土壤的修复。汪建沃[22]报道成功研制出土壤重金属原位固定复合修复剂，使得微生物降镉技术取得突破性进展。陈保冬等[23]研究证实某些菌根真菌对重金属表现出较强的耐受性，在污染土壤修复方面显示出应用潜力。杨振兴等[24]也对真菌耐受重金属进行了系统研究。段燕青等[25]利用多环芳烃-重金属双抗培养基从污染土壤中筛选得到一种对 Cu 和 Cd 有高耐受性的米曲霉，耐受浓度分别为 500 mg/L 和 50 mg/L，高出国家土壤重金属二级标准 5倍和83倍。

3　结　语

随着人们的绿色、安全和环保意识不断增强，土壤治理相关微生物资源的开发将会被提升到一个崭新的高度。党的十八大提出了可持续发展战略，要求社会经济发展的同时，注重生态环境保护的重要性。为大力推进化肥减量提效、农药减量控害，积极探索产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路，2015年农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》。近日，《土壤环境保护和污染治理行动计划》已由环保部提交至国务院审核，预计2016年年内将会出台，届时将启动全国土壤污染状况详查，继续组织实施污染土壤治理与修复试点项目，推进污染场地试点示范，建立规范的污染场地联合监管机制。

作为21世纪的推广战略，微生物制剂将向着高产量、高技术、高质量的方向发展，将会大大推动农业和环保领域的绿色革命。

[1]束放. 2013年我国农药使用概况[J].农药快讯, 2014(12):18-20.

[2]环境保护部,国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[EB/OL]. [2014-04-17]. http://www.zhb. gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670. html.

[3]沈德中.土壤生态制剂[J].中国微生态学杂志,1992(01):32-35.

[4]刘志培,刘双江.我国污染土壤生物修复技术的发展及现状[J].生物工程学报, 2015(6):901-916.

[5]王明富.复合微生物肥料生产研究及其应用前景[A].全国生物肥料研究开发与综合应用新技术新设备交流研讨会论文集[C].2011:118-127.

[4]刘振华,罗远婵,张道敬,等.农用微生物杀菌剂剂型研究进展[J].农药学学报, 2014,05:497-507.

[5]张建明,丁亚欣,严鸣君,等.微生物制剂在蔬菜栽培上的作用研究[J].现代农业科技, 2014 (15):96-97,99.

[6]周家正,周毅,肖守飞,等.微生态制剂在蓝莓组织培养和种植上的应用研究[A].第十届全国微生态学学术会议论文集[C].2010:346-349.

[7]赵亚丽,郭海斌,薛志伟.耕作方式与秸秆还田对土壤微生物数量、酶活性及作物产量的影响[J].应用生态学报,2015,26(6):1785-1792.

[8]李季,李维炯.复合微生物制剂及其在堆肥和长期试验中的应用[A].第十届全国土壤微生物学术讨论会暨第三届全国微生物肥料生产技术研讨会论文(摘要)集[C].2006:48-52.

[9]李娟,赵秉强,李秀英,等.长期有机无机肥料配施对土壤微生物学特性及土壤肥力的影响[J].中国农业科学,2008,41(1):144-152.

[10]毕江涛,孙权,李素剑,等.解磷微生物研究进展[J].农业科学研究,2009, 30(4):58-64.

[11]赵晨曦,刘前刚,张志元.磷钾细菌解磷解钾能力的研究[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2004,30(6):519-521.

[12]刘志阳.多环芳烃污染土壤修复技术研究进展[J].污 染 防 治 技 术 2015, 28(3):19-21.

[13]秦华,白建峰,徐秋芳,等.丛枝菌根真菌菌丝对土壤微生物群落结构及多氯联苯降解的影响[J].土壤,2015,47(4):704-710.

[14]于瑶瑶,韩伟,王莹莹.一株蒽降解细菌的分离及降解特性研究[J].微生学通报,2015,42(12):2321-2329.

[15]廉景燕,吕勃熠,刘金彪,等.萘降解菌的分离鉴定及在污染土壤生物修复中的应用[J].南开大学学报(自然科学版),2015,48(6):92-98.

[16]史延华,任磊,贾阳,等.节杆菌与施氏假单胞菌对甲基对硫磷的共降解研究 [J].湖南农业科学, 2015,(4):97-101.

[17]Zhao H, Tao K, Zhu J, et al.. Bioremediation potential of glyphosate-degrading Pseudomonas spp. strains isolated from contaminated soil [J]. J Gen Appl Microbiol., 2015,61(5):165-70.

[18]Fu GM, Li RY, Li KM, et al. Optimization of liquid-state fermentation conditions for the glyphosate-degradation enzyme production of strain Aspergillus oryzae by ultraviolet mutagenesis [J]. Prep Biochem Biotechnol., 2016-01-21.

[19]Hadi F, Mousavi A, Noghabi KA, et al. New bacterial strain of the genus Ochrobactrum with glyphosate-degrading activity [J]. J Environ Sci Health B., 2013;48(3):208-13.

[20] X M Yu, T Yu, G H Yin, Glyphosate biodegradation and potential soil bioremediation by Bacillus subtilis strain Bs-15 [J]. Genet. Mol. Res., 2015, 14(4): 14717-14730.

[21]纪宏伟,王小敏,赵英男,等.巨大/胶冻样类芽孢杆菌对印度芥菜修复Cd污染土壤的影响[J].水土保持学报,2015,29(2):215-219.

[22]汪建沃.我国微生物降镉技术取得突破性进展[J].科技/科技与产品, 2015,14(30):47-48.

[23]陈保冬,孙玉青,张莘,等.菌根真菌重金属耐性机制研究进展[J].环境科 学,2015,36(3):1123-1132.

[24]杨振兴,田从魁,党晨原,等.真菌对重金属 Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ), As(Ⅲ)和 Cr(Ⅵ)耐受性的比较研究[J].北京大学学报(自然科学版),2015,51(4):667-676.

[25]段燕青,岳秀萍,白凡玉,等.耐受重金属的芘降解真菌的筛选及芘降解动力学研究[J].环境工程学报,2015,9(2):977-982.

Research Status of Soil Bioremediation by Microbials*

ZHANGYu1,LIPeng-peng2,LIShi-xia3,ZHANGDi1,TANShan-jiao1,CHENKun1

(1 College of Pharmaceutical, Liaocheng University, Shandong Liaocheng 252000;2 Dongchangfu District Agricultural Bureau, Shandong Liaocheng 252000;3 Zaozhuang Vocational College of Science & Technology, Shandong Zaozhuang 277500, China)

Cultivated land is heavily polluted by pesticides and fertilizers in China. Soil microbial can improve the soil, promote crop growth and increase production, reduce the amount of pesticides and fertilizers, etc. The role of microorganisms in soil remediation was discussed, and the situation of research and development of relative microbial were summarized.

ecological restoration; soil pollution; microbial preparation

聊城大学博士基金项目(31805)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201410447049)。

张宇(1994-)，女，在读本科生。

S154

A

1001-9677(2016)015-0017-03