王鳳花，羅小三，林愛軍，*，李曉亮

1.北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100029

2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 土壤環(huán)境研究室，北京100085

3.中國科學(xué)院廈門城市環(huán)境研究所 城市生態(tài)健康與環(huán)境安全研究中心，廈門361021

4.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京100012

土壤是重要的環(huán)境要素之一，是人類賴以生存與發(fā)展的重要自然資源和整個陸地生態(tài)系統(tǒng)賴以存在的基礎(chǔ).“健康”的土壤對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類的生存非常重要（林愛軍等，2007），但隨著工業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的污染物進(jìn)入土壤環(huán)境并超過土壤環(huán)境的最大容許量，引起土壤環(huán)境污染，如金屬礦藏的開發(fā)利用使大量重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境，從而導(dǎo)致土壤重金屬污染.在引起土壤環(huán)境污染的金屬元素中，鉻（Cr）是較為突出的一種，Cr污染對動植物和人體都存在極大的生態(tài)風(fēng)險和健康風(fēng)險.我國是世界上鉻鹽的主要生產(chǎn)國家，主要采用有鈣焙燒的方法生產(chǎn)鉻鹽，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的鉻渣，并引起了鉻渣堆積場地的Cr污染，特別是一些企業(yè)由于環(huán)保原因被關(guān)閉，大量堆積的鉻渣和污染土壤處于無人管理的狀態(tài)，這進(jìn)一步加劇了土壤環(huán)境的Cr污染.盡管目前我國已經(jīng)投資對鉻渣進(jìn)行了統(tǒng)一治理，并預(yù)計到2012年基本治理完畢，但是Cr污染土壤問題仍將長期存在.因此，尋找科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的土壤Cr污染治理方法已成為土壤環(huán)境工作者努力探究的問題之一.除鉻渣引起的土壤Cr污染外，電鍍、鞣革等行業(yè)的廢水排放也引起了部分土壤的Cr污染，此類土壤多是農(nóng)田土壤污染，土壤中的Cr易于通過食物鏈進(jìn)入人體，因此也急需探討相關(guān)的土壤Cr污染控制措施.

1 土壤中的Cr及其污染來源

土壤中的重金屬Cr主要來自原生母巖（劉培桐，1995），由于成土母質(zhì)不同，Cr的分布也不同，根據(jù)黎彤地殼元素豐度表，Cr在地殼中的豐度為0.011%，我國土壤中Cr元素平均豐度為61×10-6，美國為54×10-6（趙倫山和張本仁，2001）.一般而言，污染土壤中的Cr主要來自以下幾個方面：1）鉻鹽生產(chǎn)排放的鉻渣引起的堆積場地周圍土壤污染.目前國內(nèi)主要采用有鈣焙燒工藝生產(chǎn)鉻鹽，每生產(chǎn)1噸鉻鹽就要排出2.5~3噸鉻渣，我國鉻鹽年產(chǎn)量達(dá)30多萬噸，并呈快速上升趨勢，由鉻渣引起的土壤Cr污染不容忽視.以原天津同升化工廠為例，該廠鉻渣堆放區(qū)周圍的土壤中，Cr含量高達(dá)581~7060mg·kg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家土壤三級標(biāo)準(zhǔn)的臨界值300mg·kg-1，超標(biāo)率最高達(dá)78倍（孟慶恒等，2007）.2）大氣沉降引起的土壤Cr污染，即大氣中的Cr經(jīng)過干濕沉降進(jìn)入土壤，主要來源于能源、運輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵. 3）制革、印染、鍍鉻等行業(yè)污染排放及污水灌溉引起的土壤Cr污染.如制革工業(yè)中Cr的利用率僅為60%~70%，廢液中殘存達(dá)25%~30%；在浸亮廢水中Cr的濃度高達(dá)10000~50000mg·L-1.4）農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)施用引起的土壤Cr污染.一些化學(xué)肥料以及施入農(nóng)田的一些污泥、煤泥、土壤改良劑等通常也含有Cr，長期施用可引起農(nóng)田Cr的積累.例如在我國制革行業(yè)中達(dá)到廢水完全處理的企業(yè)不足20%，致使廢水中2~40g·kg-1的Cr沉積于污泥中，這些污泥大多數(shù)置于郊外農(nóng)田周圍，其中有近10%的污泥施用于農(nóng)田，進(jìn)而造成土壤Cr污染.目前我國土壤Cr污染問題非常突出，其中尤以鉻渣堆積場地的Cr污染土壤問題更為嚴(yán)重.

