您的位置：首頁(yè)>新聞動(dòng)態(tài)>行業(yè)新聞>微生物：土壤健康的“生力軍”

    隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)集約化、工業(yè)化、城市化和交通現(xiàn)代化的快速發(fā)展，化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品和工業(yè)污染物大量進(jìn)入環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染面積不斷擴(kuò)大。

    污染程度日趨嚴(yán)重，給我國(guó)土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品(000061,股吧)安全和人類(lèi)健康等造成了嚴(yán)重威脅，并直接影響到我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

    而土壤污染具有隱蔽性、滯后性等特征，不僅降低了土地資源的質(zhì)量，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受損失，并且通過(guò)污染農(nóng)副產(chǎn)品而損害人體健康。因此，如何保證土壤的質(zhì)量至關(guān)重要。

其實(shí)，土壤中棲息的數(shù)量巨大的微生物是消除土壤環(huán)境污染、恢復(fù)土壤健康、重建生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程中不可或缺又無(wú)法替代的生力軍，它們將在污染農(nóng)田修復(fù)、安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和可持續(xù)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建中發(fā)揮巨大作用。

消除土壤重金屬污染需要微生物

我國(guó)首次土壤污染普查結(jié)果顯示，全國(guó)土壤重金屬總超標(biāo)率達(dá)16.1%，耕地土壤重金屬超標(biāo)率高達(dá)19.4%。每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過(guò)1千萬(wàn)噸，每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬(wàn)噸，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億元。

目前，土壤重金屬污染的面積和強(qiáng)度呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。

土壤重金屬污染主要來(lái)源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦和交通等方面。

工業(yè)生產(chǎn)廣泛使用重金屬，而且將未經(jīng)嚴(yán)格處理的廢水直接排放，使得周?chē)耐寥廊菀赘患吆康挠卸局亟饘?。企業(yè)排放的煙塵和廢氣中也含有重金屬，并最終通過(guò)雨淋沉降和自然沉降進(jìn)入土壤。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含重金屬的化肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用以及污水灌溉等，都會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染。

特別指出，很多重金屬污染還源于金屬礦山的開(kāi)采，廣東大寶山礦區(qū)土壤測(cè)定發(fā)現(xiàn)30多年的采礦已造成土壤鉛、鋅、銅、鎘 重金屬?lài)?yán)重超標(biāo)，附近河水灌溉稻田的重金屬含量遠(yuǎn)超出國(guó)家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中銅、鎘超標(biāo)倍數(shù)分別為14.01倍和4.17倍。有色金屬礦山開(kāi)發(fā)使得湖南全省高達(dá)13%的土壤受到鉛、鎘、汞、砷等金屬元素的污染，污染面積達(dá)2.8萬(wàn)公頃。

重金屬在土壤中有難降解、毒性強(qiáng)、易累積等特點(diǎn)，它們或通過(guò)滲漏進(jìn)入地下水，或在土壤中直接被植物吸收進(jìn)入食物鏈，最終對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)和動(dòng)物的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，使這個(gè)問(wèn)題越來(lái)越突出。

不難看出，土壤重金屬的危害及污染治理是當(dāng)今土壤、環(huán)境、生態(tài)、生物以及醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)，也是社會(huì)各界關(guān)心的熱點(diǎn)和當(dāng)今環(huán)境污染防治的重點(diǎn)。

土壤重金屬污染修復(fù)的主要技術(shù)包括化學(xué)、物理、工程以及生物治理法，微生物修復(fù)是通過(guò)微生物對(duì)土壤中的重金屬離子的吸附、吸收、絡(luò)合、沉淀及成礦等作用降低其活性，減少農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收，達(dá)到修復(fù)污染的效果。微生物修復(fù)具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

