摘要：本文簡(jiǎn)要回顧了近30年來(lái)我國(guó)污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，主要包括生物修復(fù)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展階段、生物修復(fù)的4大類型及其所適用對(duì)象與范圍、生物修復(fù)用菌株的篩選與特性研究、活性菌株(菌劑)在典型污染土壤中的應(yīng)用及其效果等，并針對(duì)土壤污染和生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要討論了未來(lái)生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展。  

1環(huán)境修復(fù)技術(shù)的發(fā)展階段  

據(jù)2014年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合公布的《全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)土壤總的超標(biāo)率為16.1%，其中耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)19.4%;在調(diào)查的重污染企業(yè)用地和工業(yè)廢棄地點(diǎn)位中，超標(biāo)率分別高達(dá)36.3%和34.9%。因此，我國(guó)土壤污染的總體形勢(shì)嚴(yán)峻，在重污染企業(yè)或工業(yè)密集區(qū)、工礦開采區(qū)及周邊地區(qū)、城市和城郊地區(qū)出現(xiàn)了土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。土壤污染類型多樣，呈現(xiàn)出新老污染物并存、無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合污染的局面。其中有機(jī)污染物主要有六六六、滴滴涕、多環(huán)芳烴以及來(lái)源于化工廠、采油區(qū)、工業(yè)區(qū)、氮肥廠、電子廠、焦化廠、農(nóng)藥廠等的廢棄物。無(wú)機(jī)污染物主要有鎘、鉛、砷等重金屬元素;另外耕種過(guò)程中過(guò)度施用化肥、農(nóng)藥、固體廢棄物等都不同程度地造成了土壤污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)調(diào)查，因土壤污染而減產(chǎn)糧食1000萬(wàn)t，全國(guó)每年因重金屬污染的糧食達(dá)1200萬(wàn)t，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億元。  

我國(guó)土壤修復(fù)技術(shù)經(jīng)歷3個(gè)階段：第1階段為20世紀(jì)80年代以前，土壤治理方式為物理修復(fù)，主要是土地資源的穩(wěn)定利用，相關(guān)基本環(huán)境工程的配套。第2階段是20世紀(jì)90年代，土壤治理方式為物理、化學(xué)和生物恢復(fù)，但主要修復(fù)技術(shù)是土地復(fù)墾，選用先鋒植物、耐性植物恢復(fù)土壤特性。第3階段是21世紀(jì)以來(lái)，土壤治理方式為物理、化學(xué)和生物恢復(fù)，修復(fù)技術(shù)主要采用微生物、植物、動(dòng)物、固化/穩(wěn)定化、土壤氣提、化學(xué)氧化還原、熱脫附、淋洗、化學(xué)萃取等，其中以微生物修復(fù)、植物修復(fù)、微生物-植物聯(lián)合修復(fù)為研發(fā)應(yīng)用重點(diǎn)�？梢姡覈�(guó)的生物修復(fù)處于剛剛起步階段，最初的生物修復(fù)主要是利用細(xì)菌治理石油、農(nóng)藥之類的有機(jī)污染。隨著研究的不斷深入，生物修復(fù)又應(yīng)用在地下水、土壤等環(huán)境的污染治理上。生物修復(fù)已由細(xì)菌修復(fù)拓展到真菌修復(fù)、植物修復(fù)、微生物-植物聯(lián)合修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)，由有機(jī)污染物的生物修復(fù)拓展到無(wú)機(jī)污染物的生物修復(fù)。  

2環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)類型  

生物修復(fù)(Bioremediation)是一項(xiàng)清潔環(huán)境的低投資、高效益、便于應(yīng)用、發(fā)展?jié)摿^大的新興技術(shù)，它具有成本低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染、處理效果好且能大面積推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，生物修復(fù)利用生物(包括植物、微生物和原生動(dòng)物)的代謝功能，吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)恢復(fù)。從參與修復(fù)過(guò)程的生物類型來(lái)劃分，生物修復(fù)包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)等類型。  

2.1微生物修復(fù)技術(shù)  