2 Cr在土壤中的形態(tài)及Cr（VI）的毒性

2.1 Cr在土壤中的形態(tài)

圖1 土壤中Cr（III）和Cr（VI）的轉(zhuǎn)化（李晶晶和彭恩澤，2005）Fig.1 The transformation between Cr（III）and Cr（VI）in soil

Cr在自然界中最常見的價態(tài)是Cr（III）和Cr（VI）（Park and Jang,2002;李天然，1996）.土壤中Cr（VI）通常以CrO42-和Cr2O72-形式存在，被土壤膠體吸附較弱，具有較高的活性，對生物的毒害作用較強(qiáng)；而 Cr（III）主要以 Cr（H2O）63+、Cr（H2O）2+、CrO2+形式存在，極易被土壤膠體吸附或形成沉淀，活性較低（Sarangi and Krishnan,2008），對生物的毒害作用相對較輕.Cr在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化主要由氧化還原反應(yīng)、沉淀、溶解、吸附和解吸等物理、化學(xué)過程決定（圖1），一般而言Cr（VI）在環(huán)境中易于在生物和化學(xué)的作用下通過還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Cr（III），而 Cr（III）在自然條件下很難轉(zhuǎn)化為 Cr（VI）.在Cr（VI）向Cr（III）的轉(zhuǎn)化過程中土壤的類型、空隙率、含水率等對Cr的遷移轉(zhuǎn)化有很大影響.如李桂菊（2004）試驗表明，不同質(zhì)地土壤中Cr的遷移能力有顯著差異，依次為：輕壤>中壤>重壤.

2.2 Cr（VI）的毒性

2.2.1 Cr（VI）對人體和水生生物的毒性

Cr（VI）對人體的危害較大，因人體吸收途徑不同，中毒癥狀也不同.研究表明，某些Cr（VI）的化合物被發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)具有致癌作用（Boddu et al., 2003;孟慶恒等，2007），Cr一般先以Cr（VI）的形式滲入人畜細(xì)胞，然后在細(xì)胞內(nèi)還原為Cr（III）而構(gòu)成“終致癌物”，并可與細(xì)胞內(nèi)大分子相結(jié)合，引起遺傳密碼的改變，進(jìn)而引起細(xì)胞的突變和癌變.

Cr（VI）對水生生物的生長、繁殖等生理活動亦有明顯影響.Venugopal和Reddy（1992）報道Cr（VI）可抑制魚體中乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶和異檸檬酸脫氫酶等呼吸代謝酶的活性.Goodale等人（2008）的研究表明，隨著鉻酸鈉濃度的增加，可引起青鳉魚細(xì)胞內(nèi)染色體畸變，染色單體損傷和改變.

2.2.2 Cr（VI）的植物毒性

植物體內(nèi)Cr主要來自根系吸收，濃度范圍大約為0.2~1.0mg·kg-1（陳懷滿，1996）.與其他金屬元素類似，進(jìn)入植物體內(nèi)的Cr對植物的毒性機(jī)理可能包括以下兩個方面：一是大量的Cr進(jìn)入植物內(nèi)干擾了離子間原有的平衡系統(tǒng)，造成正常離子的吸收、運輸、滲透和調(diào)節(jié)等方面的障礙，從而使代謝過程紊亂；二是較多的Cr進(jìn)入植物體內(nèi)后，能夠與核酸、蛋白質(zhì)和酶等大分子物質(zhì)結(jié)合，使其改變生物活性或活性降低.研究表明，低濃度的Cr即可對小麥產(chǎn)生毒害（韓陽等，2005），1mg·L-1Cr（VI）溶液即會抑制小麥生長，10mg·L-1處理時，生長受到抑制達(dá)50%，20mg·L-1和50mg·L-1時，生長受到抑制分別達(dá)66%和90%以上；小麥嚴(yán)重受害時表現(xiàn)為葉片變黃，出現(xiàn)鐵銹狀黃色斑點，根變細(xì)，整個植株生長受到抑制以至最后枯死.在土培實驗中，當(dāng)土壤中Cr（VI）為50mg·kg-1時，水稻生長開始受影響，且減產(chǎn)10%，受害的水稻植株變矮，葉片狹窄，葉色枯黃，分蘗減輕，葉鞘呈黑褐色，根系潰爛且細(xì)短而稀疏，生長嚴(yán)重受抑（韓陽等，2005）.

