土壤有机物修复现状和发展范文

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《环境科技》2014年第三期

1植物与根际微生物的相互作用

植物根系是根际微生物的载体，而植物的生理生化性能对植物根系和根际微生物的丰度、活性和种类等起着非常重要的决定性作用；而根际微生物反过来对植物根系和植物的生长繁殖起着非常重要的作用。可以说，植物和根际微生物对土壤有机物修复是一个协同作用体。

1.1植物对根际微生物的作用植物对土壤中的有机污染物修复过程包括物理的、化学的及生物的过程。根际微生物的种群类别、丰度、环境条件和根际微生物供养能力是土壤有机污染修复的几个关键性因素。植物异常发达的根系为各类微生物增殖提供了适宜的界面和环境，根系分泌物能为根际微生物提供养料，植物将营养物质及O2通过植物的组织输送到根部以促进根际环境微生物的新陈代谢和增殖，起到强化根际微生物转化作用。资料显示，根际细菌种类比根外土壤多1.5~3倍，不同植物的根际微生物的数量有明显差异，不同植物的不同分泌物对其根际微生物的种类、数量以及群体结构有较大的影响。根距、土壤pH值、植物类型和共生菌对根际细菌群体结构的影响，玉米根际2mm以内的根基细菌群体结构与2mm以外明显不同。植物根系的土壤其微生物数量和活性比无根系土壤中微生物数量和活性增加5~10倍，有的高达100倍以上。根际微生物的种类和数量都明显区别于非根基，而且不同植物的根际微生物的种类和数量也不同，根际微生物的种类和数量都较多，构成了较为复杂的生物链和巨大的降解群体，有助于污染有机物的降解。

植物根系不仅能够分泌一定量的有机物质为根际微生物提供碳源和营养，而且还能够分泌特殊的化学物质作为降解细菌的的底物，促进降解细菌生长。LEIGH等实验证实从树根释放的芳香类化合物能够作为多氯联苯降解菌的降解底物，促进多氯联苯降解菌的生长，他们在5种植物土壤中观察多氯联苯的动态，发现植树土壤的多氯联苯降解菌的丰度明显高于非植树土壤，植树土壤中含量最多，降解潜力最大的细菌是G+的红球菌(Rhodococci)，他们还发现某些树种特别能激发多氯联苯降解细菌的生长，树根化学组成和周转速率可能起重要作用。

1.2根际微生物对植物及其根系分泌物的作用植物对有机物的去除机理：植物本身对有机污染物的吸收作用是少量的，而根际微生物不仅能降解有机污染物，而且能强化植物对污染环境的适应能力，促进植物对有机物的吸收而间接加速有机污染物的降解。根际共生菌有助于植物养分吸收，增加植物生长和根系生物量。植物的根系分泌物，为根际微生物的活动提供了碳源和营养物质。根际微生物的代谢活动对根际分泌物起着重要的修饰限制作用；多粘杆菌产生的抗菌素，多糖素增强了细胞透性而导致根系分泌较多的氨基酸，细菌真菌及某些抗生素能增加燕麦分泌7-羟-6甲氧香豆素的能力。根际微生物刺激植物根际分泌更多的分泌物，为根基微生物提供了充足的营养，增加了微生物的数量和活性，从而加速了土壤有机污染物的降解。

2根际微生物对有机污染物降解作用

2.1根际微生物对有机污染物可生物利用性的影响不管根际还是非根际存在大量能够降解有机污染物的细菌，但有机污染物常和土壤颗粒、有机物结合在一起，其可生物利用性很低。所以利用植物对土壤有机污染物的修复，首先必须提高有机污染物的可生物利用性。有些植物根际能分泌鼠李糖脂（rhamnolipids）和生物表面活性剂，这些物质可以增加有机污染物的溶解性和移动性，从而促进微生物的降解。

2.2根际微生物对有机物的降解根系分泌物通过影响根际微生物数量和活性实现对有机污染物的修复，众所周知，根系分泌物能促进根际微生物的增殖。土壤杆菌、黄杆菌属、产碱菌属和假单孢菌属的根际效应非常明显，这些微生物在根际聚集，加速了农药、石油等土壤有机污染的降解。将3种不同植物种在多氯联苯长期污染的土壤上，6个月后，土壤多氯联苯含量显著降低，烟草土壤的多氯联苯降低最多，植物能显著增加了土壤细菌总数，而烟草和龙葵植物根系附近多氯联苯降解菌数量、活性和种类数明显提高。18种植物种在多环芳烃处理土壤上，发现与对照比，植物显著增加了多环芳烃的生物降解，总细菌数和菲（Phenanthrene）降解菌也显著增加；分离到的降解菌比对照土壤的降解菌有更强的降解能力。有些土壤微生物不能将有机污染物作为生长营养加以利用，但根系分泌物在微生物降解有机染物时起共降解作用，促进有机污染物最终分解为CO2，H2O，N2等简单无机物。共降解是指微生物利用一种容易降解的物质作为支持生长的营养基质，而同时降解另一种物质，但是后一种物质的降解并不支持微生物的生长。根据研究报道，许多难降解有机污染物是通过共降解开始完成降解全过程的。这类污染物包括稠环芳烃、杂环化合物、绿化有机溶剂、氯代芳香类化合物、表面活性剂（ABS）以及农药。但大多数情况下，污染物的降解往往有一组微生物联合进行，对这些微生物组合如何在根际进行空间分布并联合代谢目前尚缺乏研究。根际微生物含有较多的烃类分解代谢基因，进一步从根际微生物中分离这些基因，可用于转基因提高植物降解烃类污染物的水平，这些研究为建立高效的有机物清除系统提供了实验证据。

