摘要近年來(lái)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平取得了顯著進(jìn)步，人民生活狀況得到明顯改善。但是，由于工農(nóng)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越依賴于高能耗以及各種化學(xué)品的使用，導(dǎo)致環(huán)境污染也越來(lái)越嚴(yán)重，給居民生活及身體健康和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)重要影響與隱患。該研究在概述土壤重金屬污染來(lái)源、特點(diǎn)、危害的基礎(chǔ)上，介紹了我國(guó)土壤重金屬的總體污染現(xiàn)狀，闡述了主要重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的概念與原理，重點(diǎn)介紹了微生物修復(fù)包括生物吸附和富集作用、氧化還原作用、溶解和沉淀作用和微生物-植物相互作用等在重金屬污染土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。最后，展望了我國(guó)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向，以期為我國(guó)重金屬污染土壤的修復(fù)以及該領(lǐng)域的深入研究提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞重金屬污染；微生物；土壤修復(fù)；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)S181.3；X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）16-225-05

Research Process on Treatment of Heavy Metal Contaminated Soil by Microbial Remediation

ZHANG Caili

（Institute of Agricultural Economy and Information， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230031）

Abstract The economic development of China obtained outstanding promotion these years， and the living standards of people promoted obviously meantime. While the environmental pollution is increasingly severe， which has brought serious hidden dangers to peoples health and the sustainable development of economy. The sources， characteristics and harms of heavy metals in soil was summarized at first. Then the situations of heavy metals pollution in soil of China was presented. The research processes of microbial remediation in the fields of soil restoration contaminated by heavy metals was emphasized， following with the introduction about the concepts and principles of heavy metals contaminated soil remediation technologies. At last， the development trends and research orientation of heavy metals polluted soil remediation technologies was forecasted， in order to provide references for the further study on the remediation of heavy metals contaminated soil.

Key words Heavy metal pollution； Microorganism； Soil remediation； Research progress

近年我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展上取得了舉世矚目的成就，但是，過(guò)度的工業(yè)活動(dòng)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)居民健康造成嚴(yán)重威脅，并對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大隱患。我國(guó)農(nóng)村環(huán)境面臨多種環(huán)境問(wèn)題，主要包括土壤重金屬污染、土壤肥力減退、耕地鹽堿化、河流水體富營(yíng)養(yǎng)化、農(nóng)藥、化肥、殺蟲劑等濫用造成的環(huán)境污染等。該研究側(cè)重于土壤重金屬的污染和修復(fù)，對(duì)重金屬來(lái)源、危害和特點(diǎn)、重金屬污染的常見(jiàn)修復(fù)手段進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)介紹了微生物修復(fù)技術(shù)在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展，最后對(duì)我國(guó)重金屬污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向進(jìn)行了展望，以期為我國(guó)重金屬污染土壤的修復(fù)提供有益借鑒。

1土壤重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 土壤重金屬來(lái)源

重金屬是指比重>5的金屬，約有45種，包括鉛、鎘、汞、鉻、銅、鋅、鎳等[1-2]。砷雖不屬于重金屬，但因其來(lái)源以及危害都與重金屬相似，故通常列入重金屬類進(jìn)行研究討論[1]。重金屬污染是指由重金屬或其化合物通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤并且超過(guò)了土壤自凈能力而造成的污染。

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤是化學(xué)污染物的主要存儲(chǔ)庫(kù)。在水生系統(tǒng)中，沉積物是這些化學(xué)物質(zhì)的最終存在形式。大多數(shù)重金屬天然存在于自然界中，包括風(fēng)化土母質(zhì)、火成巖、沉積巖和煤等[3]，重金屬可以通過(guò)地質(zhì)過(guò)程（如成土過(guò)程等）和人為過(guò)程進(jìn)入環(huán)境[3]，地質(zhì)過(guò)程會(huì)釋放這些重金屬，并影響土壤中重金屬的含量和分布，例如，喀斯特地域石漠化以及火山噴發(fā)等其他自然因素造成的重金屬釋放。由地質(zhì)引入到環(huán)境中的重金屬主要以不容易被生物利用和植物吸收的形式存在[3]，地質(zhì)過(guò)程在某些重金屬污染中占據(jù)重要地位。例如，煤炭每年可以釋放4.5萬(wàn)t砷，而人類活動(dòng)每年可以釋放約5萬(wàn)t砷，地質(zhì)成因造成的砷釋放量約占砷總釋放量的45%。盡管人為因素在砷污染中越來(lái)越重要，但是地質(zhì)因素造成的砷污染不可小視。與地質(zhì)過(guò)程造成的重金屬釋放相比，通過(guò)人為活動(dòng)引入到環(huán)境中的重金屬通常具有較高的生物利用活性（Bioavailability），也是造成土壤重金屬污染的主要因素。人類活動(dòng)具體包括工業(yè)污染、交通污染、生活污染和農(nóng)業(yè)污染等。工業(yè)污染，尤其是采礦、冶煉、燃煤、鍍鎘工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、肥料制造、廢物的焚化處理、尾礦堆、垃圾堆的沖刷與溶解等，是造成環(huán)境重金屬污染的重要來(lái)源[4]。

