微生物在重金属污染土壤修复中的作用研究

刘 颖

（北京建工环境修复股份有限公司，北京 300041）

重金属污染在我国环境污染中所占比重较高，对土壤的危害性较大，不仅影响着农作物的产量，还影响着人们的身体健康。目前，对重金属污染土壤修复技术存在多种形式，其中微生物修复技术相较于物理、化学修复技术来说，其较低的成本、效果的稳定性、二次污染小等优势都提高了其应用的广泛性，成为修复重金属污染土壤的重要手段之一。

1 微生物重金属污染土壤修复技术概述

如果土壤被重金属污染，将会失去生产能力，严重影响农作物的生长。利用微生物对重金属污染土壤进行修复，主要是指利用土壤中已经存在的或人工培养的微生物群，让其在适宜的环境中，利用自身的代谢功能，来对重金属污染物进行降解，将其转化成低毒或无毒的有机物质（图1）。微生物菌群繁殖较快，适应性强，并且能够在土壤环境发生变化时产生新的酶系，使微生物具备有新的代谢功能，从而实现对土壤中重金属污染物降解的目的。现阶段，利用微生物对土壤中重金属污染物进行修复已成为治理污染的重要课题，对其进行研究十分必要。

图1 微生物降解重金属

虽然微生物在重金属污染土壤修复中的运用有着显著的优势，但是，在其使用过程中，必须具备相应的条件才能达到预期效果：①土壤中含有的微生物种类在形式上应呈现多样化特征，并且能够适应土壤环境的变化，代谢功能稳定，从而能够对土壤中的重金属进行固定或转化；②土壤中的重金属在微生物作用下，具有可降解性，能够通过微生物特性实现大分子化合物向小分子化合物转变的可能；③受土壤营养、共代谢基质等土壤环境的影响，微生物重金属污染土壤修复效果可能不同，因此，在进行微生物菌群培养时，应将土壤环境进行适当的调整。

2 土壤重金属污染修复技术现状研究

2.1 物理修复技术

物理修复技术指运用物理方式将重金属污染物从土壤中分离出来的方法。主要包括换土法、隔离法、热脱附法、玻璃化法、电修复法等。物理修复技术具有很强的稳定性，对土壤要求不高，一般能够较为彻底地清除被污染土壤中的重金属物质，但是，物理修复技术的应用受工程量、土地规模等的影响较大，成本较高。

2.2 化学修复技术

化学修复技术在被重金属污染的土壤中添加吸附剂、抑制剂等化学试剂，使其与土壤中的重金属物质发生化学反应，进而达到降解重金属物质目的的一种方法。主要包括固化稳定化技术、化学还原技术、土壤淋洗技术等。固化稳定化修复技术主要利用固定剂使土壤中的重金属吸附、沉淀，从而减缓或固定重金属离子的迁移速度，使其保持在稳定的状态之下，以降低土壤中重金属物质的毒性。固化稳定化修复技术主要用于高盐碱地重金属污染区域，其用法较为简单，适用于大面积污染土壤的使用，但是由于固化剂的不稳定性，在土壤温度发生变化时，固化剂作用容易失效，直接影响着重金属污染土壤的修复效果。土壤淋洗技术通过将可促进重金属溶解或迁移的化学溶剂注入污染土壤中的方式，使其发生化学反应，从而将重金属污染物从土壤中分离或溶解。土壤淋洗技术的应用受土质影响较大，一般在沙砾含量超过50%的土壤中使用效果较为显著，而土壤中黏土含量较大时不考虑采用该技术。

2.3 生物修复技术

生物修复技术是指利用生物特有的功能来去除土壤中的重金属污染物。主要包括植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术。生物修复技术降解过程迅速，在修复过程中不影响土壤的正常使用，出现二次污染的机率较小。但生物修复技术不能降解所有的重金属污染物，需要对污染场地进行长期的监控，了解其具体状况后才能有针对性地采取最佳修复技术。

3 微生物在重金属污染土壤修复中的作用

微生物土壤修复技术能够充分利用微生物代谢活动中的活性有益菌，来降低土壤环境中重金属的浓度和毒性，使重金属物质处于无害的状态之下，以达到重金属污染土壤修复目的。微生物土壤修复技术的应用，投入成本较小，而且产生二次污染的可能性很小，生态环保性好。

