微生物修復(fù)是指利用天然存在的或所培養(yǎng)的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強化微生物代謝功能，從而達(dá)到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質(zhì)的生物修復(fù)技術(shù)。與物理化學(xué)修復(fù)相比，微生物修復(fù)具有高效率、低成本、非破壞、綠色化、適用廣等特點，已成為污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的重要組成部分和生力軍。  

重金屬污染土壤的微生物修復(fù)  

重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理主要包括生物富集(如生物積累、生物吸著)和生物轉(zhuǎn)化(如生物氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解)等作用方式。  

微生物對重金屬的生物積累和生物吸著主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合、沉淀以及胞內(nèi)積累等三種形式，其作用方式有以下幾種：(1)金屬磷酸鹽、金屬硫化物沉淀;(2)細(xì)菌胞外多聚體;(3)金屬硫蛋白、植物螯合肽和其他金屬結(jié)合蛋白;(4)鐵載體;(5)真菌來源物質(zhì)及其分泌物對重金屬的去除。由于微生物對重金屬具有很強的親合吸附性能，有毒金屬離子可以沉積在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，或被輕度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。  

重金屬進(jìn)入細(xì)胞后，可通過“區(qū)域化作用”分配于細(xì)胞內(nèi)的不同部位，體內(nèi)可合成金屬硫蛋白(MT)，MT可通過Cys殘基上的巰基與金屬離子結(jié)合形成無毒或低毒絡(luò)合物。研究表明，微生物的重金屬抗性與MT積累成正相關(guān)，這使細(xì)菌質(zhì)?？赡苡锌怪亟饘俚幕?。  

重金屬污染土壤中存在一些特殊微生物類群，它們對有毒重金屬離子不僅具有抗性，同時也可以使重金屬進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。其主要作用機理包括微生物對重金屬的生物氧化和還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解轉(zhuǎn)化重金屬，改變其毒性，從而形成某些微生物對重金屬的解毒機制。  

微生物也可通過改變重金屬的氧化還原狀態(tài)，使重金屬化合價發(fā)生變化，改變重金屬的穩(wěn)定性。在細(xì)菌作用下氧化還原是最有希望的有毒廢物生物修復(fù)系統(tǒng)。  

有機污染土壤的微生物修復(fù)  

微生物降解有機污染物主要依靠兩種作用方式：其一，通過微生物分泌的胞外酶降解;其二，污染物被微生物吸收至其細(xì)胞內(nèi)后，由胞內(nèi)酶降解。微生物從胞外環(huán)境中吸收攝取物質(zhì)的方式主要有主動運輸、被動擴散、促進(jìn)擴散、基團(tuán)轉(zhuǎn)位及胞飲作用等。  

微生物降解和轉(zhuǎn)化土壤中有機污染物，通常依靠以下基本反應(yīng)模式來實現(xiàn)的：  

(一)氧化作用  

(二)還原作用  

(三)基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用  

(四)水解作用  

(五)其它反應(yīng)類型  

污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用  

土壤微生物修復(fù)技術(shù)是在適宜條件下利用土著微生物或外源微生物的代謝活動，對土壤中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。從修復(fù)場地來分，土壤微生物修復(fù)技術(shù)主要分為兩類，即原位微生物修復(fù)和異位微生物修復(fù)。  

(1)污染土壤的原位微生物修復(fù)技術(shù)  

原位微生物修復(fù)不需將污染土壤搬離現(xiàn)場，直接向污染土壤投放氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)和供氧，促進(jìn)土壤中土著微生物或特異功能微生物的代謝活性，降解污染物。原位微生物修復(fù)技術(shù)主要有生物通風(fēng)法、生物強化法、土地耕作法和化學(xué)活性柵修復(fù)法等幾種。  

生物通風(fēng)又稱土壤曝氣，是基于改變生物降解環(huán)境條件(如通氣狀況等)而設(shè)計的，是一種強迫氧化的生物降解方法。其操作原理是在污染的土壤上打至少2口井，安裝鼓風(fēng)機和抽空機，將空氣強制注入土壤中，然后抽出土壤中的揮發(fā)性有機毒物。在通入空氣時，可以加入一定量的氧氣和營養(yǎng)液，改善土壤中降解菌的營養(yǎng)條件，提高土壤微生物的降解活性，從而達(dá)到污染物降解的目的。  

生物強化是基于改變生物降解中微生物的活性和強度而設(shè)計的，可分為土著菌培養(yǎng)法和投菌法。  

土地耕作法也稱農(nóng)耕法，是以就地污染土壤作為接種物的好氧生物過程。其簡要操作規(guī)程是首先對污染土壤進(jìn)行耕耙，同時施入肥料等養(yǎng)分，進(jìn)行灌溉，加入石灰，從而盡可能地為微生物降解提供一個良好的環(huán)境，以便土壤中發(fā)生污染物的降解過程。  

化學(xué)活性柵修復(fù)法是依靠摻入污染土壤的化學(xué)修復(fù)劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、聚合等化學(xué)反應(yīng)，從而使污染物得以降解或轉(zhuǎn)化為低毒性或移動性較低的化學(xué)形態(tài)的方法。  

