农田重金属阻控的微生物修复技术探讨

黄志钢

（佛山市铁人环保科技有限公司，广东 佛山528000）

我国的农业与工业在当前的大好局势下，以非常快的速度发展，积极扩大产业规模，但是其给环境带去的负面影响已经变得很严重，如农田的重金属问题。处于农田之中的污染物可滞留较长的时间、形成的迁徙性差，很难降解，长期维持稳定状态，严重威胁土壤的生物群落结构与理化性质，借助食物链会间接影响人类健康。治理与阻控农田重金属污染问题时，可使用物理、化学以及微生物等多种技术，其中微生物技术具有不会造成二次污染、成本低以及安全性强等优势，因此可更多地运用这一项技术。

1 微生物修复技术概述

微生物修复技术具有高效、安全的应用特点，属于新型修复技术，通过原有土壤环境中生存的微生物或者向被污染的土壤中投放经人工培养获取的微生物，基于微生物的胞内积累、胞外沉淀以及络合等不同的作用，来转化、吸收与降解处于土壤中的多种重金属物质，恢复土壤原本的生态功能，确保农田在修复后可以增收增产。将资金微生物菌剂运用到土壤中，可控制Cd 含量，使双季稻维持较高的产量。与其他的修复技术相比，微生物修复技术更加环保，综合应用效果好，修复成本不高，并不会轻易产生二次污染的问题，发挥修复作用之后，土壤的功能并不会因修复行为而被破坏。

2 修复农田土壤重金属污染问题的可用技术方法

针对农田土壤中出现的重金属问题，主要采用物理化学、化学、物理以及生物的方法展开治理工作，通过不同的技术系统来转化、固定与吸收重金属物质，降低重金属在土壤中的含量，使其浓度能够处于安全范围之内，在治理修复期间需要尽量避免印象到土壤的生态功能，最终恢复土壤的农业应用功能，使用物理化学技术时，将电动修复、固化修复与土壤淋洗技术结合使用，可在重度污染的土壤中发挥效用，也可被优先引进到大面积修复的工程中，修复后，可继续应用土壤；但是在使用时，也暴露出不少缺点，如修复时应用的淋洗剂的应用成本偏高，还会造成二次污染的问题，必须进行异位修复处理，同时也对土壤自身的质地有严苛的要求，不属于永久性措施，实施时还要预先形成酸性条件，需要的时间成本偏高。应用生物修复技术时，同样选择联合修复的方式，联合应用微生物修复技术与植物修复技术，支持土壤的二次应用，更加符合环保要求，能够实现原位修复的目标，但是其属于新兴技术，在使用前期将生成比较高的研究成本，同时有一定概率构成生物风险事件。微生物本身也是土壤系统的关键构成部分之一，其可进行旺盛活跃的代谢活动，除了比表面积大之外，数量也很多，可将有机型污染物看成是能源与碳源，同时也可与别的有机物质展开共代谢活动，降解土壤内的有机污染物。

3 微生物修复技术应用情况分析

现对微生物修复技术系统中的主要技术进行研究，确定各种微生物修复技术应对土壤重金属污染时的技术应用效果。

3.1 生物强化技术。形成生物刺激之后，可借助土著菌具备的修复潜力，展开修复活动，然而外部环境条件会构成影响，削弱修复效果，过多地运用废料，会缩减微生物原本比较强的降解能力。因此可以应用生物强化技术对生物刺激作用进行进一步加强，也可联合应用生物强化技术与生物刺激技术。在生物强化的技术系统中，需要通过人工方法对菌类进行培养，而后再开展筛选、富集与驯化工作，确定菌类已经达到相应的数量之后，将其施加到土壤中，被筛选与有效驯化的菌类进入被污染的土壤中，能够以比较快的速度控制重金属的毒性与污染程度，获取高效菌株主要通过基因工程、驯化与筛选等方式。

3.2 生物刺激技术。生物刺激指向受污染的土壤中添加微生物生长所必需的N、P 等营养元素，刺激土壤中原微生物的生长，加强土壤中微生物的代谢能力，从而降低土壤中重金属浓度与毒性。瞿卫等人发现在最佳条件下，强碱性的D- 葡萄糖酸溶液萃取重金属效率最大可达：Ni43%、Cr60%、Cd50%、Zn70%、Pb80%和Cu84%。0Higgins T E 等人发现通过将堆肥、泥炭等有机物加入铬污染土壤来进行原位修复，可以加快铬降解速率，并提高修复效果。