土壤中存在著豐富的微生物，這些微生物具有多種多樣的代謝功能，驅(qū)動(dòng)著土壤環(huán)境中的物質(zhì)元素循環(huán)。微生物修復(fù)技術(shù)就是利用土壤中的土著微生物的代謝功能，或者補(bǔ)充具有降解轉(zhuǎn)化污染物能力的人工培養(yǎng)的功能微生物群，通過(guò)創(chuàng)造適宜環(huán)境條件，促進(jìn)或強(qiáng)化微生物代謝功能，從而降解并最終消除污染物的生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)的實(shí)質(zhì)是生物降解或者生物轉(zhuǎn)化，即微生物對(duì)有機(jī)污染物的分解作用或者對(duì)無(wú)機(jī)污染物的鈍化作用。利用微生物修復(fù)技術(shù)既可治理農(nóng)藥、除草劑、石油、多環(huán)芳烴等有機(jī)物污染的環(huán)境，又可治理重金屬等無(wú)機(jī)物污染的環(huán)境;既可使用土著微生物進(jìn)行自然生物修復(fù)，又可通過(guò)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)鹽、電子受體及添加人工培養(yǎng)菌或基因工程菌進(jìn)行人工生物修復(fù);既可進(jìn)行原位修復(fù)，也可進(jìn)行異位修復(fù)。  

2.1.1有機(jī)物污染土壤的微生物修復(fù)  

土壤微生物利用有機(jī)物(包括有機(jī)污染物)為碳源，滿足自身生長(zhǎng)需要，并同時(shí)將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為低毒或者無(wú)毒的小分子化合物，如CO2、H2O、簡(jiǎn)單的醇或酸等，達(dá)到凈化土壤的目的。對(duì)具有降解能力的土著微生物特性的研究，始終是環(huán)境生物修復(fù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。常見的降解有機(jī)污染物的微生物有細(xì)菌(假單胞菌、芽胞桿菌、黃桿菌、產(chǎn)堿菌、不動(dòng)桿菌、紅球菌和棒狀桿菌等)、真菌(曲霉菌、青霉菌、根霉菌、木霉菌、白腐真菌和毛霉菌等)和放線菌(諾卡氏菌、鏈霉菌等)，其中以假單胞菌屬最為活躍，對(duì)多種有機(jī)污染物，如農(nóng)藥及芳烴化合物等具有分解作用。有些情況下，受污染環(huán)境中溶解氧或其他電子受體不足的限制，土著微生物自然凈化速度緩慢，需要采用各種方法來(lái)強(qiáng)化，包括提供O2或其他電子受體例如NO3-，添加氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，接種經(jīng)馴化培養(yǎng)的高效微生物等，以便能夠提高生物修復(fù)的效率和速率。  

有機(jī)污染物質(zhì)的降解是由微生物酶催化進(jìn)行的氧化、還原、水解、基團(tuán)轉(zhuǎn)移、異構(gòu)化、酯化、縮合、氨化、乙酰化、雙鍵斷裂及鹵原子移動(dòng)等過(guò)程。該過(guò)程主要有兩種作用方式：1)通過(guò)微生物分泌的胞外酶降解;2)污染物被微生物吸收至其細(xì)胞內(nèi)后，由胞內(nèi)酶降解。微生物從胞外環(huán)境中吸收攝取物質(zhì)的方式主要有主動(dòng)運(yùn)輸、被動(dòng)擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、基團(tuán)轉(zhuǎn)位及胞飲作用等。  

一些有機(jī)污染物不能作為碳源和能源被微生物直接利用，但是在添加其他的碳源和能源后也能被降解轉(zhuǎn)化，這就是共代謝(Co-metabolism)。研究表明，微生物的共代謝作用對(duì)于難降解污染物的徹底分解起著重要作用。例如甲烷氧化菌產(chǎn)生的單加氧酶是一種非特異性酶，可以氧化多種有機(jī)污染物，包括對(duì)人體健康有嚴(yán)重威脅的三氯乙烯和多氯聯(lián)苯等。  

微生物對(duì)氯代芳香族污染物的降解主要依靠?jī)煞N途徑：好養(yǎng)降解和厭氧降解。脫氯是氯代芳烴化合物降解的關(guān)鍵步驟，好氧微生物可以通過(guò)雙加氧酶和單加氧酶使苯環(huán)羥基化，然后開環(huán)脫氯;也可以先脫氯后開環(huán)。其厭氧降解途徑主要依靠微生物的還原脫氯作用，逐步形成低氯的中間產(chǎn)物。  