在土壤中，微生物依靠其細(xì)胞壁和胞外聚合物（EPS）中大量的羥基、羧基、磷酸基吸附土壤中重金屬離子，其代謝分泌的磷酸根、腐殖酸、富里酸等能沉淀土壤中的重金屬離子，其胞內(nèi)形成的植物螯合肽和金屬硫蛋白等能富集重金屬，而且微生物還可以通過(guò)改變土壤理化性質(zhì)、影響植物根系吸收等過(guò)程，使土壤中重金屬的遷移性下降，降低了重金屬的生物有效性。

消除土壤多環(huán)芳烴污染需要微生物

多環(huán)芳烴（PAHs）是含兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)污染物，廣泛分布于土壤中，并且水溶性低，難揮發(fā)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成為典型的持久性有機(jī)污染物（POPs）。

PAHs具有“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，對(duì)環(huán)境生態(tài)安全和人類(lèi)健康具有極大的潛在危害。

上個(gè)世紀(jì)八十年代以來(lái)，世界各國(guó)環(huán)保部門(mén)都已經(jīng)將PAHs列為環(huán)境中優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物。

土壤中的PAHs大多來(lái)自于化學(xué)、鋼鐵、火力電力工業(yè)（如焦化煤氣、有機(jī)化工、石油工業(yè)、煉鋼煉鐵和火力發(fā)電等）、交通運(yùn)輸、垃圾和秸稈焚燒、污灌和污泥農(nóng)用等方面。

我國(guó)向環(huán)境中排放的PAHs逐年上升。1999年中國(guó)16種優(yōu)先控制PAHs的年排放量約為9799噸，2003年，我國(guó)年總排放量高達(dá)25300噸。

由于PAHs難溶或不溶水，90%以上排放到大氣中的PAHs通過(guò)大氣干濕沉降進(jìn)入土壤，使土壤成為PAHs的儲(chǔ)存庫(kù)。

此外，我國(guó)污灌區(qū)長(zhǎng)期灌溉含有高濃度PAHs的城市工業(yè)污水及石油污水，也造成了土壤中PAHs的大范圍累積。土壤中的PAHs可以由植物根系吸收而進(jìn)入植物體，植物體也可經(jīng)葉片吸收由土壤揮發(fā)到大氣中的PAHs，并在植物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)、部分代謝和積累，通過(guò)食物鏈的富集與傳遞，危及人體健康。

環(huán)境中去除PAHs的方式主要有揮發(fā)、光降解、生物積累、化學(xué)氧化、土壤吸附和微生物降解等，而微生物降解是環(huán)境中PAHs最主要的去除方式，具有成本低、污染小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，是修復(fù)工程中應(yīng)用較廣泛且相對(duì)成熟的一種技術(shù)。

目前，我們課題組已從全國(guó)五大油田的石油污染土壤中篩選數(shù)百株具有高效廣譜的PAHs降解能力的純培養(yǎng)細(xì)菌，降解譜包括萘、菲、芘、苯并芘和戊二醛等，并已經(jīng)申請(qǐng)多項(xiàng)專(zhuān)利。

目前已完成了部分細(xì)菌細(xì)胞磷脂組成模式以及碳源代謝多樣性的鑒定，確定了菌株的系統(tǒng)發(fā)生地位，正在運(yùn)用激光共聚焦顯微鏡和氣質(zhì)聯(lián)用開(kāi)展菌株在菲、芘和苯并芘等不同PAHs為唯一碳源條件下的代謝組學(xué)特征研究，進(jìn)行菌株的全基因組測(cè)序，結(jié)合全基因組測(cè)序和BAC文庫(kù)篩選，全面闡明菌株對(duì)菲、芘和苯并芘等多環(huán)芳烴降解的分子機(jī)制。

同時(shí)，測(cè)試菌株在不同類(lèi)型土壤中的定殖能力和對(duì)多種多環(huán)芳烴及苯系污染物的降解速率，構(gòu)建多功能的微生物菌群，促進(jìn)污染物的快速降解及徹底礦化。

