微生物在治理土壤重金屬危害時的作用

俞紀翔

（武漢市第二中學，湖北 武漢 430010）

當今世界一個非常重要的環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源是污水灌溉，工業廢物，工業污染物積累和大氣沉降。傳統上采用的土壤污染控制措施使用物理和化學修復技術。但是這兩種方法容易造成二次污染，對綠色環境構成一定的潛在風險。

1 微生物修復技術概述

目前，微生物技術通常使用兩種方法來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形態，達到消化或降解的目的。這種方式能夠大大降低土壤環境中有毒物質的流動性和有效性，對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 土壤重金屬產生的危害

土壤無機污染物中的重金屬污染較為突出，主要是因為土壤微生物不能分解重金屬，出現累積的情況。還有一些重金屬會轉化為毒性更大的污染物，有的污染物甚至會經由食物鏈在人體內儲存，對人體產生極為嚴重的危害。

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，主要是因為它在重金屬的來源和程度上和其他幾種沒有明顯差別。通常來說，金屬元素可以分成兩類：第一種是在植物生長和發育過程中不需要的元素也嚴重危害人類健康，如鎘，汞和鉛。第二種是植物生長和發育所需的元素，還具有某些生理功能，如銅和鋅。這些元素的過量積累都會對土壤造成污染并影響植物生長。

由于其在土壤中的不同形態，相同的金屬具有不同的遷移和轉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，必須更加重視重金屬的總含量和各種形態的含量。

2.2 土壤中重金屬來源

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

2.2.1 自然來源

土壤被巖石風化。首先，我們必須明確，處于不同的環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影響土壤中的重金屬含量。例如，具有強風阻的石英巖對其上形成的土壤中的重金屬含量具有控制作用。然而，抗風性較弱的碳酸鹽巖對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逐漸進入水和土壤。在自然界中，土壤污染會影響土壤中重金屬的含量。在巖石圈的深部，巖漿作用和質量變化等復雜的地球化學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產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

隨著人類社會發展，農業和工業技術的不斷發展以及城市化的不斷推進，有一些人為因素會導致土壤被重金屬污染。這是當今社會需要重點研究和防治的首要內容。重金屬主要是有色金屬，廣泛用于人類生產和生活。在工業生產過程中，有色重金屬礦床的開發和冶煉是重金屬排放到環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

利用微生物修復不同類型的土壤已成為微生物學研究的熱點之一。微生物修復是指在適當的環境條件下，通過某些技術手段使用天然存在的或栽培的功能性微生物群，一種生物修復技術，可促進或增強微生物代謝功能，以降低有毒污染物的活性或降解為無毒物質。簡而言之，該技術利用微生物分解物質，這些物質主要為環境污染物。它與傳統分解基本相同，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。由于微生物具有個體小，快速繁殖，強適應性和可變性，可以根據不同的環境產生相應的變化，形成新的自發突變體。同時，還可以通過形成誘導酶產生新的酶系統，從而調節代謝功能以適應新環境，從而達到降解和轉化土壤中那些“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生主要的四種常見反應。

4 利用微生物來控制土壤中重金屬

4.1 微生物溶解和沉淀重金屬離子

在土壤環境中，微生物可以通過分泌有機酸化合物來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溶解土壤中的重金屬離子。這種活動可能不完全是直接的，也可能是間接活動。通常，微生物的代謝過程能夠產生許多低分子量有機酸，例如經常聽到的甲酸，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養物質吸收重金屬離子，并吸附植物表面或細胞中的重金屬離子。

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態存在的重金屬元素。通常情況下，這種重金屬離子以高價離子化合物的形式存在，因此它的溶解度很小，也非常不容易產生變化，具有穩定性，但當它是低價的離子化合物時，相應的它具有高溶解度，對土壤的影響非常大。在這種情況下，使用微生物來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象。菌根真菌和植物根系的共生促進了植物對營養物質的吸收。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酸活化土壤中的某些重金屬離子，形成營養物質，滋養植物生長，也可用其他形式離子交換，以促進相關有機物的分泌，間接影響植物對重金屬的吸收。

我們必須明確的是微生物修復污染土壤有兩個先決條件：首先，土壤中有多種微生物可以適應不斷變化的環境，并且能夠在這種環境中產生分解重金屬所必要的酶。眾所周知，酶具有代謝功能，可以轉化或降解難以在土壤中降解的有機化合物，并且可以達到轉化或固定土壤中重金屬的目的。第二點是大多數進入土壤的有機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變為簡單的小分子化合物。只有在這種情況下，進入土壤的重金屬才有可能被微生物轉化，從而減少對土壤的破壞。只有當滿足上述兩個條件時，微生物才能修復被重金屬污染的土壤。當然這種能力還受土壤環境如土壤養分，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 結語

通過以上內容，我們很容易就可以看出來，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、生態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，微生物研究將成為土壤重金屬污染控制的熱門話題。同時，正如習主席所說，金山銀山不如綠水青山。我們也要提升對土壤進行保護的意識，深刻的認識到土壤是整個人類的共有資源，才能夠讓我們未來的生活更加的美好。