一般情況下微生物對(duì)多環(huán)芳烴的降解都是需要氧氣的參與，在加氧酶的作用下使芳環(huán)分解。真菌主要是以單加氧酶催化起始反應(yīng)，把一個(gè)氧原子加到多環(huán)芳烴上，形成環(huán)氧化合物，然后水解為反式二醇化合物和酚類化合物。而細(xì)菌主要以雙加氧酶起始加氧反應(yīng)，把兩個(gè)氧原子加到苯環(huán)上，形成二氫二醇化合物，進(jìn)一步代謝。除此之外，微生物還可以通過(guò)共代謝降解大分子量的多環(huán)芳烴。此過(guò)程中微生物分泌胞外酶降解共代謝底物維持自身生長(zhǎng)的物質(zhì)，同時(shí)也降解了某些非微生物生長(zhǎng)必需的物質(zhì)。  

2.1.2無(wú)機(jī)物污染土壤的微生物修復(fù)  

微生物不僅能降解環(huán)境中的有機(jī)污染物，而且能將土壤中的重金屬、放射性元素等無(wú)機(jī)污染物鈍化、降低毒性或清除。重金屬污染環(huán)境的微生物修復(fù)近幾年來(lái)受到重視，微生物可以對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行固定、移動(dòng)或轉(zhuǎn)化，改變它們?cè)谕寥乐械沫h(huán)境化學(xué)行為，從而達(dá)到生物修復(fù)的目的。因此，重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理主要包括生物富集(如生物積累、生物吸附)和生物轉(zhuǎn)化等作用方式。微生物可以將有毒金屬被吸收后貯存在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，將這些離子沉淀或螯合在生物多聚物上，或者通過(guò)金屬結(jié)合蛋白(多肽)等重金屬特異性結(jié)合大分子的作用，富集重金屬原子，從而達(dá)到消除土壤中重金屬的目的。同時(shí)，微生物還可以通過(guò)細(xì)胞表面所帶有的負(fù)電荷通過(guò)靜電吸附或者絡(luò)合作用固定重金屬離子。生物轉(zhuǎn)化包括氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機(jī)絡(luò)合配位降解等作用方式。在微生物的作用下，汞、砷、鎘、鉛等金屬離子能夠發(fā)生甲基化反應(yīng)。其中，假單胞菌在金屬離子的甲基化作用中起到重要作用，它們能夠使多種金屬離子發(fā)生甲基化反應(yīng)，從而使金屬離子的活性或者毒性降低;其次一些自養(yǎng)細(xì)菌如硫桿菌類Thiobacillus能夠氧化As3+、Cu2+、Mo4+、Fe2+等重金屬。生物轉(zhuǎn)化中具有代表意義的是汞的生物轉(zhuǎn)化，Hg2+可以被酶催化產(chǎn)生甲基汞，甲基汞和其他有機(jī)汞化合物裂解并還原成Hg，進(jìn)一步揮發(fā)，使得污染消除。  

從目前來(lái)看，微生物修復(fù)是最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的技術(shù)，但微生物個(gè)體微小，富集有重金屬的微生物細(xì)胞難以從土壤中分離，還存在與修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)土著菌株競(jìng)爭(zhēng)等不利因素。近年來(lái)微生物修復(fù)研究工作著重于篩選和馴化高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性，并通過(guò)修復(fù)過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化和養(yǎng)分、溫度、濕度等關(guān)鍵因子的調(diào)控等方面，最終實(shí)現(xiàn)針對(duì)性強(qiáng)、高效快捷、成本低廉的微生物修復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用。  

2.2植物修復(fù)技術(shù)  

從20世紀(jì)80年代以來(lái)，利用植物修復(fù)環(huán)境污染物的技術(shù)迅速發(fā)展，植物修復(fù)技術(shù)就是利用自然生長(zhǎng)植物根系(或莖葉)吸收、富集、降解或者固定污染土壤、水體和大氣中的污染物的環(huán)境技術(shù)總稱。主要通過(guò)植物提取、植物蒸騰作用、根系過(guò)濾和植物鈍化來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，植物對(duì)土壤中的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物都有不同程度的降解、轉(zhuǎn)化和吸收等作用，有的植物可能同時(shí)具有幾種作用方式。植物修復(fù)技術(shù)目前主要應(yīng)用于重金屬污染土壤的修復(fù)，利用對(duì)重金屬有富集特征的植物來(lái)吸收或者吸附積累重金屬，達(dá)到從土壤中除去重金屬的目的。對(duì)有機(jī)污染物的修復(fù)機(jī)制主要是根際修復(fù)，利用植物根際的環(huán)境來(lái)刺激微生物生長(zhǎng)，改變根際微生物大的群落結(jié)構(gòu)、分泌與有機(jī)物降解相關(guān)的氧化還原酶來(lái)降解有機(jī)污染物。  