消除土傳性病原微生物污染需要微生物

土壤是自然界中微生物生活的大本營(yíng)，大部分土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少和有益的組成部分，但也有相當(dāng)一部分土壤微生物能引起牲畜、人類(lèi)感病甚至致命。

土壤中的病原微生物主要來(lái)源于含有大量病原菌和寄生蟲(chóng)的生活垃圾、生活污水、未經(jīng)處理的畜禽糞便、醫(yī)院污水、工業(yè)廢棄物以及被病原菌污染的河水等。

灌溉特別是污灌常可引起土壤污染。生活污水和工業(yè)廢水中，含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養(yǎng)分，所以合理地使用污水灌溉農(nóng)田，一般有增產(chǎn)效果。但大量的污水未加處理而直接傾注于環(huán)境，使一些灌區(qū)土壤中有毒有害物質(zhì)、病原微生物和寄生蟲(chóng)有明顯的積累。

據(jù)不完全調(diào)查，目前全國(guó)受污染的耕地約有1.5億畝，其中污水灌溉污染耕地3250萬(wàn)畝。

工業(yè)固體棄廢物或生活垃圾、人畜糞便以及因傳染病死亡的畜禽尸體等在土壤上堆放和填埋，或作農(nóng)田基肥，由于淋濾滲透，其中的有害物質(zhì)和病原體也會(huì)進(jìn)入土壤，侵染農(nóng)作物，并通過(guò)土壤介質(zhì)在垂直和水平方向遷移擴(kuò)散，污染含水層和地下水，進(jìn)而感染人體。

因此，畜禽排泄物中殘留的病原菌極有可能會(huì)危及人類(lèi)安全。

為了控制土壤中畜禽傳染病的病原菌，傳統(tǒng)的方法是使用化學(xué)消毒劑和抗生素進(jìn)行消毒和控制，這給土壤帶來(lái)了嚴(yán)重污染，影響土壤的植被和微生物群落，使得大量的微生物產(chǎn)生耐藥性，增加了進(jìn)一步防控的難度，導(dǎo)致畜禽傳染病爆發(fā)頻率越來(lái)越高。

相比化學(xué)消毒劑和抗生素，微生物制劑具有無(wú)毒副作用、無(wú)殘留污染、不產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

微生物制劑防治土壤傳染性病原微生物的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：能調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，扶植正常群落；阻止土壤中病原菌定殖、傳播，殺死或抑制病原菌的生長(zhǎng)；提高畜禽養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，保證動(dòng)物的健康養(yǎng)殖；減少動(dòng)物尸體對(duì)環(huán)境的污染；減少病原菌對(duì)農(nóng)作物的污染、促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)；減少病原菌對(duì)水資源的污染。

微生物制劑的菌種主要有乳酸菌、芽胞桿菌、酵母菌等。

解淀粉芽胞桿菌、枯草芽胞桿菌、地衣芽胞桿菌和短小芽胞桿菌等，耐酸、耐堿、耐高溫，易于保存，穩(wěn)定性好。它們能產(chǎn)生有機(jī)酸，利于乳酸菌等優(yōu)勢(shì)菌群的生長(zhǎng)繁殖，維持微生態(tài)平衡，還能產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，抑制病原菌的生長(zhǎng)，因此是微生物制劑采用的主要菌種之一。

目前對(duì)于微生物制劑治理養(yǎng)殖場(chǎng)土壤環(huán)境污染和防治環(huán)境中病原菌的相關(guān)研究較少，但因?yàn)樾笄莶≡⑸锏奈廴緦?duì)動(dòng)物和人的健康構(gòu)成了極大的威脅，所以通過(guò)篩選能改善畜禽養(yǎng)殖土壤環(huán)境、對(duì)畜禽類(lèi)無(wú)害的生防菌，制成無(wú)污染、不產(chǎn)生耐藥性、能抑制土壤病原菌的復(fù)合微生物制劑，取代常用的化學(xué)消毒劑和抗生素，對(duì)于保護(hù)土壤健康具有重要意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。