1.2 土壤重金屬污染的特點(diǎn)和危害

重金屬污染具有不可生物降解性、高毒性、高致癌性，可以在生物鏈和人體內(nèi)累積、影響持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，其帶來(lái)的危害性更大[5]。土壤重金屬污染不僅無(wú)法通過(guò)土壤本身固有的生化作用得到減輕，而且這些重金屬能較長(zhǎng)時(shí)間地蓄積于土壤環(huán)境中，污染面積大，難以消除[4，6]。重金屬污染會(huì)降低土壤中微生物的生物量、抑制土壤微生物呼吸作用、降低土壤中各種酶的活性以及改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)等[3，7-12]，進(jìn)而造成土壤肥力下降，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收[13]。目前，我國(guó)重金屬污染的耕地面積約2 000萬(wàn)hm2，占耕地總面積的1/6左右[13]。我國(guó)每年被重金屬污染的糧食達(dá)1 200萬(wàn)t，由重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過(guò)1 000萬(wàn)t，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200億元[6]。重金屬具有很強(qiáng)的遷移性，可以通過(guò)食物鏈在動(dòng)植物以及人體內(nèi)富集，破壞生物體的正常生理代謝，嚴(yán)重危害動(dòng)物、人體健康[2，6]。例如土壤重金屬鎘含量過(guò)高會(huì)破壞植物葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)并最終導(dǎo)致植物衰亡，給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重的影響[14]。重金屬會(huì)引起人類多種疾病，如鈣代謝和維生素組織破壞導(dǎo)致的骨變、腎損傷等。

1.3土壤重金屬污染修復(fù)常采用的方法

重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)大致可以分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)等。其中，物理修復(fù)包括翻土法、換土法、電修復(fù)法、熱處理法、吸附法等[1-3，6，9，15-17]，化學(xué)法主要包括固化法、穩(wěn)定化法、淋洗法、改良法等[18-20]。生物修復(fù)重金屬污染土壤是指利用植物、動(dòng)物以及微生物的吸收、代謝作用，降低土壤中重金屬含量或通過(guò)生物作用改變其在土壤中的化學(xué)形態(tài)而降低重金屬的遷移性或毒性[4，12，21]。采用物理化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，具有一定的局限性，難以大規(guī)模處理污染土壤，并且會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、生物活性下降和土壤肥力退化等。生物修復(fù)是一項(xiàng)新興的高效修復(fù)技術(shù)，具有良好的社會(huì)、生態(tài)綜合效益，并且易被大眾接受。微生物修復(fù)因其獨(dú)特的作用越來(lái)越受到人們重視，具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。

不同于有機(jī)污染物，金屬離子不會(huì)發(fā)生微生物或者化學(xué)降解，并且在污染以后會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。金屬離子的生物利用活性在污染土壤的修復(fù)中起著至關(guān)重要的作用[3]。在土壤修復(fù)中，經(jīng)常需要加入重金屬離子激活劑或者固定劑來(lái)改變金屬離子的生物利用活性，并與其他修復(fù)手段結(jié)合以提高修復(fù)效率。金屬離子激活劑，如螯合劑和解吸劑等，可以提高重金屬離子的生物利用活性，并提高金屬離子的流動(dòng)性。固定劑通過(guò)沉淀作用或者吸附作用，降低金屬離子的生物利用活性和遷移性。激活劑可以用于加強(qiáng)在植物吸附和土壤洗滌中的重金屬離子去除效果，而固定劑則可用于防止重金屬離子被植物吸收而進(jìn)入生物鏈，以及向地下水的滲漏和污染等。金屬離子激活劑或者固定劑的使用需要慎重，例如，在沒(méi)有植物吸附條件下使用激活劑時(shí)，會(huì)存在重金屬離子滲漏和污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)；而在使用固定劑時(shí)，固定后的重金屬離子的穩(wěn)定性需要進(jìn)行長(zhǎng)期的檢測(cè)[3]。