2.3動(dòng)物修復(fù)技術(shù)  

動(dòng)物修復(fù)是利用土壤中某些低等動(dòng)物(如蚯蚓等)和其體內(nèi)的微生物，在污染土壤中生長(zhǎng)、繁殖等活動(dòng)過(guò)程中對(duì)土壤中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化和富集的作用，最后通過(guò)對(duì)這些動(dòng)物集中處理，從而降低土壤中的污染物。該方法主要應(yīng)用于重金屬污染土壤修復(fù)過(guò)程中，采用土壤動(dòng)物這種天然的方法來(lái)轉(zhuǎn)化重金屬形態(tài)或富集，可以在一定程度上提高土壤肥力。土壤動(dòng)物不僅自己能夠直接富集土壤中的污染物，還能夠和周圍的微生物共同富集，并在其中起到一種類似“催化劑”的作用。土壤動(dòng)物能夠通過(guò)3個(gè)方面影響土壤中的微生物，首先土壤動(dòng)物可以通過(guò)直接取食土壤微生物，使其始終保持高活性狀態(tài)，而且通過(guò)取食降低微生物的生存空間的競(jìng)爭(zhēng)，使微生物更好地生長(zhǎng);其次，土壤動(dòng)物通過(guò)自身分泌物刺激微生物生長(zhǎng)繁殖;再次，通過(guò)土壤動(dòng)物的活動(dòng)，使得土壤通氣透水，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，有利于土壤微生物的生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)共同修復(fù)污染土壤的目的。土壤動(dòng)物修復(fù)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向，是將土壤動(dòng)物作為一種“催化劑”，將其放入被污染的土壤中，提高傳統(tǒng)的生物土壤修復(fù)技術(shù)的修復(fù)速度和效率。  

2.4聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)  

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)就是協(xié)同兩種或兩種以上修復(fù)方法，克服單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的局限性,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種污染物的同時(shí)處理和對(duì)復(fù)合污染土壤的修復(fù),提高污染土壤的修復(fù)速率與效率。該方法已成為土壤修復(fù)技術(shù)中的重要研究?jī)?nèi)容，其中植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是最為廣泛采用的聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)。  

2.4.1重金屬污染土壤的聯(lián)合修復(fù)  

近幾年，重金屬污染土壤的植物-微生物聯(lián)合修復(fù)作為一種強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，這種方式可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，從而提高污染環(huán)境的修復(fù)效率。微生物可以輔助超積累植物修復(fù)重金屬污染土壤，其中有關(guān)微生物調(diào)控植物修復(fù)的機(jī)理及效應(yīng)是人們關(guān)注的重點(diǎn)。微生物在其代謝過(guò)程中可改變根際土壤重金屬的生物有效性，從而有利于超積累植物對(duì)重金屬的吸收和積累;微生物的代謝產(chǎn)物還可改善土壤生態(tài)環(huán)境;另外，微生物還能夠分泌植物激素類物質(zhì)、鐵載體等活性物質(zhì)，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。反之，植物根系分泌氨基酸、糖類、有機(jī)酸及可溶性有機(jī)質(zhì)等可以被微生物代謝利用，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)，有利于提高植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的效率。在重金屬聯(lián)合修復(fù)過(guò)程中，微生物主要通過(guò)兩種方式提高植物修復(fù)效率：直接活化重金屬，提高植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn);通過(guò)間接作用提高植物對(duì)污染物的耐受及抗逆性，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加植物對(duì)重金屬的吸收和積累。  

2.4.2有機(jī)物污染土壤的聯(lián)合修復(fù)  

