俞紀(jì)翔

（武漢市第二中學(xué)，湖北 武漢 430010）

當(dāng)今世界一個(gè)非常重要的環(huán)境問題是土壤中的重金屬污染。土壤中重金屬污染物的主要來(lái)源是污水灌溉，工業(yè)廢物，工業(yè)污染物積累和大氣沉降。傳統(tǒng)上采用的土壤污染控制措施使用物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)。但是這兩種方法容易造成二次污染，對(duì)綠色環(huán)境構(gòu)成一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1 微生物修復(fù)技術(shù)概述

目前，微生物技術(shù)通常使用兩種方法來(lái)凈化土壤中的重金屬。一種是通過微生物的生物作用改變土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)，達(dá)到消化或降解的目的。這種方式能夠大大降低土壤環(huán)境中有毒物質(zhì)的流動(dòng)性和有效性，對(duì)控制土壤重金屬污染具有重要意義。二是微生物可以通過吸收和代謝重金屬，也可以達(dá)到控制土壤重金屬污染的目的。

2 土壤重金屬危害概述

2.1 土壤重金屬產(chǎn)生的危害

土壤無(wú)機(jī)污染物中的重金屬污染較為突出，主要是因?yàn)橥寥牢⑸锊荒芊纸庵亟饘?，出現(xiàn)累積的情況。還有一些重金屬會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更大的污染物，有的污染物甚至?xí)?jīng)由食物鏈在人體內(nèi)儲(chǔ)存，對(duì)人體產(chǎn)生極為嚴(yán)重的危害。

土壤中的重金屬污染物主要是汞，鎘，鉛，銅，鉻，砷，鎳，鐵，錳，鋅等。值得一提的是，雖然砷等不屬于重金屬，但是它也包括在重金屬類別之中，主要是因?yàn)樗谥亟饘俚膩?lái)源和程度上和其他幾種沒有明顯差別。通常來(lái)說，金屬元素可以分成兩類：第一種是在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過程中不需要的元素也嚴(yán)重危害人類健康，如鎘，汞和鉛。第二種是植物生長(zhǎng)和發(fā)育所需的元素，還具有某些生理功能，如銅和鋅。這些元素的過量積累都會(huì)對(duì)土壤造成污染并影響植物生長(zhǎng)。

由于其在土壤中的不同形態(tài)，相同的金屬具有不同的遷移和轉(zhuǎn)化特征以及污染水平。因此，在我們研究土壤中重金屬的危害時(shí)，必須更加重視重金屬的總含量和各種形態(tài)的含量。

2.2 土壤中重金屬來(lái)源

土壤中重金屬的來(lái)源主要是天然來(lái)源和人為干擾。在各種人為因素中，工業(yè)，農(nóng)業(yè)和交通等因素造成的土壤重金屬污染比例較高。

2.2.1 自然來(lái)源

土壤被巖石風(fēng)化。首先，我們必須明確，處于不同的環(huán)境背景中的土壤重金屬含量也不盡相同。其次，影響土壤母巖形成的因素也會(huì)影響土壤中的重金屬含量。例如，具有強(qiáng)風(fēng)阻的石英巖對(duì)其上形成的土壤中的重金屬含量具有控制作用。然而，抗風(fēng)性較弱的碳酸鹽巖對(duì)控制土壤中重金屬含量的影響較小。再就是飄散在空氣中的重金屬粉塵也是影響土壤中重金屬含量的主要自然因素之一。

空氣中的一些重金屬元素被植物吸收并隨著植物生長(zhǎng)逐漸進(jìn)入水和土壤。在自然界中，土壤污染會(huì)影響土壤中重金屬的含量。在巖石圈的深部，巖漿作用和質(zhì)量變化等復(fù)雜的地球化學(xué)過程可能形成富含重金屬的沉積物。這也就是為什么在礦床附近的礦化地層中，土壤中的重金屬含量非常高的原因。在富含重金屬的地下水流出沉積物的過程中形成的分散暈上的土壤，由礦化材料攜帶的礦物質(zhì)產(chǎn)生的上部土壤中的重金屬也異常高。

2.2.2 人為因素造成的土壤重金屬污染

隨著人類社會(huì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展以及城市化的不斷推進(jìn)，有一些人為因素會(huì)導(dǎo)致土壤被重金屬污染。這是當(dāng)今社會(huì)需要重點(diǎn)研究和防治的首要內(nèi)容。重金屬主要是有色金屬，廣泛用于人類生產(chǎn)和生活。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有色重金屬礦床的開發(fā)和冶煉是重金屬排放到環(huán)境中最重要的污染源。他們主要通過“三廢”將重金屬排放到環(huán)境中。

