微生物强化植物修复铅污染土壤研究

裴佳楠

太原科技大学，山西 太原 030024

我国于2014 年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，重金属铅的点位超标率达1.5%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位的比例分别为1.2%、0.2%、0.1%和0.1%，可见我国土壤的铅污染状况不容乐观[1]。作为典型的土壤重金属污染物，铅可以通过食物链对人体健康、食品安全和土壤环境造成重大威胁。目前，可以用于重金属污染土壤修复的技术相当多，其中微生物—植物联合修复被认为是治理和重建重金属污染土壤最可行的选择[2]。乳酸菌是一种公认安全的食品级微生物。过往报道表明，乳酸菌对铅离子具有优异的去除能力[3-5]。因此，本论文通过盆栽试验来研究耐铅乳酸菌和黑麦草联合修复铅污染土壤的能力，以期为微生物和植物联合修复铅污染土壤提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验所选耐铅乳酸菌菌株为从酸菜中分离出的E. faecium DUTYH_16120012。所选植物为多年生黑麦草。所用土壤样品为通用型有机营养土。将土壤样品自然风干后，挑除石块等杂质，碾碎过筛。

1.2 实验方法

1.2.1 盆栽试验设计

在进行试验时，首先在土壤样品中按照一定的比例投加硝酸铅溶液，使土壤的Pb2+质量浓度分别为0、250、500、750 和1 000 mg/kg。接下来，对黑麦草种子进行消毒，并在避光条件下催芽。同时，将E.faecium DUTYH_16120012 菌体制成浓度为108CFU/mL 的菌悬液。

本试验在室内进行，分别设置空白组、植物组、乳酸菌—植物组，对每个土壤浓度都设置三个不同的处理组。经过45 d 的植物生长后，测定相关指标。

1.2.2 测定方法

按照黄周满等[6]所述的方法测定黑麦草地上、地下部分Pb2+含量，根据国标GB/T 17141-1997 测定土壤中的Pb2+含量。计算富集系数（BCF）和转运系数（TF）：

2 结果与讨论

2.1 微生物与植物联合修复对植物生长特性的影响

土壤中的Pb2+对黑麦草的生长量表现出了较强的抑制作用。如图1、2 所示，随土壤Pb2+浓度的增加，植物组和乳酸菌—植物组中黑麦草地上、地下部分的干重均呈现减少的趋势。但在黑麦草根系附近的土壤中投加耐铅乳酸菌可以显著促进该植物地上、地下部分的生长（P＜0.05）。

图1 乳酸菌和黑麦草联合修复对黑麦草地上部分干重的影响

图2 乳酸菌和黑麦草联合修复对黑麦草地下部分干重的影响

2.2 微生物与植物联合修复对植物富集和转运铅的影响

E. faecium DUTYH_16120012 和黑麦草联合修复对黑麦草地上、地下部分铅积累的影响如图3、4所示。不同处理组黑麦草地上、地下部分的铅含量均随土壤中Pb2+浓度的增加而增加。在所有试验浓度下，在黑麦草根系附近土壤中投加耐铅乳酸菌都能显著提高该植物地上、地下部分中Pb2+的累积（P＜0.05）。

图3 乳酸菌和黑麦草联合修复对黑麦草地上部分铅积累的影响

图4 乳酸菌和黑麦草联合修复对黑麦草地下部分铅积累的影响

富集系数和转运系数是评估土壤修复能力的重要指标。如表1 所示，两个处理组的BCF 和TF 随土壤中Pb2+质量浓度的增加都呈现出了先增加后降低的趋势。当土壤中Pb2+的质量分数为250 mg/kg 时，BCF 和TF 的值都达到最高。值得注意的是，投加耐铅乳酸菌后，黑麦草的BCF 和TF 都得到了显著提高（P＜0.05）。与植物组相比，投加该菌株后，黑麦草的TF 分别增加了17.86%、29.73%、25.71%、30.00%和28.00%。同时，两个处理组黑麦草的TF均小于1，表明铅主要积累于植物根部。以上结果表明，在黑麦草根系附近土壤中投加E. faecium DUTYH_16120012 能够显著提高黑麦草对铅污染土壤的修复效果。

表1 乳酸菌和黑麦草联合修复对黑麦草富集系数和转运系数的影响

3 结论

在重金属铅污染土壤中，种植黑麦草，并引入耐铅乳酸菌进行土壤联合修复试验。结果表明，土壤中的重金属铅对植物的生长特性产生了影响。随土壤中Pb2+浓度的增加，植物组和乳酸菌—植物组中黑麦草地上、地下部分的干重都在逐渐减少，同时，地上、地下部分的Pb2+浓度在逐渐增加，BCF 和TF呈现出了先增加后减少的趋势。两个不同处理组黑麦草的TF 均小于1，说明Pb2+主要积累于黑麦草根部。在黑麦草根系附近土壤投加E. faecium DUTYH_16120012 后，黑麦草生长量显著增加，富集转运铅的能力显著提高，这表明该菌株显著提高了黑麦草对铅污染土壤的修复效率。