微生物代謝物中的低分子有機酸對土壤中重金屬生物有效性的影響

張 馨

（貴州省建設學校 貴州貴陽 551400）

1 低分子有機酸對重金屬生物有效性的影響

低分子量有機酸是一種帶有一個或多個羧基功能團的低分子量碳氫氧化合物，廣泛存在于植物體內、植物根際區域和土壤環境中[1]。主要來源于植物根系分泌，微生物代謝等多種途徑。低分子量有機酸在植物-土壤系統中具有重要的生態功能，其中影響土壤中重金屬生物有效性成為其重要生態功能之一[2]。

土壤中的重金屬以不同的化學形態存在于土壤固相或土壤液相，土壤固相和液相中的金屬處于一個動態平衡，但土壤液相中的重金屬的移動性和生物有效性最大[7]。在土壤環境中，微生物與金屬的生物地球化學循環密切相關，微生物的代謝產物有機酸可以絡合土壤固相吸附或結合的金屬，從而增加其移動性和生物有效性[7]。

微生物活化土壤重金屬的途徑包括：促進難溶性金屬化合物/礦物（金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬硫化物）的溶解和促進粘土礦物或有機質表面吸附的金屬的解吸作用，使土壤固相中的金屬轉移到液相，從而增加重金屬的有效性和促進植物對金屬的吸收[7]。微生物分泌的胞外代謝物有機酸（如檸檬酸、草酸等）僅能酸化土壤環境，而且與金屬有很強地結合能力，從而促進土壤金屬的溶解和解吸作用。例如，土壤接種Azotobacter chroococcum（固氮細菌），Bacillusmegaterium（磷溶解菌） 和 Bacillusmucilaginosus（鉀溶解菌）、Bacillussp.RJ16顯著降低土壤pH，增加Cd，Pb和Zn的生物有效性，其原因可能在于分泌某些低分子量的有機酸；Saravanan等研究也發現，內生菌Gluconacetobacter diazotrophices能有效地促進ZnO、ZnCO3和Zn3(PO4)2溶解，其原因可能在于其分泌有機酸——5-葡萄酮酸。在營養充分的條件下，微生物可以促進Cd的溶解，從土壤中溶解出來的Cd主要是和低分子量的有機酸結合在一起[8]。由于有機酸能提高重金屬生物有效性特點，被用于植物修復重金屬污染土壤中。

近年來，植物修復技術有許多物理、化學方法不可比擬的優點，如費用低廉、不破壞場地結構、不造成地下水的二次污染、美化環境等[6]而受到了國內外研究者、政府和企業等各界人士的高度。

然而，土壤中的重金屬的移動性和生物有效性低成為限制植物修復重金屬污染土壤應用的主要因素。原因在于重金屬進入土壤后，極易與土壤中的有機物或無機物形成不溶性沉淀或吸附在土壤顆粒表面而難以被植物吸收。土壤中的重金屬要被植物根系吸收，首先以溶解態轉入土壤溶液，成為植物的可吸收態[3]。為了克服土壤重金屬生物有效性低的缺點，研究者常常施加螯合劑（如EDTA、EDDS、TNT等）或有機酸促進土壤中重金屬的解析或溶解，提高土壤溶液中重金屬濃度，從而促進植物吸收重金屬。然而，通常合成螯合劑有一定的植物毒性，并且在土壤環境中難以降解，從而增加了環境風險[5]。有機酸由于自身的低植物毒性和在土壤中容易被微生物降解或者礦化，不會對植物造成毒害，受到了研究者的廣泛關注。有關有機酸輔助植物修復重金屬污染土壤的文獻報告有很多[2]。例如[4]盆栽試驗發現，添加有機酸的蒲公英葉片的長勢均比對照的好，以添加檸檬酸的蒲公英長勢最好。而且，經有機酸處理的植株地上部對鎘的富集系數增大。主要原因在于有機酸如草酸、乳酸等為弱酸，施入到土壤當中改變了土壤的理化條件，使得土壤中的鎘化學形態從難吸收態轉變為植物易吸收形態，從而促進植株對鎘吸收作用。

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[2]丁永禎,李志安,鄒碧,等.土壤低分子量有機酸及其生態功能.土壤,2005.37(3):243-250.

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