微生物強化植物修復鉛污染土壤研究

裴佳楠

太原科技大學，山西 太原 030024

我國于2014 年發布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，重金屬鉛的點位超標率達1.5%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位的比例分別為1.2%、0.2%、0.1%和0.1%，可見我國土壤的鉛污染狀況不容樂觀[1]。作為典型的土壤重金屬污染物，鉛可以通過食物鏈對人體健康、食品安全和土壤環境造成重大威脅。目前，可以用于重金屬污染土壤修復的技術相當多，其中微生物—植物聯合修復被認為是治理和重建重金屬污染土壤最可行的選擇[2]。乳酸菌是一種公認安全的食品級微生物。過往報道表明，乳酸菌對鉛離子具有優異的去除能力[3-5]。因此，本論文通過盆栽試驗來研究耐鉛乳酸菌和黑麥草聯合修復鉛污染土壤的能力，以期為微生物和植物聯合修復鉛污染土壤提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗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營養土。將土壤樣品自然風干后，挑除石塊等雜質，碾碎過篩。

1.2 實驗方法

1.2.1 盆栽試驗設計

在進行試驗時，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+質量濃度分別為0、250、500、750 和1 000 mg/kg。接下來，對黑麥草種子進行消毒，并在避光條件下催芽。同時，將E.faecium DUTYH_16120012 菌體制成濃度為108CFU/mL 的菌懸液。

本試驗在室內進行，分別設置空白組、植物組、乳酸菌—植物組，對每個土壤濃度都設置三個不同的處理組。經過45 d 的植物生長后，測定相關指標。

1.2.2 測定方法

按照黃周滿等[6]所述的方法測定黑麥草地上、地下部分Pb2+含量，根據國標GB/T 17141-1997 測定土壤中的Pb2+含量。計算富集系數（BCF）和轉運系數（TF）：

2 結果與討論

2.1 微生物與植物聯合修復對植物生長特性的影響

土壤中的Pb2+對黑麥草的生長量表現出了較強的抑制作用。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減少的趨勢。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該植物地上、地下部分的生長（P＜0.05）。

圖1 乳酸菌和黑麥草聯合修復對黑麥草地上部分干重的影響

圖2 乳酸菌和黑麥草聯合修復對黑麥草地下部分干重的影響

2.2 微生物與植物聯合修復對植物富集和轉運鉛的影響

E. faecium DUTYH_16120012 和黑麥草聯合修復對黑麥草地上、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 乳酸菌和黑麥草聯合修復對黑麥草地上部分鉛積累的影響

圖4 乳酸菌和黑麥草聯合修復對黑麥草地下部分鉛積累的影響

富集系數和轉運系數是評估土壤修復能力的重要指標。如表1 所示，兩個處理組的BCF 和TF 隨土壤中Pb2+質量濃度的增加都呈現出了先增加后降低的趨勢。當土壤中Pb2+的質量分數為250 mg/kg 時，BCF 和TF 的值都達到最高。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，兩個處理組黑麥草的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鉛污染土壤的修復效果。

表1 乳酸菌和黑麥草聯合修復對黑麥草富集系數和轉運系數的影響

3 結論

在重金屬鉛污染土壤中，種植黑麥草，并引入耐鉛乳酸菌進行土壤聯合修復試驗。結果表明，土壤中的重金屬鉛對植物的生長特性產生了影響。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，地上、地下部分的Pb2+濃度在逐漸增加，BCF 和TF呈現出了先增加后減少的趨勢。兩個不同處理組黑麥草的TF 均小于1，說明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，黑麥草生長量顯著增加，富集轉運鉛的能力顯著提高，這表明該菌株顯著提高了黑麥草對鉛污染土壤的修復效率。