在有機(jī)物污染土壤中，有植物生長(zhǎng)時(shí)，其根系提供了微生物生長(zhǎng)的最佳場(chǎng)所，反過(guò)來(lái)，微生物的旺盛生長(zhǎng)，增強(qiáng)了對(duì)有機(jī)污染物的降解，也使得植物有更好的生長(zhǎng)環(huán)境，所以，植物-微生物聯(lián)合體系就能夠促進(jìn)有機(jī)污染物的快速降解、礦化。其作用原理主要包括：1)對(duì)于環(huán)境中中等親水性有機(jī)污染物，植物可以直接吸收，然后轉(zhuǎn)化為沒(méi)有毒性的代謝中間產(chǎn)物，并儲(chǔ)存在植物體內(nèi)，達(dá)到去除環(huán)境污染物的作用;2)植物釋放促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的根際分泌物和酶，刺激根際微生物的生長(zhǎng)和生物轉(zhuǎn)化活性，并且植物還能釋放一些物質(zhì)到土壤中，有利于降解有毒化學(xué)物質(zhì)，有些還可作為有機(jī)污染物降解的共代謝基質(zhì);3)植物能夠強(qiáng)化根際(根-土界面)的礦化作用，特別是菌根菌和共生菌存在時(shí)的礦化作用更為顯著，菌根菌能夠增加其寄主植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)和水的吸收，提高其抗逆性，增加有機(jī)污染物降解的有效性，提高吸收效率。  

目前，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)方面已經(jīng)取得了許多有價(jià)值的結(jié)果，為植物-微生物聯(lián)合修復(fù)重金屬、有機(jī)物污染土壤的實(shí)際應(yīng)用與推廣提供了重要的研究數(shù)據(jù)。  

3環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展  

3.1高效降解菌的篩選  

篩選污染物高效降解菌株是發(fā)展微生物修復(fù)技術(shù)的第一步，根據(jù)微生物與污染物的作用機(jī)制，所選擇的高效降解微生物需要對(duì)污染物有較高的耐受力和適應(yīng)性，對(duì)污染物降解效率高，不影響環(huán)境中原有微生物的多樣性。我國(guó)對(duì)微生物修復(fù)降解菌株的篩選工作最初起源于農(nóng)藥高效降解菌株的篩選，其后才開展石油類污染物的生物降解微生物的篩選工作。目前已經(jīng)篩選出大量的可用于土壤有機(jī)污染物修復(fù)的相關(guān)專利菌株(表1)。  

表1表明，我國(guó)污染土壤微生物修復(fù)工作主要涉及農(nóng)藥和石油類污染環(huán)境的修復(fù)。如在農(nóng)藥污染環(huán)境微生物修復(fù)方面，李順鵬等分離到多種農(nóng)藥降解菌株，其中有機(jī)氯農(nóng)藥降解菌株鞘氨醇單胞菌Sphingomonassp.BHC-A和Sphingomonassp.DB-1可以分別降解六六六和滴滴涕，降解菌產(chǎn)品可以直接施用于土壤中，其中六六六殘留量可以降解95%以上，滴滴涕殘留量降低90%以上，能夠有效地消除土壤污染，緩解植株受農(nóng)害癥狀，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留超標(biāo)問(wèn)題。劉雙江等分離到一株對(duì)氯硝基苯降解菌株睪丸酮從毛單胞菌ComamonastestosteroniCNB-1，該菌株的生長(zhǎng)細(xì)胞、細(xì)胞懸浮液、固定化細(xì)胞可以降解對(duì)氯硝基苯，并能夠以對(duì)氯硝基苯為唯一碳源、氮源和能源生長(zhǎng)，并將對(duì)氯硝基苯完全降解利用。在以對(duì)氯硝基苯為唯一碳源、氮源和能源生長(zhǎng)時(shí)，先將硝基還原成羥胺，然后在菌株生產(chǎn)的2-氨基酚1,6-雙加氧酶的作用下，通過(guò)間位開環(huán)的方式，將2-氨基-5-氯苯酚開環(huán)成烴，從而進(jìn)一步降解。該菌株適用于對(duì)氯硝基苯的工業(yè)廢水的生物處理和對(duì)氯代硝基苯污染土壤的生物修復(fù)中并顯現(xiàn)非常明顯的效果。石油污染物修復(fù)方面，黨志等從環(huán)境中分離到了許多可降解石油烴類菌株，洋蔥伯克霍爾德氏菌BurkholderiacepaciaGS3C能夠在4d內(nèi)將750mg/L的正十六烷烴降解至200mg/L以內(nèi)，以柴油為唯一碳源時(shí)，發(fā)現(xiàn)該菌株能夠很好地降解柴油中的烷烴組分(C12-C30)。該菌株具有高效的烷烴降解能力和良好的環(huán)境適應(yīng)性，在石油類污染的生物修復(fù)中具有很好的應(yīng)用前景。多環(huán)芳烴微生物修復(fù)方面，劉志培等分離的赤紅球菌RhodococcusruberEm1菌株能夠降解十六烷等烷烴及蒽、菲、芘等多環(huán)芳烴，并且該菌株在降解的同時(shí)產(chǎn)生脂類生物乳化劑，該乳化劑能夠明顯降低水溶液的表面張力、具有很強(qiáng)的油脂類的乳化能力、提高烷烴和多環(huán)芳烴在水中的溶解度、明顯促進(jìn)活性菌株對(duì)烷烴和多環(huán)芳烴的降解，該菌株可用于含油廢水的處理和石油污染土壤的生物修復(fù)中。莊國(guó)強(qiáng)等發(fā)明了一種適用于修復(fù)石油污染鹽堿土壤的微生物復(fù)合菌劑及其制備方法，其主要由復(fù)合微生物菌液、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑3種成分組成。其中復(fù)合微生物包含3株石油烴降解菌：巨大芽胞桿菌BacillusmegateriumP9，假單胞菌Pseudomonassp.P4，木糖氧化無(wú)色桿菌AomobacterxylosoxidansP2。將3株菌通過(guò)液體培養(yǎng)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合，按照1%的施加量將其加入到石油污染鹽堿土壤中，10d后，烷烴含量由3870mg/kg降低至2748mg/kg，降低了29%，芳烴由793mg/kg降低至605mg/kg，下降了24%。  