2.2.3 Cr（VI）對微生物的毒性

微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程中起著十分重要的作用，但當(dāng)土壤中Cr的含量達(dá)到一定程度時，就會抑制微生物的生長代謝作用，嚴(yán)重時可致其死亡.長期定位試驗表明，當(dāng)土壤中Cr含量為80mg·kg-1時，可使藍(lán)綠藻固氮活性降低50%，其數(shù)量亦有明顯的降低（陳懷滿，1996）.Cr極易同一些生物大分子如酶的活性中心，以及給電子基團(tuán)如蛋白質(zhì)上的巰基、核酸上的堿基、磷酸?；冉Y(jié)合，導(dǎo)致這些生物大分子失活，最終引起生物個體的病變和死亡.此外，Cr進(jìn)入生物體后極易在生物體內(nèi)積累，并和金屬硫蛋白、類金屬硫蛋白和小分子量的配體如甘氨酸、牛磺酸等結(jié)合，進(jìn)而對微生物產(chǎn)生毒害（何寶燕等，2007）.

3 Cr（VI）污染土壤的微生物修復(fù)

3.1 Cr（VI）污染土壤的修復(fù)技術(shù)

相對于Cr（VI），Cr（III）毒性較低，對環(huán)境影響較小，且在自然條件下Cr（VI）易于被還原為Cr（III），而Cr（III）難以轉(zhuǎn)化為Cr（VI），因此土壤Cr（VI）污染的修復(fù)機(jī)制通常有兩種：一是改變Cr（VI）在土壤中的存在形態(tài)，將Cr（VI）還原為Cr（III），降低其在環(huán)境中的遷移能力和生物可利用性；二是將Cr從被污染土壤中清除（常文越等，2007）.因此，Cr（VI）污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要有：固定化/穩(wěn)定化法（S/S）、化學(xué)還原法、化學(xué)清洗法、電動修復(fù)、植物修復(fù)及微生物修復(fù)等（紀(jì)柱，2008）. Meegoda等（1999）應(yīng)用 S/S技術(shù)，進(jìn)行了治理 Cr（VI）污染土壤的小規(guī)模實驗，即將Cr（VI）污染土壤挖出后與一定的硅土混合，從而實現(xiàn)Cr的固定化/穩(wěn)定化，處理前土壤Cr含量0.2~2.6%，淋濾液Cr（VI）濃度大于30mg·L-1，處理后淋濾液Cr（VI）濃度低于5mg·L-1，但該方法需將土壤挖掘出，成本較高，處理效果也有待進(jìn)一步提高.1988~1991年間，美國工程人員采用化學(xué)清洗法處理俄勒岡州一個電鍍廠造成的土壤Cr（VI）污染，4年內(nèi)地下水 Cr（VI） 平均濃度從 1923mg·L-1下降到65mg·L-1（Mckinley et al.,1992）.化學(xué)清洗法雖然費用較低，操作人員無需直接接觸污染物，但僅適用于砂壤等滲透系數(shù)大的土壤，且引入的清洗劑易造成二次污染（Wang et al.,1989）.

目前研究較多的還有電動修復(fù)和植物修復(fù)方法.孟凡生和王業(yè)耀（2005）對電動修復(fù)Cr（VI）污染土壤進(jìn)行了實驗室研究，試驗選用重鉻酸鉀作為污染物，其最初濃度為100mg·kg-1，試驗過程中施加1 DCV·cm-1的恒定電壓，運行48h，結(jié)果表明電動修復(fù)可以有效去除土壤中的Cr（VI），效率可達(dá)81%.但電動修復(fù)技術(shù)通常采用的是均勻電場，隨著時間的增加，修復(fù)效率迅速降低同時能耗急劇增加.雖然植物修復(fù)是目前重金屬污染土壤的一種新興修復(fù)技術(shù)，但在植物提取作用中的超累積植物多數(shù)生長緩慢，生物量小，很難進(jìn)行機(jī)械操作，所以往往耗時較長，而且目前發(fā)現(xiàn)的Cr超積累植物較少，還需要進(jìn)行深入研究.