該研究主要關(guān)注微生物修復(fù)技術(shù)在重金屬污染土壤中的研究和應(yīng)用。由于重金屬污染物的不可降解性，采用微生物修復(fù)時(shí)主要通過(guò)對(duì)重金屬的遷移或鈍化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2土壤重金屬污染微生物修復(fù)研究進(jìn)展

微生物對(duì)土壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：生物吸附和富集作用、氧化還原作用、溶解和沉淀作用以及微生物-植物相互作用等[14]。以下將結(jié)合修復(fù)機(jī)理對(duì)微生物修復(fù)重金屬污染的研究進(jìn)行介紹。

2.1 生物吸附和富集作用

微生物對(duì)重金屬離子的吸附和富集作用是指重金屬被生物體吸附或吸收[14]。微生物中的陰離子型基團(tuán)，如-NH2、-SH、PO34-等，可以與帶正電的重金屬離子通過(guò)離子交換、絡(luò)合、螯合、靜電吸附以及共價(jià)吸附等作用進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)重金屬離子的吸附。微生物富集是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，發(fā)生在活細(xì)胞中，在這個(gè)過(guò)程中需要細(xì)胞代謝活動(dòng)來(lái)提供能量。在一定的環(huán)境中，可以通過(guò)多種金屬運(yùn)送機(jī)制如脂類過(guò)度氧化、復(fù)合物滲透、載體協(xié)助、離子泵等實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)重金屬的富集。

張欣等考察了微生物菌劑（枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌和乳酸菌）對(duì)鎘污染條件下菠菜的生長(zhǎng)及對(duì)菠菜對(duì)鎘吸收的影響[22]。結(jié)果表明，施入微生物菌劑后，菠菜單株鮮重和干重的平均增長(zhǎng)幅度分別為18.8%和15.7%。微生物對(duì)菠菜生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大小依次為光合細(xì)菌>乳酸菌>枯草芽孢桿菌。此外，施入微生物菌劑后，菠菜植株中的鎘含量顯著減少，平均下降14.5%。微生物對(duì)菠菜鎘吸收的降低作用大小依次為枯草芽孢桿菌>光合細(xì)菌>乳酸菌。Gomes等考察了固定化根霉對(duì)銅離子的吸附效果[23]。結(jié)果表明，固定化根霉可以在150 min內(nèi)將銅離子濃度由20 mg/L降低至3.1～5.6 mg/L。根霉對(duì)銅離子的吸附效果受到固定化材料以及銅離子初始濃度的影響。Fan等考察了pH、溫度和微生物生長(zhǎng)期對(duì)兩種微生物（Ochrobactrumintermedium LBr，Cupriavidusmetallidurans CH34）吸附Cu2+和Cr6+的影響[24]。結(jié)果表明，微生物在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期對(duì)重金屬離子的吸附能力更強(qiáng)。O. intermedium LBr和C. metallidurans CH34吸附的最佳溫度和pH分別為37 ℃、pH 6和27 ℃、pH 7。他們還發(fā)現(xiàn)，在Cu2+和Cr6+同時(shí)存在的情況下，兩種微生物都優(yōu)先吸附Cu2+。微生物表面的羧基、羥基和氨基等功能基團(tuán)在重金屬離子的吸附過(guò)程中起到關(guān)鍵作用[24]。賴潔玲等從銅污染的土壤中分離出一株抗銅細(xì)菌（Hyphomicrobium）[25]。經(jīng)馴化后，其耐 Cu2+水平達(dá)500 mg/L，該菌在pH 4～8生長(zhǎng)良好，最適生長(zhǎng)pH為6. 0～7.2。該菌株在培養(yǎng)24 h、pH 7時(shí)，對(duì)Cu2+的去除率可以達(dá)到76%[25]。Zemberyova等考察了野生型Aspergillus niger對(duì)不同重金屬離子的吸附效果[26]。結(jié)果表明，微生物對(duì)不同重金屬離子的吸附效果不同，依次為Zn （32%～92%）、Cd （24%～65%）、Cu（13%～58%）、Cr （VI） （9%～21%）和Mn （9%～18%）[26]。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微生物處于這些重金屬離子的混合物中時(shí)，微生物對(duì)重金屬離子的吸附能力產(chǎn)生一定的差異[26]。Luo等考察了Pseudomonas sp. Lk9對(duì)Cd2+和Cu2+的吸附效果及機(jī)理[27]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在合適的條件下，經(jīng)過(guò)微生物吸附后，廢水中的重金屬離子濃度會(huì)<0.001 mg/L。