3.2微生物對(duì)污染物高效降解性能  

大多數(shù)環(huán)境中都存在著能夠降解有毒有害污染物的天然微生物(土著微生物)，但由于營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏、溶解氧不足，能高效降解的微生物生長(zhǎng)緩慢甚至不生長(zhǎng)等因素，往往自然凈化過(guò)程極為緩慢。土壤的微生物修復(fù)技術(shù)就是基于這一情況，通過(guò)提供氧氣、添加營(yíng)養(yǎng)鹽、提供電子受體、接種經(jīng)馴化培養(yǎng)具有高效降解作用的微生物等方法加強(qiáng)土壤自凈過(guò)程。微生物修復(fù)與傳統(tǒng)的分解不同的是它有分解作用所沒(méi)有的新特征(如共代謝作用、降解質(zhì)粒等)，因此可視為是分解作用的擴(kuò)展和延伸。由于微生物個(gè)體小、繁殖快、適應(yīng)性強(qiáng)、易變異，所以可隨環(huán)境變化產(chǎn)生新的自發(fā)突變株，也可能通過(guò)形成誘導(dǎo)酶產(chǎn)生新的酶系，具備新的代謝功能以適應(yīng)新的環(huán)境，從而降解和轉(zhuǎn)化那些陌生的化合物。  

環(huán)境中農(nóng)藥的清除主要靠細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物作用。例如有機(jī)氯農(nóng)藥(滴滴涕)可以被芽孢桿菌、棒狀桿菌、諾卡氏菌降解;五氯硝基苯可以被鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬等降解等。殘留在土壤中的農(nóng)藥，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化、分解，最終形成CO2和H2O。微生物降解農(nóng)藥的方式主要有：1)以農(nóng)藥為唯一碳源和能源生長(zhǎng)，降解速度較快;2)共代謝方式，微生物利用營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的同時(shí)將污染物降解。石油污染土壤中，添加優(yōu)勢(shì)降解菌可以提高生物處理石油類污染物的能力。在石油污染環(huán)境中，真菌和細(xì)菌降解石油烴類化合物可以形成不同立體異構(gòu)體的中間產(chǎn)物，真菌一般形成反式二醇化合物，細(xì)菌形成順式二醇。其中多環(huán)芳烴類污染物是石油污染土壤修復(fù)的重點(diǎn)，細(xì)菌主要通過(guò)雙加氧酶作用于苯環(huán)，在苯環(huán)上引入兩個(gè)氧原子，被進(jìn)一步代謝為鄰苯二酚等中間產(chǎn)物，最終代謝為CO2和H2O。真菌對(duì)多環(huán)芳烴的降解主要涉及兩大酶系：1)木質(zhì)素降解酶體系;2)單加氧酶降解體系。其中木質(zhì)素降解體系包括無(wú)底物特異性的木質(zhì)素過(guò)氧化物酶、錳過(guò)氧化物酶和漆酶，能夠氧化很多種類的有機(jī)物。單加氧酶體系是通過(guò)細(xì)胞色素P450單加氧酶的催化，形成多環(huán)芳烴環(huán)氧化合物，然后經(jīng)過(guò)環(huán)氧化物水解酶形成反式二氫二醇化合物，繼而形成高水溶性、低毒性的酚化合物，很容易進(jìn)一步降解。  