3.2 土壤Cr（VI）污染的微生物修復(fù)

3.2.1 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是指在人為強(qiáng)化的條件下，利用自然環(huán)境中的土著微生物或人為投加的外源微生物的代謝活動，對環(huán)境中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法（羅義和毛大慶，2003）.與物理、化學(xué)、植物修復(fù)相比，微生物修復(fù)的安全性、非破壞性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點，使其成為最具有前途的污染土壤修復(fù)技術(shù)之一.雖然微生物不能降解重金屬，但它們能通過自身的生理代謝活動影響土壤物理化學(xué)過程，同時改變重金屬的化學(xué)性質(zhì)，減少重金屬的毒害.用微生物治理重金屬污染主要是利用微生物的兩種作用：一是通過微生物的吸附、代謝達(dá)到對重金屬消減、凈化作用和固定作用；二是通過微生物改變重金屬的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或生物可利用性降低，減少重金屬的危害.

土壤Cr（VI）污染的微生物修復(fù)是利用土壤中的土著微生物或經(jīng)馴化的特定微生物，通過將Cr（VI）還原為Cr（III），達(dá)到降低Cr的移動性和毒性等目的（周加祥和劉錚，2000）.目前已分離出多種對Cr（VI）有還原作用的菌種，如硫酸鹽還原菌（Sulfate-Reducing Bacteria）（Li et al.,1994;Smith and Gadd,2000;汪 頻 等 ，1993）、 大 腸 桿 菌（Escherichia coli）（Shen and Wang,1994）、陰溝桿菌（Enterobacter cloacae）（Komori et al.,1990）、假單胞菌屬（Pseudomnonas）（Park et al.,2000）等.

微生物修復(fù)技術(shù)可分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)，其中原位修復(fù)技術(shù)工藝路線和處理過程相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，處理費用相對較低，且被處理的土壤不需搬運，對周圍環(huán)境影響和生態(tài)風(fēng)險較小.例如，Sttephen（1992）將取自巴爾的摩港淤泥的厭氧硫酸鹽還原菌，在培養(yǎng)基中培養(yǎng)、馴化，使之耐堿和耐高濃度Cr（VI），在含鉻渣的土壤填埋場中鉆一批灌注井和抽提井，先將稀鹽酸水溶液從灌注井注入填埋場，從抽提井抽出送至盛有細(xì)菌及培養(yǎng)液的生物反應(yīng)器，Cr（VI）還原后，將含細(xì)菌的反應(yīng)完成液經(jīng)灌注井注入填埋場，細(xì)菌即逐漸將填埋場內(nèi)Cr（VI）原位還原.對于不含鉻渣僅含水溶性Cr（VI）的土壤，由于其pH近于中性，用細(xì)菌治理的速度將快得多.吳淑杭等（2007）從土壤中分離篩選出6株具有Cr（VI）還原能力的硫酸鹽還原菌（Sulphate-Reducing Bacteria, SBR），部分微生物在Cr（VI）為50mg·L-1的培養(yǎng)基中培養(yǎng)1d后即可完全使Cr（VI）轉(zhuǎn)化為Cr（III）.該研究還表明這些菌株同樣可以有效地將污染土壤中Cr（VI）轉(zhuǎn)化為Cr（III），降低了土壤中Cr的植物有效性和毒性，尤其以混合菌液轉(zhuǎn)化率效率更高，2d后Cr（VI）的轉(zhuǎn)化率為43%，10d后Cr（VI）的轉(zhuǎn)化率達(dá)75.3%.毛暉等人（2006）采用培養(yǎng)方法研究了厭氧土壤環(huán)境下土壤微生物對鉻礦渣中Cr（VI）的還原，發(fā)現(xiàn)在土壤微生物作用下，其中的Cr（VI）和Fe（III）同樣可以作為電子受體而被還原，該方法可以使鉻礦渣中的Cr（VI）污染在較短時間內(nèi)完全除去.