以上研究表明，微生物對(duì)重金屬的吸附和富集作用主要受到微生物種類、微生物生長(zhǎng)期、重金屬離子的種類、濃度、溶解性、毒性，以及環(huán)境條件（如pH和溫度等）等多種因素的影響[28]，在采用微生物對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行吸附和富集時(shí)應(yīng)綜合考慮以上因素。

2.2氧化還原作用

金屬離子，如銅、砷、鉻、汞、硒等，是最常發(fā)生微生物氧化/還原反應(yīng)的金屬離子。生物氧化/還原反應(yīng)過(guò)程可以影響金屬離子的價(jià)態(tài)、毒性、溶解性和流動(dòng)性等。例如，銅和汞在其高價(jià)氧化態(tài)時(shí)通常是不易溶的，其溶解性和流動(dòng)性依賴于其氧化態(tài)和離子形式。重金屬參與的微生物氧化還原反應(yīng)可以分為同化（Assimilatory）和異化（Dissimilatory）氧化還原反應(yīng)[29]。在同化氧化還原反應(yīng)中，金屬離子作為末端電子受體參與生物體的代謝過(guò)程，而在異化反應(yīng)中，金屬離子在生物體的代謝過(guò)程未起到直接作用，并間接地參與氧化還原反應(yīng)。某些微生物在新陳代謝的過(guò)程中會(huì)分泌氧化還原酶，催化重金屬離子進(jìn)行變價(jià)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使土壤中某些毒性強(qiáng)的氧化態(tài)的金屬離子還原為無(wú)毒性或低毒性的離子，進(jìn)而降低重金屬污染的危害[14]。例如，可以利用微生物作用將高毒性的Cr（VI）還原為低毒性的Cr（III）。通過(guò)生物氧化還原來(lái)降低Cr（VI）毒性的方法由于其環(huán)境友好性和經(jīng)濟(jì)性，引起了持續(xù)的關(guān)注。相反，Cr（III）被氧化成Cr（VI）時(shí)，Cr的流動(dòng)性和生物利用活性提高了。Cr（Ⅲ）的氧化主要是通過(guò)非生物氧化劑的氧化，如Mn（IV），其次是Fe（Ⅲ）；而Cr（VI）到Cr（Ⅲ）的還原過(guò)程則可以通過(guò)非生物和生物過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)[30]。當(dāng)環(huán)境中的電子供體Fe（II）充足時(shí)，Cr（VI）可以被還原為Cr（III），當(dāng)有機(jī)物作為電子供體時(shí)，Cr（VI）可以被微生物還原為Cr（III）[30-31]。在生命系統(tǒng)中，硒更容易被還原而不是被氧化，還原過(guò)程可以在有氧和厭氧條件下發(fā)生。硒（IV）異化還原成硒（0）的過(guò)程可以在化學(xué)還原劑，如硫化物或羥胺，或生物化學(xué)還原劑（如谷胱甘肽還原酶）的作用下完成，后者是缺氧沉積物中硒的生物轉(zhuǎn)化的主要形式[32]。硒（VI）到硒（0）的異化還原過(guò)程與細(xì)菌密切相關(guān)，具有重要的環(huán)保意義[32-33]。微生物尤其是細(xì)菌在將活性的汞（Ⅱ）還原為非活性汞（0）的過(guò)程中起到了重要作用，汞（0）可以通過(guò)揮發(fā)減少其在土壤中的含量。汞（II）可以在汞還原酶作用下被還原成汞（0），也可以在有電子供體的條件下，由異化還原細(xì)菌還原為汞（0）[34]。