在土壤修復(fù)過(guò)程中共代謝起到了重要作用，有些難于降解的化合物不能被完全礦化利用，降解菌在降解這些污染物的同時(shí)，必須從其他底物獲取碳源和能源。農(nóng)藥和石油污染土壤修復(fù)過(guò)程中有很多屬于共代謝類型。例如：在單甲脒修復(fù)過(guò)程中，門多薩假單胞菌DR8不能以單甲脒為生長(zhǎng)的唯一碳源，但是在葡萄糖存在同時(shí)，便可以降解單甲脒。鞏宗強(qiáng)等將幾種真菌加入到多環(huán)芳烴污染土壤中，研究土壤中幾種共存底物(菲、芘、鄰苯二甲酸)對(duì)苯并芘降解的影響及其共代謝過(guò)程。結(jié)果表明，芘可以促進(jìn)鐮刀菌和毛霉菌對(duì)苯并芘的降解。  

3.3微生物-植物聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤技術(shù)  

通過(guò)微生物-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，對(duì)降解石油污染土壤已經(jīng)取得了較好的成效。其中，王京秀等從石油污染土壤中篩選到高效石油降解菌，并結(jié)合種植能源草，進(jìn)行了微生物-植物聯(lián)合修復(fù)石油污染土壤室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)150d的降解，最高降解率達(dá)到73.47%，石油污染物得到一定程度的生物降解。Xu等利用考克氏菌Kocuriasp.P10菌株與黑麥草聯(lián)合修復(fù)多環(huán)芳烴長(zhǎng)期重污染土壤，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合修復(fù)對(duì)多環(huán)芳烴的去除效果明顯高于微生物修復(fù)或植物修復(fù)單獨(dú)應(yīng)用的效果，土壤微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)也得到明顯改善。劉繼朝等通過(guò)單獨(dú)添加微生物、單獨(dú)種植植物、微生物與植物組合實(shí)驗(yàn)表明，在相同時(shí)間內(nèi)，微生物與植物組合的降解率比單一修復(fù)的降解率可提高30%。林立寧通過(guò)種植紫花苜蓿、添加氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽并接種馴化微生物，降解效果比單一修復(fù)好。李丹選用東營(yíng)當(dāng)?shù)氐柠}生植物堿蓬和優(yōu)勢(shì)AM菌根真菌摩西球囊霉Glomusmosseae,建立了AM菌根真菌-植物-氮添加聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，經(jīng)過(guò)90d的修復(fù)，修復(fù)組比對(duì)照組石油降解率提高了1.66倍，因此聯(lián)合修復(fù)是石油污染修復(fù)的較佳選擇。  

3.4微生物-植物聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)  

在重金屬污染土壤中，微生物-植物聯(lián)合修復(fù)也已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。土壤中許多細(xì)菌不僅能夠刺激并保護(hù)植物生長(zhǎng)，還能夠活化土壤中重金屬污染物。騰應(yīng)等利用里氏木霉TrichodermareeseiFS10-C聯(lián)合伴礦景天應(yīng)用于鎘污染農(nóng)田土壤的修復(fù)，不同濃度鎘處理下，聯(lián)合修復(fù)植株鮮重(干重)和鎘含量都明顯提高。盛下放等利用從污染土壤中分離的3株鎘抗性菌株，將其與番茄進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)鎘污染土壤實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，供試菌都能夠顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)，活化植物根際，與對(duì)照組相比，地上植株干質(zhì)量增加64%，根際有效鎘含量及植株吸收鎘含量分別增加了46%和107%。江春玉等從土壤樣品中篩選出一株對(duì)碳酸鉛、碳酸鎘活化能力最強(qiáng)的鉛鎘抗性細(xì)菌WS34，通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)菌株WS34能促進(jìn)供試植物印度芥菜和油菜的生長(zhǎng)，使其干質(zhì)量分別比對(duì)照增加21.4%−76.3%和18.0%−23.6%。  