3.1 微生物土壤修复技术对重金属物质有着吸附作用

微生物种类繁多，像硫酸菌还原菌、蓝细菌、一些藻类等微生物，能够在代谢过程中产生多糖和糖蛋白等物质，从而与土壤中的重金属离子形成毒性较低或没有毒性的络合物，实现了对土壤中重金属的吸附。不仅如此，微生物与重金属离子所形成的一些络合物，还可以吸附土壤环境中存在的另外多种重金属物质，同样起到了土壤修复的目的。

3.2 微生物土壤修复技术对重金属物质有着转化作用

有些重金属物质在经过还原之后，可以降低其毒性，减小其对土壤的危害。而微生物土壤修复技术，能够利用微生物的还原特性，来降低土壤中重金属物质的毒性，有些有机物质甚至会促进植物的生长，图2为微生物氧化还原重金属物质过程。例如，一些微生物可以在厌氧环境下，对铬酸盐和重铬酸盐进行还原，将高毒性的6价铬还原为低毒性的3价铬。

图2 微生物氧化还原重金属物质过程

3.3 微生物土壤修复技术对重金属物质有着沉淀作用

在自然界中，很多微生物具有诱导成矿的能力，在重金属污染土壤修复过程中，可以充分利用微生物的这种能力，诱导碳酸盐等物质沉淀，来固定土壤中的重金属物质，以达到降解重金属的目的。

4 微生物在重金属污染土壤修复中的具体应用

微生物土壤修复技术，主要利用自然界中微生物或人工培养微生物群，让其在适宜的环境下促进其代谢功能，以达到降解重金属污染物毒性的目的，使土壤中的重金属物质清除或重新利用。目前，用于重金属污染土壤修复的微生物主要有细菌、真菌、藻类等。

4.1 利用细菌实现重金属污染土壤的修复

微生物种类丰富，很多微生物，例如细菌，在其细胞表面具有特殊的结构，能够利用微生物的细胞壁，对重金属进行吸附。而在被重金属污染的土壤当中，往往会存在大量的耐重金属细菌，这样一来，可以充分利用细菌的吸附、降解等能力，将土壤中的重金属离子吸附到细菌细胞的不同部位或使其结合到细菌的胞外基质上，在细菌进行代谢活动时，或将这些重金属离子沉淀，或将这些重金属离子螯合，从而降低土壤中重金属离子的浓度，改善土壤团粒结构。在实际应用过程中，经常将特定微生物与营养物质进行复合，形成复合微生物肥料，或与微生物菌剂等混合使用，一方面为农作物的生长提供优良的营养物质，提高农作物的产量；另一方面利用微生物菌群改善农作物土壤环境，有效降低土壤中重金属离子浓度，充分发挥出其修复作用。

4.2 利用真菌实现重金属污染土壤的修复

真菌属于微生物中的一种，广泛存在于水体、土壤环境当中。经过相关研究发现，真菌的一些性质，与细菌在重金属污染土壤的修复应用上存在着相似的机理，能够与汞、铅等重金属元素发生配位络合作用，从而能够与土壤中的重金属离子形成稳定的络合物，更有利于对土壤中重金属离子的处理。在实际应用中，经常以在堆肥过程中添加生物炭的方式，来改良土壤中微生物的增殖情况。堆肥添加生物炭过程中，随着堆肥浓度的增大，土壤中真菌的数量也随之增多，提升了重金属的降解速率，一方面能够降低重金属在土壤中的移动速度，另一方面能够固定重金属离子，在施用堆肥过程中避免重金属向土壤各处的传播。

4.3 利用藻类实现重金属污染土壤的修复

藻类微生物主要生长在水体和土壤当中，对重金属具有一定的耐性机制，能够诱导有机物质自由基或活性氧的生成，是重金属污染土壤修复技术的常用方式之一，其吸附性能往往高于其他生物。藻类在土壤重金属修复过程中，主要通过两个方面来实现：①通过藻类释放的胞外产物；②通过藻类细胞壁的结合作用，来很好的吸附土壤中的重金属离子。目前，利用藻类实现重金属水体污染的修复应用较为广泛，对重金属污染土壤修复的应用还需进一步的研究。

5 结束语

综上所述，微生物在重金属污染土壤修复中具有重要的作用，不仅能够提高重金属的吸收率，使植物的生长更加快速，提高农作物产量；还能够讲解土壤中的重金属，减轻重金属对土壤的危害。因此，在未来的发展过程中，应针对不同微生物群，对微生物在重金属污染土壤修复中的应用进行创新，提高其应用效果，改善土壤环境，确保土壤环境的可持续发展。