制革、電鍍、印染、不銹鋼制造等行業(yè)均會(huì)造成鉻污染[35]，土壤鉻污染也是我國(guó)土壤重金屬污染中分布最廣、影響最大的污染之一。土壤鉻污染會(huì)造成土壤中生物活性下降，以及土壤功能改變等，亟需合理的解決方案。該研究以鉻為例，簡(jiǎn)要介紹微生物氧化還原反應(yīng)在重金屬污染修復(fù)中的研究進(jìn)展。鉻在土壤中會(huì)以多種價(jià)態(tài)存在，各種化合物之間存在復(fù)雜的平衡關(guān)系，導(dǎo)致了鉻污染的復(fù)雜性，也減少了可以應(yīng)用于鉻污染修復(fù)的手段。還原-沉淀[36]、吸附[37-39]、電化學(xué)法[40-41]等手段都被用來(lái)修復(fù)鉻污染，但是這些手段普遍面臨成本高昂的問(wèn)題，而且會(huì)造成土壤肥力的下降，因而應(yīng)用前景不甚明朗[35]。Yang 等考察了Pannonibacterphragmitetus BB在強(qiáng)化鉻污染修復(fù)過(guò)程中的作用，并且考察了土壤土著微生物群落變化的規(guī)律[35]。結(jié)果表明，在Cr（VI）濃度為518.84 mg/kg，pH 8.64的條件下，P. phragmitetus BB可以在2 d將Cr（VI）全部還原。該菌在接入土壤后的48 h內(nèi)數(shù)量顯著上升，相對(duì)比例由35.5%上升至74.8%，并維持穩(wěn)定。該菌在與土著微生物競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中取得優(yōu)勢(shì)地位，具有很好的應(yīng)用前景。Polti等從鉻鐵礦中分離并鑒定了一株Bacillus amyloliquefaciens （CSB 9）。該菌可以耐受900 mg/L Cr（VI），在最佳條件下具有較快的還原速度（2.22 mg Cr（VI）/（L·h）。該菌的最佳還原條件為100 mg/L Cr（VI）、pH 7、35 °C、處理時(shí)間45 h[42]。

微生物氧化還原反應(yīng)在降低高價(jià)重金屬離子毒性方面具有重要地位，該過(guò)程受到環(huán)境pH、微生物生長(zhǎng)狀態(tài)，以及土壤性質(zhì)、污染物特點(diǎn)等多種因素共同影響。

43卷16期

張彩麗微生物修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展

2.3沉淀和溶解作用

沉淀現(xiàn)象主要出現(xiàn)在高pH土壤環(huán)境，SO42-、CO32-、OH-和HPO42-等陰離子存在時(shí)，以及高濃度金屬離子存在時(shí)。金屬離子以磷酸鹽及碳酸鹽形式的沉淀是某些重金屬離子（如Cu、Pb）固定化的主要機(jī)制。McGowen等發(fā)現(xiàn)，P可以降低鎘、鉛和鋅的浸出，而石灰可以通過(guò)提高土壤pH對(duì)Cr（III）實(shí)現(xiàn)固定。在鐵的氫氧化物存在時(shí)，會(huì)出現(xiàn)金屬離子的共沉淀現(xiàn)象。這些作用會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)表面化學(xué)特性的顯著變化。Lu等發(fā)現(xiàn)pH 4.0時(shí)，Pb（II）與Fe（OH）3的共沉淀比相似條件下的化學(xué)吸附更加有效[43]。此外，As（V）、Ni（II）、Cr（Ⅲ）與水合氧化鐵的吸附表明，在水溶液中，共沉淀是去除金屬離子的更有效的方法。