3根际微生物与植物选择

3.1根际微生物的选择根际微生物对于植物的地位（共生，根际环境）是微生物选择的最重要参数之一。在污染土壤中降解石油烃能力强的细菌有：假单胞菌、节杆菌属、产碱菌属、棒状菌属、黄杆菌属、无色菌、微球菌、分枝杆菌属和诺卡氏菌属。迄今发现许多细菌具有将燃料生物降解的能力，但在真菌方面主要局限于白头霉。不过已有研究也同样表明真菌具有生物降解各种有机污染物的巨大能力。例如真菌氧化芳香烃的能力是普遍的，有的真菌还能氧化芴、联苯和苯并芘等，其氧化产物与哺乳动物的代谢产物相同。微生物的选择还依赖于菌株的生长特性。曲霉真菌属，杆状菌和假单胞菌等，当存在可以利用的营养时，具有高的活性和生长率；在营养不足时，它们群体的浓度较低。只有当污染物给这些微生物提供超过原位微生物的竞争优势时才能被利用。

3.2植物的选择虽然有机物污染土壤中生物强化的成功依赖于根际微生物的选择和接种，但植物也能通过影响根际移植率从而影响植物降解有机污染的效果。植物的生理状态是首先要考虑的因子，其形成的根际生态区对微生物的生存非常重要。由微生物促进的植物修复，还要考虑植物的提取、挥发和稳定的能力，以及它促进微生物生长并成功移植到土壤中的能力。

4展望

4.1植物间协同作用有待于加强复合污染问题是新型污染形态，采用1种或几种植物修复方法时难以达到理想效果，由于不同植物根系丰富程度存在差异、根系微生物种类和数量也存在较大的差异，所以可以利用不同植物通过混植等方式，利用不同植物根系微生物种类千差万别的特性而存在无数种类的微生物酶系，通过这些酶系的单独降解作用、联合降解作用和共降解等作用以达到修复复合污染物的目的。

4.2应对重度污染环境介质有关资料显示，一些重度污染环境介质由于污染较重，很多植物或水生植物因为无法呼吸而枯萎或死亡，而且一些土著微生物也因为无法呼吸而死亡，这些重度污染环境介质从而成为“死区”。这些重度污染环境介质仅利用自我修复过程将十分的缓慢，或通过化学、物理和物理化学方法进行修复则存在费用过高等诸多问题。因此利用微生物降解是在经济可行，技术上有效的方法，而强制曝气也成为一种土壤修复的有效途径。4.3生物强化作用在土壤有机物污染领域的初步应用土壤环境是一个复杂的、动态的、活性的环境，在这个环境中虽然存在少许的土著微生物能降解一些难降解有机物，但是这些微生物在土壤环境中并不占据优势，所以导致有机污染物降解和修复十分缓慢；而且这些微生物极其可能被干燥、光照或被其他高等微生物吞噬等。所以筛选出高效的微生物菌种等人工干预的方法使污染土壤中能快速形成高效微生物菌群以降解目标污染物，缩短土壤修复时间和提高微生物修复效果。本课题组将2，4，6-三氯酚降解菌利用包埋技术进行固定，并用其用于修复因为2，4，6-三氯酚污染的土壤，并对比研究了固定化和非固定化细菌对2，4，6-三氯酚的降解效果发现，固定化细菌具有耐环境负荷和更高的降解修复效果。也初步显示固定化细胞方法修复土壤有机污染物的方法和思路是正确的，这和钱林波等[20]的研究成果相似。土壤的生物强化通过接种适宜的根际微生物增加了有机污染物的生物有效性，同时增加了微生物的活性和数量，提高了植物修复的效率。虽然在实际应用中还存在着一些困难，但是从长期发展来看，随着相关研究的不断深入，生物强化辅助的植物修复技术将会发展成为更加成熟的环境修复技术，从而为有机物污染的土壤修复提供更广阔的前景。

作者：戴青松韩锡荣黄浩 施亮亮汪银梅曹文平单位：徐州工程学院环境工程学院