有機汙染土壤的微生物修復技術研究進展

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北極星環境修復網訊：摘要：隨著人口的增長及經濟的快速發展，工業“三廢”的排放不斷增加，土壤有機汙染不斷加劇，對人體的健康和生態環境的安全構成了極大的威脅。目前針對典型的有機汙染物，主要採用具有費用低、無二次汙染、易操作等優點的生物修復法，包括堆肥、生物反應器等，且這些修復技術的主體均是微生物，由於微生物對環境具有較強的適應性、變異性，在生存過程中分化出多種多樣的代謝型別，並能較強地適應生存環境。目前隨著遺傳、基因組、蛋白質組學和代謝組學技術的研究發展，大大豐富了關於生理學、生態學、生物化學和微生物代謝途徑調控機制各個方面的知識。所以未來我們可以透過實驗研究優勢降解菌的降解能力及對汙染物的適應機理，透過宏基因測序研究土壤微生物群落構成以及群落功能和代謝通路，提高菌種對石油烴、多環芳烴和鹵代烴的降解效率。為自然環境條件下複合有機汙染物的降解提供資料支援與理論依據。

關鍵詞 土壤有機汙染，微生物修復，降解菌

1.引言

土壤是人類賴以生存的基本自然資源，是植物生長繁殖的基礎，土壤環境狀態與人類社會的生存與繁衍息息相關。土壤汙染是指人類活動所產生的汙染物質透過多種途徑進入土壤，其數量和速度超過了土壤的環境容量和自淨能力，汙染物質的積累逐漸佔據優勢，導致土壤自然功能的失調，土壤質量下降，影響作物的生長髮育，最終危害人體健康的現象。

土壤複合汙染是指兩種及以上的性質不同的汙染物在土壤環境中發生聯合作用，且每種汙染物濃度均超過土壤濃度標準，導致土壤質量和功能明顯下降的現象。按照汙染物性質，土壤複合汙染分為有機複合汙染、無機複合汙染和無機–有機複合汙染。根據土壤中汙染物來源，土壤複合汙染分為同源複合汙染和異源複合汙染。與水土汙染相比，土壤汙染具有隱蔽性與滯後性，因此被稱為“看不見的汙染”。土壤具有汙染物的源與匯功能，包含大氣汙染和水汙染在內的所有汙染的90%最終都要進入土壤，因此，土壤汙染是生態惡化的一個縮影。同時，汙染土壤中的汙染物在一定的環境下可透過雨水沖刷進入地表水或地下水，汙染水環境；或透過植物生長進入食物鏈，危害生物甚至人類的安全。

2.土壤汙染治理現狀及主要存在的問題

2.1.土壤汙染現狀

隨著人口的增長及經濟的快速發展，工業“三廢”（廢氣、廢水和廢渣）的排放不斷增加，同時受到長期不合理汙灌的影響，以及現代農業生產過程中過量使用化肥、農藥、農膜等化學物質的汙染，造成各種新、老汙染物在土壤環境中長期疊加和累積，其多以複合汙染的狀態存在，使土壤的汙染源呈多樣化的特點，我國面臨的土壤複合汙染問題越來越突出。2014年環境保護部和國土資源部聯合釋出的《全國土壤汙染狀況調查公報》中指出，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環境質量堪憂，全國土壤中汙染物總超標率為16。1%，其中耕地土壤點位超標率為19。4% 。土壤汙染危害巨大，土壤汙染一方面影響農產品的質量，加劇了我國人多地少的矛盾；另一方面，土壤汙染直接導致農產品中汙染物殘留量超標、農產品質量下降，影響農產品出口貿易，甚至汙染物透過食物鏈富集危害人體健康和生態安全。土壤汙染問題己成為制約可持續發展、關係國計民生的重大環境問題之一。

目前，常見的土壤複合汙染形式有重金屬複合汙染、有機汙染物複合汙染、重金屬–有機汙染物複合汙染；其中，土壤有機複合汙染主要與有機農藥的生產、使用和工業“三廢”的排放有關，較為常見的汙染物為有機氯農藥（OCPs）、多環芳烴（PAHs）、多氯聯苯（PCBs）以及石油烴（TPHs）等。據統計，我國目前至少有3600萬公頃土壤受到農藥、石油烴和多環芳烴等有機化合物的汙染。與重金屬複合汙染相比，土壤有機複合汙染更廣泛、更復雜，其結果也更難以預測。目前，土壤有機複合汙染己從區域性擴充套件到區域，從城市延伸到郊區、鄉村，形成點源與面源汙染共存，生活汙染、農業汙染和工業汙染疊加，各種新舊汙染與二次汙染相互複合或混合的態勢。