相反地，土壤微生物能夠利用土壤中有效的營(yíng)養(yǎng)和能源，通過(guò)代謝產(chǎn)生多種小分子量的有機(jī)酸，進(jìn)而溶解土壤中的重金屬化合物及含重金屬的礦物[14]。在利用微生物分泌的有機(jī)酸促進(jìn)土壤中重金屬離子溶出方面，Choppala等考察了3種腐生性（saprotrophic）真菌（Aspergillus niger，Penicillium bilaiae和Penicillium sp.）對(duì)鉛及其他重金屬污染土壤的生物修復(fù)性能[30]。他們將微生物置于不同的營(yíng)養(yǎng)條件（無(wú)碳源和0.11 mol/L葡萄糖），考察了微生物對(duì)金屬脅迫（25 μmol/L鉛或污染土壤，5 d）的反應(yīng)，并檢測(cè)了微生物分泌的主要有機(jī)酸。結(jié)果表明，A. niger和P. bilaiae分泌的主要有機(jī)酸分別是草酸和檸檬酸。在鉛脅迫下，草酸的滲出率會(huì)出現(xiàn)下降，而檸檬酸滲出率受到的影響較小。營(yíng)養(yǎng)條件對(duì)微生物分泌有機(jī)酸的影響不同。除A. niger外，其他菌種在貧瘠的營(yíng)養(yǎng)條件下時(shí)，總的有機(jī)酸產(chǎn)量會(huì)降低。在污染土壤中，草酸和檸檬酸的最大滲出率分別為

A. niger的20 μmol/（g bioass·h）和P. bilaiae的20 μmol/（g biomass·h），但是，Penicillium sp.的總產(chǎn)酸率僅為5 μmol/（g biomass·h）。在碳源豐富的土壤中，金屬離子被顯著地激活了。例如，5 d后，土壤中Pb、Ni、Zn和 Cu的最大釋放量分別為12%、28%、35%和90%。土壤中金屬的活化和釋放與微生物產(chǎn)生的螯合酸以及土壤pH下降有關(guān)。該試驗(yàn)結(jié)果證明了利用真菌分泌物在污染土壤生物修復(fù)中的潛力，但是有機(jī)酸產(chǎn)生量的大小取決于多個(gè)過(guò)程以及多種機(jī)制，這些都需要進(jìn)一步研究。王桂萍等從銅礦廢棄地土壤中分離得到兩株對(duì)銅具有較強(qiáng)抗性的菌株F16a（腸桿菌屬，Enterobacter）和Fw17a（假單胞菌屬，Pseudomona）[44]。在含有500 mg/L CuCO3的液體中培養(yǎng)48 h后，F(xiàn)16a使培養(yǎng)基上清液中銅濃度增加了300%左右。但是，F(xiàn)w17a卻使培養(yǎng)基上清液中的銅濃度降低了60%左右[44]。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，接入菌株F16a后，能顯著提高三葉草和香根草地上部對(duì)污染土壤中銅的累積及攝取量[45]。

2.4微生物-植物修復(fù)

植物修復(fù)和微生物修復(fù)均屬于生物修復(fù)的范疇，二者均具有環(huán)境友好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。將兩種方法結(jié)合使用時(shí)，將會(huì)大大提高重金屬污染土壤的修復(fù)效率。在眾多微生物-植物修復(fù)方案中，根際促生菌-植物修復(fù)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，受到廣泛關(guān)注[46]。植物根際促生細(xì)菌（Plant growthpromoting rhizobacteria，PGPR）是指依附在植物根際表面，生長(zhǎng)于植物根際土壤微環(huán)境中，能夠顯著地促進(jìn)植物生長(zhǎng)的一類細(xì)菌的總稱[46]。目前發(fā)現(xiàn)的根際促生菌包括芽孢桿菌屬（Baillus）、沙雷氏菌屬（Serratia）、腸桿菌屬（Enterobater）、假單胞桿菌屬（Pseudomonas）、固氮螺菌屬（Azospirillum）、無(wú)色菌屬（Achromobacter）等[47-48]。PGPR可以通過(guò)分泌植物生長(zhǎng)激素（IAA）、1氨基1羧基環(huán)丙烷脫氨酶（ACCD）等來(lái)促進(jìn)植物根的生長(zhǎng)，增加植物生物量；另外可以通過(guò)分泌生物表面活性劑、有機(jī)酸等活化重金屬在土壤中的生物有效性，進(jìn)而增加植物對(duì)重金屬離子的攝取量。

