重金属与土壤微生物的相互作用及污染土壤修复

重金属与土壤微生物的相互作用及污染土壤修复

王卓然

陕西省土地工程建设集团有限责任公司  陕西省西安市  710075

摘要：重金属污染不但会对土壤周围的环境造成严重的破坏，而且会对人类的身体健康产生危害。因此，必须采取适当的方法进行重金属污染治理。其中，微生物土壤的修复技术是一个重要的研究方向。本文重点介绍了目前国内外对重金属污染土壤进行治理的研究进展，对重金属与土壤微生物的相互作用进行了分析,并对微生物在重金属污染土壤中的修复作用和具体应用进行了讨论，以达到改善土壤重金属污染的目的。

关键词：微生物；重金属污染；土壤修复；作用

微生物、植物和动物三大类生物修复技术在过去10多年中得到了广泛的应用。而在生物修复方面，土壤微生物的修复也有其独特的特点。土壤微生物是一种活跃的胶质，具有较大的电荷和较强的新陈代谢能力。同时，由于土壤中存在着大量的微生物，它们不但参与了土壤中的污染，还具有吸附重金属等污染物质的作用。重金属污染土壤中常含有大量的细菌和真菌，这些微生物可以通过各种途径对重金属的毒性和释放产生一定的影响。微生物在重金属中的累积和解毒作用，可以促进有毒物质的解毒或减少其毒性，因此，生物处理技术在土壤中的应用越来越受到重视。

1土壤重金属污染根源和土壤修复分析

重金属污染是由矿山开采引起的，也是由工业和生活引起的。矿山开采过程中，矿石和泥土中的重金属都会被大量地释放出来，对环境造成了很大的影响[1]。此外，随着工业化进程的加快，重工业的废气排放越来越多，当排放到地表上时，会对环境造成很大的影响。在对重金属污染的土地进行治理的过程中，应充分去除土壤中的重金属，并将其以固定的方式进行迁移，以达到综合修复的目的。真正的土地修复，就是要将土壤中的重金属含量降低，来改变土壤的生态，达到修复的目的。目前，土壤中的重金属污染物呈现出一种复杂的特点，其中以汞污染最为频繁，其次是镉，对农业生产和人民的生存环境产生了极大的危害。所以在实践中，有关部门要结合具体的条件，选择相应的技术措施，以综合改善整个土地的修复效果，使人民生活在一个更为舒适和安全的地方。

2重金属与土壤微生物的相互作用

2.1重金属对土壤微生物的影响

2.1.1重金属污染对土壤微生物活性的影响

土壤中存在着大量的重金属污染，土壤中的微生物在一定程度上会对其代谢活动产生影响，从而导致其在环境中的存活。土壤中的重金属含量越高，其代谢熵就越高。布鲁克斯和麦格拉斯等人提出，在被污染土壤中，其代谢熵是未受污染土壤的2倍以上。有研究表明：土壤中重金属浓度越高，其基本呼吸能力就越弱[2]。但是，研究人员发现，添加少量的镉和锌可以促进呼吸。根据 Fliepbach等人的研究结果，代谢熵是反映环境中重金属污染情况的一种灵敏手段。

2.1.2重金属污染对土壤微生物生物量的影响

微生物生物量反映了土壤中的生物量，它反映了调节土壤中的能量、营养和有机质的转换，同时也反映了土壤中的生物量。Khan等通过室内培养试验，在30μ g/g/g、150μ g/g的条件下，红壤微生物数量明显降低。

2.1.3重金属污染对土壤微生物活性的影响

大量的实验结果显示，重金属的污染会使微生物的活力下降，而在低水平时，微生物的酶活力会受到抑制。目前，微生物酶活力、微生物碳、氮循环等是微生物活性研究的重点。

2.2微生物对重金属的影响

2.2.1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是通过利用微生物在土壤中的各种有效的微生物进行降解，从而减少重金属在土壤中的含量和毒性，从而达到对重金属的恢复作用。采用微生物法进行土壤修复，具有投资少、二次污染少、环境友好等特点。