3.2.2 微生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點

與傳統(tǒng)的污染土壤治理技術(shù)相比，微生物修復(fù)技術(shù)的主要優(yōu)點是：二次污染較??；處理形式多樣，操作相對簡單，可進(jìn)行原位處理；對環(huán)境的擾動較小且不破壞植物生長所需要的土壤環(huán)境；與物理、化學(xué)方法相比，修復(fù)費用較低等.但微生物修復(fù)Cr（VI）污染的土壤也有一定的缺陷，一方面土壤Cr（VI）含量太高時，微生物修復(fù)不能很好的發(fā)揮作用.吳淑杭等人（2007）的研究表明，當(dāng)初始Cr（VI）為50mg·L-1時，菌株Wn-1 1d后Cr（VI）的轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，初始Cr（VI）為100mg·L-1時，Cr（VI）的轉(zhuǎn)化率為46.9%，初始Cr（VI）為200mg· L-1時，Cr（VI）的轉(zhuǎn)化率僅有23.1%.即初始Cr（VI）濃度過高會抑制該菌株對Cr（VI）的還原能力.另一方面，微生物活性與溫度、氧氣、水分、pH等環(huán)境條件的變化有關(guān)，因此微生物修復(fù)技術(shù)受各種環(huán)境因素的影響較大.常文越等人（2007）的實驗表明，溫度對Cr（VI）還原過程有顯著影響，在一定的溫度范圍內(nèi)，Cr（VI）的還原效果隨溫度升高而增強(qiáng)，如對于浸出Cr（VI）為55.73 mg·L-1的土壤，在10℃下處理10d可使有效Cr濃度降低到51.76mg·L-1，20℃下可使有效 Cr濃度降至29.22mg·L-1，25℃下可使有效 Cr濃度降至12.02mg·L-1，30℃下可使有效 Cr濃度降至8.47mg·L-1.pH值和有機(jī)質(zhì)含量對Cr（VI）還原過程也有不同程度的影響.第三，某些微生物只能對特定的污染物起作用，用于現(xiàn)場修復(fù)的微生物可能存在競爭不過本土微生物以及難以適應(yīng)環(huán)境問題而導(dǎo)致修復(fù)效果不理想.第四，微生物體內(nèi)吸收的污染物可能會因為微生物代謝或死亡等原因又釋放到環(huán)境中.另外，與物理、化學(xué)方法相比較，這一技術(shù)治理污染土壤所需時間相對較長（郜紅建等，2004）.

3.3 微生物修復(fù)方法的機(jī)理

土壤微生物是土壤中的活性膠體，具有比表面積大、帶電荷和代謝活動旺盛等特性，對土壤重金屬元素的化學(xué)形態(tài)影響很大.受Cr污染的土壤中，往往存在多種耐Cr的真菌和細(xì)菌，它們可通過多種作用方式影響土壤中Cr的毒性.

3.3.1 微生物對Cr離子的生物固定

微生物對Cr的生物固定作用主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合、胞外沉淀以及胞內(nèi)積累3種作用方式上.由于微生物對重金屬具有很強(qiáng)的吸附性能，Cr離子可以沉積在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，或被輕度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上，降低Cr的移動性和生物可利用性.一些微生物如動膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產(chǎn)生具有大量陰離子基團(tuán)的胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，與重金屬離子形成絡(luò)合物.研究表明，酵母菌在運輸Cr時，需先把體內(nèi)作為能量貯備源的糖類和蛋白質(zhì)等生物大分子分解為小分子，此過程與體外H+的運輸和體內(nèi)陽離子的釋放相耦合，產(chǎn)生能量并向體外運輸小分子蛋白或其他小分子生物物質(zhì)，作為Cr（VI）的還原物和結(jié)合物，降低Cr的毒性，使鉻-生物物質(zhì)附著于細(xì)胞表面，并進(jìn)一步把Cr運輸進(jìn)體內(nèi)（何寶燕等，2007）.

微生物的細(xì)胞壁在生物吸附重金屬離子的過程中起著重要作用.細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定著微生物對重金屬離子的吸附能力，如細(xì)胞壁的多孔結(jié)構(gòu)使活性化學(xué)配位體在細(xì)胞表面合理排列，使細(xì)胞易于與金屬離子結(jié)合.同時，微生物細(xì)胞的細(xì)胞壁上存在著許多種官能團(tuán)，這些官能團(tuán)中氮、氧、磷、硫原子可作為配位原子重金屬離子配位絡(luò)合.細(xì)胞外多糖在某些微生物吸附重金屬離子的過程中也有一定的作用.