3.3 筛选高效菌株。本土生物强化技术是从重金属污染土壤中筛选土著微生物，富集培养后再施加到原土壤中的过程。靳治国等人筛选分离出耐铅、镉的菌株，得到了可以耐受高浓度铅的绿色木霉菌和耐受高浓度镉的淡紫拟青霉菌。以这两种真菌的菌丝体活细胞作为吸附剂，考察了绿色木霉菌吸附铅离子、淡紫拟青霉菌吸附镉离子能力。结果显示，铅离子与镉离子的初始浓度与数量越高，菌株对这两种重金属离子的吸附量则越大。Iram等人从城市农业区的土壤样品中筛选分离出耐Cr 和Pb 等重金属的真菌，包括黄曲霉、黑曲霉、茄病镰刀菌和产黄青霉菌。结果表明，大部分菌株对Pb 和Cr 具有抗性，只有少数能够生长。在分离的真菌菌株中，黑曲霉对Pb 的耐受性最强，MIC 为600mgL，黄曲霉对Cr 耐受性强，MIC 为400mg/L, 这使其成为生物修复剂的潜在候选者。Levinskaite 等人发现，对几乎所有金属的耐受的真菌有黑曲霉、草酸青霉和淡紫拟青霉，所有真菌都显示出极高的Fe 积累能力。

3.4 建设基因工程菌。现代基因工程可以对物种之间的界限进行突破，转移重金属抗性基因，使其融入到一些微生物中，这些微生物对于被污染的土壤有着比较强的适应性，通过这种方式打造出高效菌株。有学者对于金属硫蛋白形成的而基因工程菌对于温度因素形成的耐受性展开研究，同时确定在相应的温度条件下去除Cd 的情况，经过研究与统计，确定实际去除率可以达到98.5%；还有学者研究了金属例子受到工程菌的富集性作用的影响，确认工程菌所具有的富集能力。

3.5 其他微生物修复技术分析。固定化微生物技术系统是以固定化酶技术为基础，可通过一些有效的技术方法使微生物直接被固定到预设区域中，确保处于这个区域中的微生物能够维持活性，外部环境中不利影响因素进行屏蔽，同时也预防土著菌与其形成恶性化的竞争活动，将更加合适稳定的环境提供给微生物，消除细胞被直接破坏以及流失的问题。将聚乙烯醇、明胶与海藻酸钠当成载体，经过研究发现相比普通的酵母菌，进行固定化处理工作的酵母菌形成细胞氧化损伤问题程度轻微，可以确定酵母菌固定化技术的应用优势。

4 技术应用展望

虽然修复土壤重金属污染问题时，可以根据修复需求，优先选择微生物修复技术，但是该新型修复技术的缺点必须要被技术人员关注到，如在相应的修复点位上，本地菌株与微生物可能会产生竞争活动，如果竞争失败，微生物数量减少，还会损失一部分代谢活性。考虑到该技术出现的时间还很短，需要投入大量的精力到后期评估与前期开发的环节中，技术应用结果尚存不确定性，一些微生物技术存在较高的应用门槛。微生物菌种资丰富，应用范围广，这些技术研发条件使得微生物修复技术拥有较为广阔的研究空间，考虑到其在经济性与生态性的潜力，可从以下几个方面展开研究活动：在当前的技术研发基础上，注重对带有优势的菌株实施驯化与筛选，利用建设基因工程菌来固定、吸附与转化重金属，在修复实践活动中，逐渐累积技术应用经验，进而在之后重金属污染问题中，使用更加成熟的微生物技术。一些农田的污染问题具有复杂化的特点，针对复合污染问题，可尝试将不同种类的修复技术集成应用，如联合微生物与植物修复技术，将被联合的两种技术各自具有的优势展示出来，扬长避短。深入研究微生物技术，把握其技术应用机理，将研究工作扩展到分子领域中，启用红外分析技术对修复机理进行解释，以此来给当前的修复技术形成必要的数据支持与理论基础。通过统计大量的试验数据获取精准度较高的参数，在面对实际问题时，注入更多的精力，研究人员还需加强对土壤学科以及环境化学学科知识的了解，为微生物修复技术打造出更加完备全面的理论系统。

结束语

由于微生物修复技术能够满足基本的农田土壤污染治理需求，同时还有成本、安全性与效率方面的优势，本文首先对微生物修复技术进行了介绍，也对比了其他修复技术，以此突出微生物修复技术的应用特点，最后介绍了具体使用固体化微生物、生物强化技术与生物刺激技术的具体运用状况，借助微生物形成的吸附、降解与转化等作用。微生物修复技术能够适应多种不同的修复环境，发挥出良好的修复应用效果，基于其在这一污染治理工作领域中的发展前景，需要继续展开该技术的研发，强化修复应用效果。