利用微生物治理镉污染

利用微生物治理镉污染

一、传统治理镉污染有一下主要几条途径：

（1）物理治理方法:包括膜分离法,物理吸附法,换土法,客土法,翻土法,电动力修复法,固化、稳定化方法等。这些物理措施的方法具有稳定、见效快的优点,但是存在工程量大、投资费用高、有二次污染隐患等缺点,不适宜大面积污染的治理,因此不是一种理想修复镉污染的方法。

（2）化学治理方法:包括化学沉淀法,离子交换法,淋溶法,施用化学改良剂,增加土壤有机质等,这些方法虽然能够在短期内降低环境中重金属的毒性和生物有效性,但此方法因人为向环境中施加化学药剂,易造成二次污染,且该方法是一种原位修复方法,重金属仍存留在环境中,容易再度活化,其潜在威胁并未消除。此外,就修复效果的长期有效性和生态系统的长期稳定性来说,还缺乏深入细致的研究。

（3）农业治理方法:因地制宜地改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害,在污染环境中种植不进入食物链的植物,利用植物对重金属的吸收富集作用,来净化污染环境。植物修复的效益主要取决于植物的生长速率,但通常用于治理重金属污染的超积累植物都比较矮小,生物量低,生长周期长,所以其修复效率很低。

总之利用单一传统的修复方法成本高昂,设备条件复杂以及需要改变土层结构，或者是周期长效率低

二、微生物修复镉污染土壤的现状

（1）利用微生物降低土壤中重金属的毒性

a）利用微生物对重金属的生物积累作用

微生物对重金属的生物积累机理主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种形式。微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子,或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子,将重金属离子富集在细胞表面或内部。有报道白红娟（2007）的研究表明: 在好氧黑暗、苹果酸为碳源、 pH7. 0 和 30℃条件下, 利用沼泽红假单胞菌株对初始浓度为 25mg/L的 Cd2+去除率最大,达到85%。王小波（2010）通过筛选耐受菌株，在Cd2+浓度50mg/L的条件下,两株酵母菌株的生长OD600值都在5.0以上,24 h后都能吸附溶液中70%以上的镉。

影响微生物对重金属吸附能力的因素主要有如下

PH值：环境中的pH值是影响微生物吸附的重要因素。在一定的pH范围内,吸附量可随pH值的升高而增大。

温度：微生物对重金属离子的吸附也受环境温度的制约。在白腐真菌吸附Pb2+的研究中表明,28度和35度时的吸附率分别为95.62%和94.81%,但40度时的吸附率降为82.49%。

吸附剂预处理：有研究表明，若对微生物吸附剂进行一些物理、化学的预处理(如用酸、碱浸泡或加热等方法),可以不同程度改变其吸附能力。但目前还没有看到利用此法治理Cd污染方面的报道。

b）利用微生物对重金属的生物转化作用

微生物作用可以改变重金属离子的活动性,从而影响重金属离子的生物有效性。在自然条件下,很多微生物可通过氧化-还原作用、甲基化作用和脱烃作用等将重金属离子转化为无毒或低毒的化合物形式。 例如硫还原细菌可通过在同化过程中利用硫酸盐合成氨基酸,如胱氨酸和蛋氨酸,再通过脱硫作用使S2-分泌于体外。S2-可以和重金属Cd2+形成沉淀,这一过程在重金属污染治理方面有重要的意义。

但目前国内利用微生物治理镉污染的研究主要通过筛选耐受细菌，再进一步筛选出对Cd2+高吸收度的菌株。虽然实验数据表明在实验室条件下菌株能表现较高的吸附Cd2+能力，但缺乏实际应用的研究，而且高度的吸附值是依赖与实验室条件下能够保持高的生物量。

（2）利用微生物强化植物对重金属Cd污染的修复作用

植物修复技术是一种原位修复技术,对土壤扰动小,可永久解决土壤污染问题,并可大面积修复受污染土壤。此外,与其他修复技术相比,植物修复技术成本较低。植物修复技术本身也存在着超积累植物具有个体矮小、生长缓慢、根系扩张深度有限、对重金属的选择性、从根部到茎叶的重金属低转移率等缺陷。植物修复效率提高依赖于根际微生物和植物本身之间的相互作用。一些实验数据表明植物根部能够跟大量

不同微生物相互作用,这些相互作用构成了植物修复程度的主要决定因素。因此,利用植物和微生物相互作用来修复重金属污染的土壤是一个值得考虑的策略。

耐性菌株和植物旺盛生长活动的根系分泌物相互作用,降低了土壤环境的pH值,促进了细菌的生长和土壤重金属的活化,同时根系分泌为土壤提供了微生物生长所需的碳源和能源物质,从而促进了根际微生物的生长和活性。一定程度上活化土壤中的铅镉,从而有利于富集植物对重金属的吸收。杨卓(2009)等研究表明,添加接种由胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌组成的混合微生物制剂,能增加印度芥菜的生物量,活化土壤中的铅镉锌,增强印度芥菜对重金属的提取量,提高了修复效果。靳治国(2010)利用瓶培养法富集技术,从土壤中分别筛出耐Pb的绿色木霉菌、耐Cd的淡紫拟青霄菌,其明显促进了龙葵的生长,同时增加了龙葵整个植株体对Pb、Cd的吸收量。罗雅（2012）在耐性细菌强化香根草修复试验中添加耐性菌株后对香根草生长量和Cd污染的修复有促进作用。

一般说来，实验室的微生物修复研究，因修复条件较为理想化，被干扰的因素素极少，其修复效果可能很好。如一旦将室内的微生物修复技术应用到现场，干扰因素复杂，一系列的新问题可能会出现，甚至可能会遭受完全否定等现象。因此，微生物修复技术的场地应用是一项复杂的系统工程。必须融合环境工程、水利学、环境化学及土壤学等多学科知识，创造现场的修复条件，如土地翻耕、农艺措施、添加物质、高效微生物、植物修复、季节更替等。构建出一套因地因时的

污染土壤田问修复工程技术，从而提高微生物修复效率。

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