功能微生物对土壤重金属的活化作用研究

付 雨

（山西晋环科源环境资源科技有限公司，山西 太原 030027）

引言

环境治理是当前全球所面临的巨大挑战，尤其是近年来全球所面临的大气污染、水体污染以及土壤污染等。其中，土壤污染是当前环境治理的难点和热点。针对土壤重金属污染治理可通过采用物理、化学或者生物治理的手段。物理、化学手段对重金属污染的土壤进行修复不仅效果差，而且还存在对土壤造成二次污染的风险[1]。当前，通过微生物对土壤中的重金属进行高效溶解，从而促进植物对重金属元素的吸收；根际微生物与其他微生物不同，其在对重金属溶解的同时还可大量分泌植物激素，从而促进植物的生产发育，继而提高了植物对重金属的修复效率。本文将重点开展功能微生物对土壤重金属的活化作用研究，重点阐述如下。

1 土壤重金属含量分析

自20 世纪全球工业高速发展以来，土壤被重金属污染的程度越发严重。被重金属污染的土壤具有一定的隐蔽性、不可逆性和长期性的特征。被重金属污染的土壤其肥沃能力明显下降，对应农作物的产量和质量也会随着下降；同时，土壤中的重金属可能会渗透至地下水，对水资源造成污染。总而言之，土壤中的重金属会通过多种途径进入人体内，威胁着人类的健康。因此，针对重金属污染土壤问题的治理迫在眉睫[2]。为了后续可对功能微生物对土壤重金属治理效果进行客观评价，本文对土壤中的重金属含量进行分析研究。

针对土壤中重金属含量的测定需求，实验需要配套吸收分光光度计、冷原子吸收微分测汞仪、双道原子荧光光度计、微波消解仪、超水处理系统、自动控温电热板等；测定过程中所采取的试剂及浓度如表1所示。

表1 土壤重金属含量测定试剂及浓度

在对土壤取样时需要注意，为了保证能够客观真实地反映土壤中重金属的含量，在待检测点收集0～20 cm 厚度的样品，保证样品的质量在1～2 kg。根据《土壤环境质量标准》中所规定的，重点对土壤中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni 以及Hg 等元素的含量进行测定，在测定过程中必须严格按照相关规范方法测定。待检测区域土壤中重金属含量的测定结果如表2 所示。

表2 土壤中重金属含量测定结果

2 功能微生物的筛选和活化作用研究

本节将根据待治理土壤的特点选择合适的功能微生物，并采用所选择的功能微生物对土壤中重金属的活化作用开展研究。

2.1 功能微生物的筛选

在对抗重金属产酸菌和纤维素降解菌分离鉴定试验研究的基础上，结合表2 中土壤中的特点，通过初筛和复筛两道工序，最终确定采用两类真菌对土壤中的重金属进行治理，其中一类具有较强的产酸能力，另外一类具有较高的纤维素酶活性[3]。

2.2 功能微生物对重金属的活化作用研究

2.2.1 实验方案的设计

针对功能微生物对重金属活化作用研究的需求，制定如下实验方案：

取4 株菌，并采用4 ℃的石蜡对其进行油封处理；将处理后的菌株置于牛肉膏蛋白胨液体的培养基中进行培养，设定活化时间为18 h。试验分为空白对照组和实验组两部分。

空白对照组：将20 g 待研究的土壤经100 目的筛子过滤后，仅加入牛肉膏蛋白胨液体，并保证体积为200 mL。

实验组：将20 g 待研究的土壤经100 目的筛子过滤后，加入一定量的牛肉膏蛋白胨液体，平均分成4 组，分别在锥形瓶内加入细菌H1、细菌H2、真菌Su1和真菌Su2的悬浮液。对上述4 种实验组在28 ℃、128 r/min 的摇床中进行培养，每间隔一天对摇床中培养的悬浮液进行采集，并将所采集后的悬浮液在离心管中离心5 min，期间离心转速为10 000 r/min，对离心处理后的液体采用分光光度计对其中的金属含量进行测定[4]。

2.2.2 实验结果分析

所谓功能微生物对Cd 的活化作用，指的是对上述4 种菌株对土壤中重金属的溶解能力进行对比，以Cd 为例，对于重金属Cd 而言，不同菌株对其的溶解性对比如图1 所示。

图1 不同菌株对Cd 的溶解性对比

由图1 可知，总体而言，H1细菌、Su1真菌以及Su2真菌对Cd 的活化作用，即对Cd 的溶解性能较好。其中，在接种第四天后，H1细菌菌株对Cd 的溶解能力达到21 mg/kg，而此时对照组中Cd 的溶解能力仅为10.4 mg/kg。随着时间的推移，在接种第五天之后，H1细菌、Su1真菌以及Su2真菌对Cd 的溶解能力均高于空白对照组；在接种第八天后，Su2真菌菌株对Cd 的溶解能力低于空白对照组。

从图1 可以看出，H2细菌菌株对Cd 的溶解能力一直低于空白对照组，Su2真菌菌株在接种第五天到第八天之间其对Cd 的溶解能力大于空白对照组，其余时间段较小。而H1细菌、Su1真菌对Cd 的溶解能力均高于空白对照组，其中Su1真菌对Cd 的溶解能力最高可达到20.4 mg/kg；H1细菌对Cd 的溶解能力最高可达到21 mg/kg。

以Cu 为例，不同菌株对Cu 溶液性对比如图2所示。同理得出：对于土壤中的Cu 而言，H1细菌、H2细菌、Su1真菌以及Su2真菌对Cu 的溶液效果不明显，在接种五天后上述菌株对Cu 的溶液能力反而低于空白对照组。

图2 不同菌株对重金属Cu 的溶解性对比

以Pb 为例，不同菌株对Pb 溶液性对比如图3所示：

图3 不同菌株对重金属Pb 的溶解性对比

从图3 可以看出，在接种第一天到第四天，5 组实验对Pb 的溶解能力相当；接种第五天后Su1真菌菌株对Pb 的溶解性大于其余4 组实验，此时空白对照组对Pb 的溶解能力大于其余三种菌株；接种第六天后Su1、Su2真菌菌株对Pb 的溶解性大于其余三组实验，此时空白对照组对Pb 的溶解能力大于其余两种种菌株。

综上所述，Su1真菌菌株对Pb、Cd 等重金属具有较好的活化作用，可应用于对土壤中Pb 和Cd 等重金属的治理[5]。

3 结语

重金属对土壤的污染不单单会影响到作物的生长，而且会使重金属土壤中耕种的作物含有有害重金属；同时，土壤中的重金属会渗透到地下水，对水资源造成污染。因此，对土壤中重金属的治理迫在眉睫。针对土壤中重金属的治理需求，本文开展的系列研究旨在寻求一种可对重金属进行高效溶解的功能性微生物。经实验研究得出：Su1真菌菌株对Pb、Cd 等重金属具有较好的活化作用，可应用于对土壤中Pb 和Cd等重金属的治理。