2.2.主要汙染物的危害

石油烴（TPH）由複雜的非水性和疏水性混合物組成，如正構烷烴，香烴等，這些化學物透過食物鏈運輸積累，表現長期的毒性，對整個地球大環境都有或多或少的影響。多環芳烴（PAHs）是一種廣泛分佈於空氣、土壤和水體中的永續性有機汙染物，有致畸、致癌、致突變性，且多環芳烴的生物富集率高，生物可利用性低，對人體的健康和生態環境的安全構成了極大的威脅，土壤環境中備受關注的永續性有機汙染物，被列為優先控制的有毒有機汙染物。鹵代烴（VCHs）物質對人體都有急性或慢性、直接或間接的致病作用，有的積累在人體組織內部，會改變細胞DNA結構，使人體組織產生致癌變、致畸變和突變。

2.3.有機汙染修復技術

針對有機汙染土壤已發展了的一系列修復技術，歐洲國家與美國先後對汙染土壤進行修復和治理，我國起步相對較晚，但到目前為止，也形成了一系列的汙染土壤修復技術，並應用於實踐中。

常用的降解方法包括物理修復法、化學降解法、生物修復法和化學–生物聯合修復法等。物理修復法是指利用物理手段對有機汙染土壤進行治理修復，主要有熱脫附、氣相抽提、電動修復以及超臨界流體技術等修復技術；化學修復方法是利用化學作用將土壤中的汙染物分解成無毒小分子，從而達到土壤修復的目的，一般適用於高濃度汙染場地的處理，主要的修復技術包括土壤淋洗技術、化學氧化、等離子體降解和光催化降解等；生物修復主要利用生物的生命代謝活動分解土壤中的汙染物，常見的汙染土壤生物修復技術包括植物修復、動物修復以及微生物修復。其中生物修復法因具有費用低、無二次汙染、易操作等優點一直被認為是降解有機汙染物的優先方法。

2.4.生物修復技術

生物修復汙染土壤主要是利用植物和微生物對有毒有害物質的吸收和降解作用。生物修復技術是將土壤環境中的危害性汙染物降解成二氧化碳和水或其他無公害物質的工程技術。其中植物修復是指透過利用植物忍耐或超量吸收積累某種或某些化學元素的特性，或利用植物及其根際微生物透過吸收、降解、過濾和固定等過程將汙染物降解轉化為無毒物質達到淨化環境汙染的技術。但早期的生物修復主要是指微生物修復，也是研究得最早、最深入、應用最廣泛的一種生物修復方法。

2.5.微生物修復技術

微生物修復主要指採取一定的措施以促進微生物對土壤中有毒有害物質的降解、轉化和去除，包括強化土著微生物降解（生物刺激）和投加外源高效降解微生物（生物強化）兩種方式。現已衍生出現場處理、就地處理、堆肥、生物反應器等一系列生物修復技術。這些修復技術的主體均是微生物，應用這些技術處理有機汙染物汙染土壤己有廣泛研究。研究表明，微生物降解是去除有機汙染物的主要途徑之一，其他生物修復技術也都離不開微生物的作用。由於微生物對環境具有較強的適應性、變異性，在生存過程中分化出多種多樣的代謝型別，並能較強地適應生存環境。在有機汙染物汙染土壤中，經過自然馴化，逐漸形成多種能降解有機汙染物的微生物品種或品系，微生物種類、被降解的物件不同，對環境中有機汙染物的降解途徑可能也不一樣。

3.展望

目前隨著遺傳、基因組、蛋白質組學和代謝組學技術的研究發展和該技術在有機汙染物生物修復領域中的應用，大大豐富了關於生理學、生態學、生物化學和微生物代謝途徑調控機制各個方面的知識。尤其是根據16S rRNA和18S rRNA基因可以預測一個特定環境中微生物種群的進化特徵。

本專案透過實驗研究優勢降解菌的降解能力及對汙染物的適應機理，提高菌種對石油烴、多環芳烴和鹵代烴的降解效率，明確環境因子對有機汙染土壤微生物生物學特性的影響。同時，透過宏基因測序研究土壤微生物群落構成以及群落功能和代謝通路。為自然環境條件下複合有機汙染物的降解提供資料支援與理論依據。

原標題：有機汙染土壤的微生物修復技術研究進展

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