(2)污染土壤的異位微生物修復(fù)技術(shù)  

異位微生物修復(fù)是把污染土壤挖出，進(jìn)行集中生物降解的方法。主要包括預(yù)制床法、堆制法及泥漿生物反應(yīng)器法。  

預(yù)制床修復(fù)是農(nóng)耕法的延續(xù)，它可以使污染物的遷移量減至最低。  

堆制法是利用傳統(tǒng)的堆肥方法，將污染土壤與有機廢棄生物質(zhì)(如木屑、秸稈、樹葉等土)、糞便等混合起來，使用機械或壓氣系統(tǒng)充氧，同時加入石灰以調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過一段時間依靠堆肥過程中微生物作用來降解土壤中有機污染物。  

泥漿生物反應(yīng)器法是將污染土壤轉(zhuǎn)移至生物反應(yīng)器，加水混合成泥漿，調(diào)節(jié)適宜的pH，同時加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑，底部鼓人空氣充氧，滿足微生物所需氧氣的同時，使微生物與污染物充分接觸，加速污染物的降解，降解完成后，過濾脫水。這種方法處理效果好，速度快，但僅僅適宜于小范圍的污染治理。  

因此，我們在選擇污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)時，應(yīng)充分考慮上述各種修復(fù)方法的優(yōu)缺點，結(jié)合污染物的類型、污染場地、污染狀況等因素，充分發(fā)揮每種微生物修復(fù)方法的長處，加以靈活運用。  

土壤微生物修復(fù)技術(shù)的未來發(fā)展方向  

從目前來看，微生物修復(fù)是最具發(fā)展和應(yīng)用前景的生物修復(fù)技術(shù)，人們在微生物材料、降解途徑以及修復(fù)技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進(jìn)展，并展示了一些成功的修復(fù)案例。但是隨著微生物修復(fù)范疇及內(nèi)涵的不斷拓展，特別針對復(fù)雜的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)，每種微生物修復(fù)技術(shù)不僅要克服自身原有的不足，而且還需進(jìn)一步認(rèn)識和解決在修復(fù)過程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象和新問題，如新型污染物類型的發(fā)現(xiàn)、新微生物資源的評價、污染物的土壤修復(fù)過程與風(fēng)險、修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合化及高效應(yīng)用等方面。因此，污染土壤的微生物修復(fù)仍面臨著極大的挑戰(zhàn)，任務(wù)十分艱巨。今后需在以下幾個方面展開深入研究：  

(1)微生物資源及其生物降解途徑  

土壤微生物資源十分豐富，我們在挖掘現(xiàn)有高效微生物資源的基礎(chǔ)上，仍繼續(xù)篩選和馴化新的降解菌株;重點研究典型有機污染物的微生物降解途徑、機理與生物降解代謝流;進(jìn)一步解析典型污染物降解基因的結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控機制，闡明降解過程的分子生物學(xué)機理;應(yīng)用系統(tǒng)生物學(xué)方法，開展典型污染物微生物降解的基因組研究，以揭示其微生物遺傳多樣性與功能基因;在全面掌握污染物降解菌生理生化、遺傳學(xué)特性基礎(chǔ)上，重組構(gòu)建污染物降解關(guān)鍵酶和功能優(yōu)化的基因工程菌等。  

(2)微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研發(fā)  

由于土壤復(fù)合污染的普遍性、復(fù)雜性和特殊性，復(fù)合污染土壤的修復(fù)不可能單獨依靠一種修復(fù)措施就能徹底解決問題，往往需要多途徑、多方式的修復(fù)手段;另一方面，即使是單一污染土壤，我們也可以采用多途徑、多方式強化微生物修復(fù)效果，以達(dá)徹底修復(fù)之目的。目前，基于微生物的復(fù)合修復(fù)思路主要有：微生物—土壤物理改良、微生物—化學(xué)活化、微生物—動物、微生物—植物、甚至于采用微生物—植物—動物等多生命體的系統(tǒng)組合，其中微生物(特別是根瘤菌和菌根真菌)—植物的聯(lián)合修復(fù)近年來深受人們關(guān)注，在重金屬和有機污染土壤的修復(fù)中顯示出很好的應(yīng)用前景。  

(3)微生物修復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用  

一般說來，實驗室的微生物修復(fù)研究，因修復(fù)條件較為理想化，被干擾因素極少，其修復(fù)可能很好。如一旦將室內(nèi)的微生物修復(fù)技術(shù)放大到現(xiàn)場條件下，干擾因素復(fù)雜，一系列的新問題可能會出現(xiàn)，甚至可能會遭致完全否定等現(xiàn)象。因此，微生物修復(fù)技術(shù)的工程化應(yīng)用是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須融合環(huán)境工程、水利學(xué)、環(huán)境化學(xué)及土壤學(xué)等多學(xué)科知識，創(chuàng)造現(xiàn)場的修復(fù)條件，如土地翻耕、農(nóng)藝措施、添加物質(zhì)、高效微生物、植物修復(fù)，季節(jié)更替等，構(gòu)建出一套因地因時的污染土壤田間修復(fù)工程技術(shù)。

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