3.3.2 微生物對Cr（VI）的還原

部分土壤微生物能夠改變金屬存在的氧化還原形態(tài)，將高價金屬離子還原成低價態(tài)，使金屬的毒性消失或降低.土壤中分布著多種可以使鉻酸鹽和重鉻酸鉀還原的微生物，如產(chǎn)堿菌屬（Alcaligenes spp.）、芽孢桿菌屬（Bacillus Cohn）、棒桿菌屬（Corynebacterium Lehmann and Neumann）、腸桿菌屬（Enterobacter）等，這些菌能將高毒性的Cr（VI）還原為低毒性的Cr（III），從而達(dá)到修復(fù)土壤Cr污染的目的.肖偉等（2008）、Puzon等（2002）研究表明細(xì)菌體內(nèi)的生理還原劑或還原酶可將體內(nèi)的Cr（VI）還原，降低Cr的毒性.而何寶燕等（2007）的研究則表明，細(xì)胞能分泌酰胺和蛋白等大分子物質(zhì)將高毒性狀態(tài)的Cr（VI）還原為Cr（III），增強(qiáng)其生物可利用性，且蛋白可作為離子主動運輸?shù)妮d體，協(xié)助細(xì)胞內(nèi)外的離子交換，促進(jìn)Cr的生物富集.

3.4 提高微生物修復(fù)Cr污染土壤效果的措施

3.4.1 篩選高效還原微生物，提高菌株的Cr還原能力

為了提高微生物修復(fù)Cr的效果，應(yīng)加強(qiáng)微生物解毒Cr（VI）機(jī)理的研究，通過遺傳工程從現(xiàn)有的性能較好的菌種中開發(fā)出高效的新菌種；此外，還應(yīng)開發(fā)耐高堿、高鹽及高鉻的高效Cr還原菌，因為制革廢物處置不當(dāng)引起的高pH值土壤中Cr（VI）污染越來越嚴(yán)重（Kamaludeen et al.,2003）.瞿建國等人（2005）從土壤中分離篩選出幾株抗Cr（VI）的硫酸鹽還原菌（SBR），能在Cr（VI）濃度為800mg·L-1的培養(yǎng)基中生長，其中2-S-8菌株在Cr（VI）濃度為72mg·L-1的培養(yǎng)基中生長36h后，培養(yǎng)基中的Cr（VI）全部消失，結(jié)果表明高毒的Cr（VI）可被2-S-8還原成低毒的Cr（III）.韓懷芬等人（2003）篩選出5株能還原Cr（VI）的菌種，并且微生物之間的協(xié)同培養(yǎng)可以提高Cr（VI）還原的效率，協(xié)同培養(yǎng)還原Cr的最佳pH為6~8，在此pH下，Cr（VI）還原的效率可達(dá)到100%.Michael等人（2008）從華盛頓Soap Lake中篩選出一株為鹽單胞菌屬的抗Cr（VI）的菌.該菌株能在pH=9的堿性厭氧條件下，以醋酸鹽為電子受體還原Cr（VI）.

3.4.2 創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，充分利用土著微生物與外來微生物的協(xié)同關(guān)系

創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，可以充分利用土著微生物和外來微生物的協(xié)同關(guān)系，使微生物的修復(fù)效果達(dá)到最佳.微生物修復(fù)的實質(zhì)就是在微生物生長繁殖的過程中還原土壤中的Cr（VI），要使微生物修復(fù)效果達(dá)到最佳，就必須為其創(chuàng)造良好的生長環(huán)境.土壤的營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、濕度、pH值和通氣狀況等因素都會對微生物的生長繁殖產(chǎn)生重要的影響，因此應(yīng)根據(jù)微生物生長的影響因素尋求最佳的修復(fù)條件.常文越等人（2007）在25℃、投加2%的還原菌和5%的有機(jī)質(zhì)，保持土壤初始pH值的條件下，進(jìn)行較佳還原條件下的實驗，結(jié)果表明，在上述條件下施用該菌劑1個月后，對于浸出液Cr（VI）濃度范圍從10~55mg·L-1的污染土壤，Cr（VI）的還原效果都可達(dá)到90%以上，土壤浸出液中Cr（VI）濃度已經(jīng)降低至0.75mg·L-1以下，即在條件適宜時，該菌劑對低濃度的污染土壤中的Cr（VI）具有很好的還原解毒作用.徐衛(wèi)華等人（2007）的實驗結(jié)果表明，施入稻草可以促進(jìn)Cr（VI）的還原，加快土壤中Cr（VI）和有效態(tài)Cr含量的降低；同時實驗還探討了稻草對Cr（VI）污染土壤微生物活性的影響，結(jié)果表明施入稻草的土壤呼吸強(qiáng)度和微生物數(shù)量均比未施稻草的土壤高，即增施稻草對緩解Cr（VI）對土壤微生物的抑制作用有一定的效果.