3 微生物在控制土壤重金屬危害中的作用

利用微生物修復(fù)不同類型的土壤已成為微生物學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。微生物修復(fù)是指在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，通過某些技術(shù)手段使用天然存在的或栽培的功能性微生物群，一種生物修復(fù)技術(shù)，可促進(jìn)或增強(qiáng)微生物代謝功能，以降低有毒污染物的活性或降解為無(wú)毒物質(zhì)。簡(jiǎn)而言之，該技術(shù)利用微生物分解物質(zhì)，這些物質(zhì)主要為環(huán)境污染物。它與傳統(tǒng)分解基本相同，在一定程度上，它也具有未分解的新特征，比如說共代謝，質(zhì)粒降解等。因此，微生物的分解可以看作是普通分解的推廣和延伸。由于微生物具有個(gè)體小，快速繁殖，強(qiáng)適應(yīng)性和可變性，可以根據(jù)不同的環(huán)境產(chǎn)生相應(yīng)的變化，形成新的自發(fā)突變體。同時(shí)，還可以通過形成誘導(dǎo)酶產(chǎn)生新的酶系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)代謝功能以適應(yīng)新環(huán)境，從而達(dá)到降解和轉(zhuǎn)化土壤中那些“不熟悉的”的重金屬離子。氧化，還原，水解和聚合是在降解過程中發(fā)生主要的四種常見反應(yīng)。

4 利用微生物來(lái)控制土壤中重金屬

4.1 微生物溶解和沉淀重金屬離子

在土壤環(huán)境中，微生物可以通過分泌有機(jī)酸化合物來(lái)溶解和沉淀土壤中的重金屬離子。其工作原理是微生物通過各種代謝活動(dòng)溶解土壤中的重金屬離子。這種活動(dòng)可能不完全是直接的，也可能是間接活動(dòng)。通常，微生物的代謝過程能夠產(chǎn)生許多低分子量有機(jī)酸，例如經(jīng)常聽到的甲酸，乙酸，丙酸等。

4.2 微生物吸附重金屬離子

微生物可以吸收土壤中帶電離子的重金屬，或通過攝取必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收重金屬離子，并吸附植物表面或細(xì)胞中的重金屬離子。

4.3 微生物氧化和還原重金屬離子

土壤中存在一些以不同價(jià)態(tài)存在的重金屬元素。通常情況下，這種重金屬離子以高價(jià)離子化合物的形式存在，因此它的溶解度很小，也非常不容易產(chǎn)生變化，具有穩(wěn)定性，但當(dāng)它是低價(jià)的離子化合物時(shí)，相應(yīng)的它具有高溶解度，對(duì)土壤的影響非常大。在這種情況下，使用微生物來(lái)氧化土壤中的重金屬可以降低這些重金屬的活性以減少重金屬離子對(duì)土壤的破壞。

4.4 菌根真菌的生物有效性，以控制土壤中的重金屬

菌根是由真菌感染植物根部引起的共生現(xiàn)象。菌根真菌和植物根系的共生促進(jìn)了植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。在防治重金屬污染土壤中，菌根真菌不僅可以通過分泌的有機(jī)酸活化土壤中的某些重金屬離子，形成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，滋養(yǎng)植物生長(zhǎng)，也可用其他形式離子交換，以促進(jìn)相關(guān)有機(jī)物的分泌，間接影響植物對(duì)重金屬的吸收。

我們必須明確的是微生物修復(fù)污染土壤有兩個(gè)先決條件：首先，土壤中有多種微生物可以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，并且能夠在這種環(huán)境中產(chǎn)生分解重金屬所必要的酶。眾所周知，酶具有代謝功能，可以轉(zhuǎn)化或降解難以在土壤中降解的有機(jī)化合物，并且可以達(dá)到轉(zhuǎn)化或固定土壤中重金屬的目的。第二點(diǎn)是大多數(shù)進(jìn)入土壤的有機(jī)化合物是可生物降解的。也就是說，在微生物的作用下，有可能從大分子化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的小分子化合物。只有在這種情況下，進(jìn)入土壤的重金屬才有可能被微生物轉(zhuǎn)化，從而減少對(duì)土壤的破壞。只有當(dāng)滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，微生物才能修復(fù)被重金屬污染的土壤。當(dāng)然這種能力還受土壤環(huán)境如土壤養(yǎng)分，電子受體，電子供體和共代謝底物的影響，并不能一概而論。

5 結(jié)語(yǔ)

通過以上內(nèi)容，我們很容易就可以看出來(lái)，在治理土壤重金屬污染方面，微生物是效果比較明顯的一種方式，憑借其高效性以及良好的社會(huì)、生態(tài)綜合效益受到了大眾的追捧，前景十分廣闊。不難想象，在不久的將來(lái)，微生物研究將成為土壤重金屬污染控制的熱門話題。同時(shí)，正如習(xí)主席所說，金山銀山不如綠水青山。我們也要提升對(duì)土壤進(jìn)行保護(hù)的意識(shí)，深刻的認(rèn)識(shí)到土壤是整個(gè)人類的共有資源，才能夠讓我們未來(lái)的生活更加的美好。