Mesa等從生長(zhǎng)在力拓河（Tinto River）河口（該地區(qū)被認(rèn)為是世界上污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一）的S. maritima的根際土壤中分離了15株微生物，并考察了它們的金屬耐受性與促進(jìn)植物生長(zhǎng)的特性[49]。在這些微生物中，很多細(xì)菌顯示出了對(duì)多種重金屬的耐受性，并且表現(xiàn)出多種促進(jìn)植物生長(zhǎng)的特性。其中，Bacillus methylotrophicus SMT38、B. aryabhattai SMT48、B. aryabhattai SMT50和B. licheniformis SMT51的性能最好。當(dāng)紫花苜蓿種子與所選菌株一起培養(yǎng)時(shí)，紫花苜蓿根的伸長(zhǎng)會(huì)被促進(jìn)。S.maritima與這些具有重金屬耐受性土著根際促生細(xì)菌共同培養(yǎng)可以作為對(duì)污染河口進(jìn)行修復(fù)的有效方法。Dharni等從制革污泥污染的土壤中分離到了Pseudomonas monteilii PsF84和P. plecoglossicida PsF610，并對(duì)它們促進(jìn)植物生長(zhǎng)的能力進(jìn)行了檢測(cè)[50]。試驗(yàn)考察了不同土壤污泥比下（100∶0、25∶75、50∶50、75∶25和0∶100），微生物對(duì)玫瑰香型天竺葵（Pelargonium graveolens cv. bourbon）攝取重金屬離子的影響。分離到的菌株具有溶解無(wú)機(jī)磷和產(chǎn)生吲哚乙酸和鐵載體的能力。與對(duì)照相比，PsF84可以使芽的干重增加44%，根干重增加48%，精油得率增加43%，葉綠素增加31%；PsF610可以使以上指標(biāo)增加38%、40%、39%和28%。

3 展望

無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，土壤重金屬污染已經(jīng)對(duì)人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅。各國(guó)科研工作者投入了大量精力致力于重金屬污染土壤的修復(fù)工作，并取得了良好的效果，我國(guó)在重金屬修復(fù)領(lǐng)域也取得了較大的進(jìn)展。針對(duì)微生物修復(fù)領(lǐng)域，筆者認(rèn)為還需要從以下方面加強(qiáng)研究：

（1）特種微生物的選育。微生物種類繁多，各具特點(diǎn)，為篩選高效重金屬污染土壤修復(fù)的菌種提供了良好的條件。除了篩選針對(duì)某一特定污染物的微生物外，根據(jù)我國(guó)的自然條件與實(shí)際情況，一些特種微生物的篩選需要加強(qiáng)，如低溫微生物、耐鹽微生物，以及pH生長(zhǎng)范圍廣的微生物等。同時(shí)，可以借助基因重組技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)等分子生物學(xué)手段來(lái)構(gòu)建“超級(jí)工程菌”，以更有效地修復(fù)重金屬污染土壤。此外，需要深入研究修復(fù)微生物與特定生境中土著微生物的相互關(guān)系，為構(gòu)建多菌種協(xié)同修復(fù)技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

（2）微生物修復(fù)機(jī)理的研究。微生物參與的重金屬污染修復(fù)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理、生化過(guò)程，涉及的機(jī)理包括重金屬離子的吸附、吸收和富集、溶解、沉淀、氧化還原等。通過(guò)對(duì)微生物修復(fù)機(jī)理的進(jìn)一步研究，可以為聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的建立以及實(shí)際工程應(yīng)用提供理論支持。

（3）聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的建立。綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物等多種修復(fù)技術(shù)，發(fā)展聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，彌補(bǔ)單一技術(shù)的缺陷，是今后重金屬污染土壤修復(fù)的重要方向之一。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)使用廉價(jià)的對(duì)環(huán)境友好的化學(xué)試劑，如石灰等，對(duì)土壤的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得土壤修復(fù)微生物生長(zhǎng)的適宜pH，同時(shí)達(dá)到對(duì)土壤中重金屬離子的激化或鈍化作用。此外，在營(yíng)養(yǎng)貧瘠的環(huán)境中，還可以通過(guò)人為添加有機(jī)質(zhì)來(lái)促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和修復(fù)作用[51]。

（4）評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立。建立重金屬污染土壤修復(fù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一項(xiàng)艱巨且十分重要的工作，可以明確土壤修復(fù)的方向，并為廣大的科研工作者提供重要參考。盡管這部分工作已經(jīng)開始開展，但仍需進(jìn)一步加強(qiáng)，尤其需要建立不同區(qū)域環(huán)境條件和污染狀況下的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

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