3.4.3 植物與微生物的聯(lián)合修復(fù)

已有研究表明微生物可以影響植物對Cr的吸收，一定條件下接種微生物可以在一定程度上提高植物對重金屬的吸收，而且已經(jīng)在實驗室和小規(guī)模的修復(fù)中取得了良好的效果（Wu et al., 2006;Zaidi et al.,2006）.在土壤和微生物共生環(huán)境中，微生物可將土壤有機(jī)質(zhì)和植物根系分泌物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)為自身利用，同時這些小分子物質(zhì)可能會對土壤中的重金屬起到活化作用（張學(xué)洪等，2006）；微生物的代謝也可以分泌釋放一些質(zhì)子、酶、鐵載體等物質(zhì)（施積炎等，2004），對土壤中重金屬也有活化作用.另外，微生物還有很強(qiáng)的氧化還原能力，微生物可對Fe、Mn氧化物進(jìn)行還原，使其吸收的重金屬被釋放出來（Glick, 2003）.在重金屬污染的土壤中加入適量的硫，微生物可把硫氧化成硫酸鹽，降低土壤pH值，提高重金屬的活性，通過植物的吸收作用，達(dá)到土壤凈化的效果（Grichko et al.,2000）.

真菌可以通過分泌氨基酸、有機(jī)酸以及其他代謝產(chǎn)物溶解土壤中的Cr，進(jìn)而可以促進(jìn)植物對Cr的吸收（張學(xué)洪等，2006）.孟慶恒等人（2007）篩選出4株對Cr（VI）的清除率大于50%的土著菌株，并與玉米幼苗組合，對Cr進(jìn)行微生物-植物聯(lián)合修復(fù)試驗，結(jié)果表明，在Cr濃度為100mg·L-1的條件下，具有明顯降低培養(yǎng)液中Cr（VI）濃度的效果，污染物清除率可達(dá)70%.Rajkumar等人（2006）在Cr污染區(qū)分離到兩種促進(jìn)菌株 Pseudomnonas sp. PsA4和Bacillus sp.Ba32，這兩株菌都能產(chǎn)生鐵載體，都能溶解磷，接種這兩種菌均能促進(jìn)印度薺菜地上部、根及活力指數(shù)的增長，提高Cr（VI）的吸收率.

隨著對Cr污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的研究深入，人們認(rèn)識到單獨的植物修復(fù)或者單獨的微生物修復(fù)在土壤Cr修復(fù)過程中都會受到不同條件的限制，而將植物與微生物聯(lián)合應(yīng)用于土壤Cr污染的治理比單獨運用其中一種更能發(fā)揮出生物修復(fù)的優(yōu)勢（白淑蘭等，2004）.

4 Cr污染土壤微生物修復(fù)的發(fā)展趨勢和展望

采用物理化學(xué)技術(shù)修復(fù)Cr污染土壤，不僅費用昂貴，難以大規(guī)模用于污染土壤的改良，而且常常導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤生物活性下降和土壤肥力退化等問題.微生物修復(fù)技術(shù)作為一門新興的、高效的生物修復(fù)技術(shù)已被科學(xué)界認(rèn)可和選用，其在污染土壤修復(fù)中將扮演越來越重要的角色.盡管微生物法治理Cr（VI）土壤污染已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有許多不足之處需克服.首先要徹底摸清受污染土壤的類型和污染程度，才能采取有針對性的微生物修復(fù)措施.其次，要深入進(jìn)行Cr（VI）生物修復(fù)機(jī)理的相關(guān)研究，對菌體還原Cr（VI）的動力學(xué)特性進(jìn)行分析、模擬，并借助分子生物技術(shù)和基因工程技術(shù)，找出Cr（VI）還原菌菌體中的有效基因，構(gòu)建基因工程菌.在獲得對Cr（VI）還原能力較強(qiáng)的微生物后，如何利用此微生物進(jìn)行菌劑的生產(chǎn)和應(yīng)用也需要深入的研究，如如何克服還原微生物和土著微生物的競爭，如何利用還原微生物進(jìn)行相關(guān)反應(yīng)器的開發(fā)，尤其是連續(xù)操作的反應(yīng)器的開發(fā)等.此外，在生物修復(fù)過程中，還需要加強(qiáng)污染物的生態(tài)化學(xué)過程的量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險及安全評價的研究，建立相關(guān)的監(jiān)測與評價指標(biāo)體系，這對于指導(dǎo)不同地區(qū)的微生物修復(fù)實踐以及對于微生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展與完善都具有重要的意義.

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