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微生物菌剂在土壤修复中的应用
季彬,杜军国,祁宏山,曾杨,陈娟
（甘肃省科学院生物研究所,甘肃兰州730000）
摘 要：随着社会的不断进步,科学技术也在快速的发展,尤其体现在农业方面.目前我国大部分地区仍然依靠大剂量的使用化学农药、化肥来抑制农作物病虫害来保证庄稼增产增收,这使得农作物和土壤中残留大量的化学物质,对人类的生存环境产生一定的不利影响.使用微生物杀虫剂、微生物菌肥等相关农用微生物益生菌制剂可以大大改善化学药物、化肥以及化学制剂中重金属、土壤中本身所残留的各种污染物所带来的各种为害,并且还可以在一定范围内修复受损的土壤环境.
关键词：微生物菌；土壤污染；土壤修复；生物修复技术；应用
基金项目：甘肃省科学院青年基金（2013QN-07）；甘肃省科学院产业化项目（2015）
中图分类号： X53 文献标识码：A DOI 编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.16.042
社会的快速发展,人们对食物的需求量大大增加,然而,在农业生产中大范围的使用化学药剂,使得原本富饶的土壤环境变得十分的贫瘠,并且使土壤中含有大量的化学药物,对人类的生存和健康产生一定的危害.目前,借助微生物对农作物进行病虫害防治和土壤修复研究,在小范围的实验中已经有了效果.如果使用微生物菌剂可以取代化学药剂作为农作物的杀虫并达到改善土壤环境的作用,那么,对农业的发展有一定的现实意义.
1 借助微生物菌剂的吸附作用对化学物质残留的土壤进行修复
微生物进行吸附主要有三种形式,细胞内吸附和细胞表面吸附以及细胞内积累.对土壤中化学成分的吸附主要是细胞内积累的方式,借助细胞内的物质将土壤中的化学物质进行有机的结合,然后在细胞内形成沉淀物质,从而达到吸附的作用.从受损的土壤中进行取样,对土壤中微生物含量、重金属含量进行测定,发现细胞内Pb, Cd 和Ni 这三种物质可以抑制微生物的生长.在浓度较高的培养液中培养3 天之后,分别对细胞内的Pb,Cd 和Ni 三种物质的含量进行测定,发现其含量有明显的增长趋势.细胞内的钙离子与金属硫蛋白发生反应生成沉淀物质,从而使得土壤中的有毒物质含量降低.
2 借助微生物转化对污染的土壤进行修复
微生物转化的主要原理是通过微生物生命活动所产生的一系列胞外酶的化学反应来对土壤中的重金属离子进行氧化或者其他的变化,使其从有毒状态向无毒状态进行转变,从而完成土壤的修复过程.和传统的土壤修复方法进行比较,利用微生物将土壤中具有强毒性的转化为毒性较低的,是目前效果最好、使用最为方便的一种方式.
3 借助微生物表面活性剂对重金属污染的土壤进行修复
生物表面活性剂对重金属污染的土壤进行修复,主要是依靠微生物和重金属发生反应后,形成具有亲水基和疏水基这两种物质.从分子的结构来看,生物表面活性剂可以分为糖脂、磷脂、多糖类物质等.生物表面活性剂和化学合成的表面活性剂进行比较,生物表面活性剂具有明显的优势,如毒性低、容易适应环境、可降解等.土壤中重金属物质的浓度过高,会杀死细菌,所以需要借助生物表面活性剂和重金属进行化学反应,生成沉淀物质,并且借助淋洗、冲洗等方式将沉淀物质从土壤中分离开.根据实验数据可以看出,经过发泡处理后的生物表面活性剂鼠李糖脂对金属钙和铅的去除率明显增高.
对生物表面活性剂中的生产菌株进行分析和研究,得出结论,生产菌株将强毒性的cr6+ 转化为低毒性的cr3+ 主要分为两大方面：借助细胞外的铬还原酶将毒性强的cr6+ 转化为低毒性的cr3+,大大降低了土壤的毒性；低毒性的cr3+ 被生产菌株自身所产生的cr3+ 进行络合,使得细菌不会受到重金属物质的侵害.mg2+、ca2+ 等无毒性的重金属离子与生物表面活性剂进行反应时,首先,生物表面活性剂会优先选择具有毒性的金属离子进行反应,这样可以确保细菌不受到重金属的毒害,并且不会对土壤中其他的金属离子的含量产生影响.
对产生物生物表面活性剂的研究实验中发现,当处于5 倍临界浓度时,培养液中的重金属铅与镉含量几乎为零.借助原子吸收光谱仪进行测定,可以发现,溶液中的重金属离子与生物表面活性剂发生化学反应,形成难溶质,从而使得溶液中重金属离子的含量大大降低.然后借助2 倍浓度的CMC 对重金属沉淀物质进行电镜分析,发现重金属离子吸附在胶束的表面上,也正是说明重金属离子和胶束的亲水基进行结合,从而产生沉淀物质.与此同时,对阴离子型的生物表面活性剂与重金属离子化学反应进行分析,发现阴离子物质主要借助离子键与重金属物质形成络合物,从而使其与土壤分离开.然而,阳离子生物表面活性剂主要是借助重金属离子表面位置的变化,进行离子的交换,从而使其与土壤分离开.由此可见,生物表面活性剂可以完全取代化学合成的吸附剂,并且有效的改善土壤的环境.
4 结语
社会的进步,促进了农业的发展,随着大范围使用化学药剂,使得土壤受到了严重的污染.化学合成药物虽然可以短期改善土壤的环境,但是其综合负面影响远大于正面作用.将微生物使用在土壤的修复工作中是一种新型的技术,并且具有较多的优点,深受社会的广泛关注.如何合理的将微生物应用到土壤修复工作中,是目前环境部门应该深思熟虑的问题.随着分子技术和生物技术的快速发展,给微生物修复技术奠定了良好的基础,促进其使用和推广.
参考文献
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[3]张胜,陈立,崔晓梅,等.西北黄土区石油污染土壤原位微生物生态修复试验研究[J].微生物学通报,2008,(05).
作者简介：季彬,本科学历,甘肃省科学院生物研究所,助理研究员,研究方向：农业废弃物高值化循环利用.
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