在重金屬污染土壤修復(fù)中另外一種微生物-植物聯(lián)合修復(fù)模式是植物與菌根的聯(lián)合修復(fù)。含有大量微生物的菌根是一個(gè)復(fù)雜的群體，包括放線菌、固氮菌等等，這些菌具有一定的污染物降解能力，同時(shí)維系著根際較高的微生物種群密度和生理活性，使得微生物菌群更穩(wěn)定。關(guān)于菌根真菌用于植物-微生物聯(lián)合修復(fù)重金屬污染的報(bào)道較多。黃藝等通過(guò)測(cè)定不同施Zn、Cu水平下苗木中2種重金屬的含量，發(fā)現(xiàn)菌根苗體內(nèi)Cu和Zn的含量是非菌根植物的2.6和1.3倍。陳秀華和趙斌通過(guò)5個(gè)土壤Cu2+水平(0、20、50、100、150mg/kg)的盆栽試驗(yàn),研究了不同土壤Cu2+水平接種菌根真菌根內(nèi)球囊霉Glomusintraradices和摩西球囊霉G.mosseae對(duì)紫云英生長(zhǎng)的影響,結(jié)果表明，Cu2+污染土壤中接種根內(nèi)球囊霉G.intraradices對(duì)紫云英生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。一種根際促生紫金牛葉桿菌PhyllobacteriummyrsinacearumRC6b對(duì)重金屬鎘、鋅、鉛具有較強(qiáng)的抗性，達(dá)到350、1000和4500mg/L，并能夠分泌促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)，可以自身吸附重金屬并且現(xiàn)在促進(jìn)共修復(fù)植物在重金屬污染條件下的生長(zhǎng)，使植物對(duì)鎘、鋅、鉛的吸收分別提高138%、90%和46%，具有良好的重金屬污染土壤的生物修復(fù)應(yīng)用前景。雖然菌根化植物抗逆性強(qiáng)、吸收降解能力強(qiáng)，但不容易獲得，因此菌根與植物修復(fù)體系的選擇與建立有非常廣闊的應(yīng)用價(jià)值，也是重金屬污染土壤生態(tài)恢復(fù)的一個(gè)新的研究方向。  

4環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展與展望  

我國(guó)微生物修復(fù)技術(shù)近些年發(fā)展較為迅速，人們?cè)谖⑸镔Y源、降解途徑以及修復(fù)技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進(jìn)展，開展微生物酶制劑及其相關(guān)環(huán)境修復(fù)制劑的研發(fā)，積極探索土壤修復(fù)反應(yīng)器工藝技術(shù)，開展與動(dòng)物植物或者物理化學(xué)土壤修復(fù)技術(shù)相結(jié)合。但是在現(xiàn)實(shí)修復(fù)過(guò)程中還需要認(rèn)識(shí)和解決其中出現(xiàn)的新問(wèn)題，如：微生物代謝活動(dòng)易受環(huán)境條件變化影響，特定的微生物只能吸收利用降解特定類型的污染物;外源微生物的生長(zhǎng)條件與原則問(wèn)題;生物修復(fù)過(guò)程中微生物的適應(yīng)性機(jī)制與影響因素的研究問(wèn)題;有機(jī)污染物降解過(guò)程中的次生污染物安全問(wèn)題等。因而未來(lái)生物修復(fù)技術(shù)需要突破應(yīng)用的局限，多途徑、多方法分離具有高效降解特性的菌株，建立環(huán)境修復(fù)微生物資源庫(kù);利用基因工程手段改良菌株，使其擴(kuò)大降解范圍，提高降解能力，解決復(fù)合污染土壤的修復(fù)問(wèn)題;開展酶學(xué)研究，使微生物制劑產(chǎn)業(yè)化;發(fā)展多種修復(fù)方式之間的組合研究�？傊嘈烹S著科學(xué)的發(fā)展，大規(guī)模利用生物降解土壤污染物、治理環(huán)境污染不久將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

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