2.2.2微生物对重金属物质有着吸附作用

土壤中的微生物和它们的代谢物均具有对重金属的吸附和转化作用。同配位体的结合位置对金属的选择性是决定微生物吸附与累积的重要因素。Gadd等的研究发现，包括细菌、真菌和藻类在内的很多微生物都能在外界环境中积累并吸收各种阳离子。而且，这些微生物与重金属的复合体，还能吸收其他重金属，从而达到修复土壤的效果。

2.2.3微生物对重金属物质有着转化作用

一些重金属通过还原处理，可以减少毒性，减少对土壤的伤害。而微生物土壤修复技术，则是通过利用微生物的还原能力，将土壤中的重金属污染降到最低，甚至可以促进作物的生长。比如，在无氧条件下，某些细菌能将铬酸盐、重铬酸盐还原成低毒性的3价铬[3]。

3微生物重金属污染土壤修复技术概述

土壤中含有大量的重金属，不仅会造成产量下降，而且对作物的生长也有很大的影响。通过微生物技术对重金属污染土壤进行修复，主要是通过利用已有的或人工培育的微生物，使其在合适的条件下，通过自身的新陈代谢作用，将重金属污染物分解为低毒性、无毒性的有机物。微生物具有快速地增殖能力和适应能力，可以在土壤条件改变时，生成新的酶系统，使其具有新的代谢能力，以达到降解土壤中重金属污染的目的。在目前的环境中，利用微生物技术对重金属污染进行修复已经是一个非常有意义的问题。

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，是指通过自然中的微生物或人工培育的微生物，在一定的条件下，通过一定的条件来提高其代谢能力，从而达到对重金属的降解和再利用。目前，利用细菌、真菌和藻类对重金属污染土壤进行修复。

4.1利用细菌实现重金属污染土壤的修复

在细菌的新陈代谢过程中，将重金属离子与细菌的细胞膜结合起来，从而减少重金属的含量，改善土壤的团粒结构。在实际生产中，常将某些微生物与养分结合，制成复合型微生物肥料，或与微生物制剂等混合施用，一方面可为作物的生长提供优质养分，增加作物产量；另一方面，通过微生物菌群的改良，可以有效地减少土壤中的重金属含量，使其得到最大程度的恢复。

4.2利用真菌实现重金属污染土壤的修复

通过对微生物特性的分析，发现其与重金属污染土壤具有类似的机制，能够与重金属、汞、铅等重金属元素进行配位络合，并与重金属离子形成稳定的配合物，对重金属的治理具有一定的促进作用。在工程实践中，为了改善土壤微生物的繁殖，往往采用加入生物碳的方法。在堆肥中加入生物炭会使土壤中的真菌数量增加，从而加快了土壤中的重金属的分解，这不仅可以减缓土壤中的重金属迁移，而且还可以防止重金属在堆肥中扩散[4]。

4.3利用藻类实现重金属污染土壤的修复

藻类是一种能在水中、土壤中生长的微生物，具有很好的抑菌效果，能提高机体的活性和自由基的生成。藻类在修复过程中起到了两方面的作用：①通过藻类释放细胞外物质；②利用海藻的细胞壁，可以很好地吸收土壤中的重金属。目前，利用海藻处理重金属污染已经被广泛采用，但是如何将其用于重金属污染的土壤还需要进一步的研究。

5结束语

综上所述，微生物对重金属污染土壤的修复起着非常重要的作用，它可以增加土壤对重金属的吸收，促进植物的生长，促进作物的增产；同时也可以解释一下，土壤中的重金属含量，减少对土壤的伤害。因此，在今后的发展中，要根据不同的微生物群体，不断地利用微生物技术进行重金属污染的土壤修复，以提高其使用效益，改善土壤环境，保证土壤的可持续发展。

参考文献

[1] 周玉璇,龙涛,祝欣,等. 重金属与多环芳烃复合污染土壤的分布特征及修复技术研究进展[J]. 生态与农村环境学报,2019,35(8):964-975.

[2] 张彩丽. 微生物修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 安徽农业科学,2015(16):225-229.

[3] 史广宇,余志强,施维林. 植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展[J]. 生态环境学报,2021,30(3):655-666.

[4] 曾远,罗立强. 土壤中特异性微生物与重金属相互作用机制与应用研究进展[J]. 岩矿测试,2017,36(3):209-221.