裴佳楠

太原科技大學(xué)，山西 太原 030024

我國(guó)于2014 年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，重金屬鉛的點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)1.5%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位的比例分別為1.2%、0.2%、0.1%和0.1%，可見(jiàn)我國(guó)土壤的鉛污染狀況不容樂(lè)觀[1]。作為典型的土壤重金屬污染物，鉛可以通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康、食品安全和土壤環(huán)境造成重大威脅。目前，可以用于重金屬污染土壤修復(fù)的技術(shù)相當(dāng)多，其中微生物—植物聯(lián)合修復(fù)被認(rèn)為是治理和重建重金屬污染土壤最可行的選擇[2]。乳酸菌是一種公認(rèn)安全的食品級(jí)微生物。過(guò)往報(bào)道表明，乳酸菌對(duì)鉛離子具有優(yōu)異的去除能力[3-5]。因此，本論文通過(guò)盆栽試驗(yàn)來(lái)研究耐鉛乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)鉛污染土壤的能力，以期為微生物和植物聯(lián)合修復(fù)鉛污染土壤提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所選耐鉛乳酸菌菌株為從酸菜中分離出的E. faecium DUTYH_16120012。所選植物為多年生黑麥草。所用土壤樣品為通用型有機(jī)營(yíng)養(yǎng)土。將土壤樣品自然風(fēng)干后，挑除石塊等雜質(zhì)，碾碎過(guò)篩。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先在土壤樣品中按照一定的比例投加硝酸鉛溶液，使土壤的Pb2+質(zhì)量濃度分別為0、250、500、750 和1 000 mg/kg。接下來(lái)，對(duì)黑麥草種子進(jìn)行消毒，并在避光條件下催芽。同時(shí)，將E.faecium DUTYH_16120012 菌體制成濃度為108CFU/mL 的菌懸液。

本試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，分別設(shè)置空白組、植物組、乳酸菌—植物組，對(duì)每個(gè)土壤濃度都設(shè)置三個(gè)不同的處理組。經(jīng)過(guò)45 d 的植物生長(zhǎng)后，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2.2 測(cè)定方法

按照黃周滿(mǎn)等[6]所述的方法測(cè)定黑麥草地上、地下部分Pb2+含量，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 17141-1997 測(cè)定土壤中的Pb2+含量。計(jì)算富集系數(shù)（BCF）和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）：

2 結(jié)果與討論

2.1 微生物與植物聯(lián)合修復(fù)對(duì)植物生長(zhǎng)特性的影響

土壤中的Pb2+對(duì)黑麥草的生長(zhǎng)量表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抑制作用。如圖1、2 所示，隨土壤Pb2+濃度的增加，植物組和乳酸菌—植物組中黑麥草地上、地下部分的干重均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。但在黑麥草根系附近的土壤中投加耐鉛乳酸菌可以顯著促進(jìn)該植物地上、地下部分的生長(zhǎng)（P＜0.05）。

圖1 乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草地上部分干重的影響

圖2 乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草地下部分干重的影響

2.2 微生物與植物聯(lián)合修復(fù)對(duì)植物富集和轉(zhuǎn)運(yùn)鉛的影響

E. faecium DUTYH_16120012 和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草地上、地下部分鉛積累的影響如圖3、4所示。不同處理組黑麥草地上、地下部分的鉛含量均隨土壤中Pb2+濃度的增加而增加。在所有試驗(yàn)濃度下，在黑麥草根系附近土壤中投加耐鉛乳酸菌都能顯著提高該植物地上、地下部分中Pb2+的累積（P＜0.05）。

圖3 乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草地上部分鉛積累的影響

圖4 乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草地下部分鉛積累的影響

富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)是評(píng)估土壤修復(fù)能力的重要指標(biāo)。如表1 所示，兩個(gè)處理組的BCF 和TF 隨土壤中Pb2+質(zhì)量濃度的增加都呈現(xiàn)出了先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)土壤中Pb2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為250 mg/kg 時(shí)，BCF 和TF 的值都達(dá)到最高。值得注意的是，投加耐鉛乳酸菌后，黑麥草的BCF 和TF 都得到了顯著提高（P＜0.05）。與植物組相比，投加該菌株后，黑麥草的TF 分別增加了17.86%、29.73%、25.71%、30.00%和28.00%。同時(shí)，兩個(gè)處理組黑麥草的TF均小于1，表明鉛主要積累于植物根部。以上結(jié)果表明，在黑麥草根系附近土壤中投加E. faecium DUTYH_16120012 能夠顯著提高黑麥草對(duì)鉛污染土壤的修復(fù)效果。

表1 乳酸菌和黑麥草聯(lián)合修復(fù)對(duì)黑麥草富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響

3 結(jié)論

在重金屬鉛污染土壤中，種植黑麥草，并引入耐鉛乳酸菌進(jìn)行土壤聯(lián)合修復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，土壤中的重金屬鉛對(duì)植物的生長(zhǎng)特性產(chǎn)生了影響。隨土壤中Pb2+濃度的增加，植物組和乳酸菌—植物組中黑麥草地上、地下部分的干重都在逐漸減少，同時(shí)，地上、地下部分的Pb2+濃度在逐漸增加，BCF 和TF呈現(xiàn)出了先增加后減少的趨勢(shì)。兩個(gè)不同處理組黑麥草的TF 均小于1，說(shuō)明Pb2+主要積累于黑麥草根部。在黑麥草根系附近土壤投加E. faecium DUTYH_16120012 后，黑麥草生長(zhǎng)量顯著增加，富集轉(zhuǎn)運(yùn)鉛的能力顯著提高，這表明該菌株顯著提高了黑麥草對(duì)鉛污染土壤的修復(fù)效率。