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“翠京元”微生物菌剂在治理土壤重金属污染中


“翠京元”科技之窗

“翠京元”微生物菌剂在治理土壤重金属污染中的作用机理
 
      近日,有关镉超标大米流入广东、湖南市场的报道,引起了社会高度关注。据统计,我国65%的人口以稻米为主食,而抽样调查显示的结果表明,中国多地市场上约10%的大米镉含量超标。作为诱发癌症、肾衰竭、痛痛病等疾病的元凶,有人曾经预言,在未来的中国农产品安全问题中,重金属污染将取代农药,成为主要的公共卫生问题。

一、土壤重金属污染产生的原因与危害


      由于人类活动使重金属在土壤中的累计量明显高于土壤环境背景值或土壤环境质量标准,致使土壤环境质量下降和农田生态环境恶化的现象,叫做土壤重金属污染。而导致土壤污染的重金属主要包括镉(Cd)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、硒(Se)、钴(Co)、汞(Hg)、铅(Pb)等。

      土壤重金属污染来自于农业方面的原因,主要包括化肥、有机肥、农药的不合理施用以及污水灌溉。

      重金属元素在土壤中不易随水淋溶和被生物降解,有明显的生物富集作用和较长的潜伏期,土壤重金属富集达到一定的程度,便会导致土壤微生物的生物量下降,影响其种群结构,降低土壤微生物的多样性以及活性,而这些微生物对土壤及植物系统是至关重要的。据《中国环境修复网》数据显示,全国受重金属污染土地达2000万公顷,占全国农田总数的1/6,其中严重污染土地超过70万公顷,其中13万公顷土地因镉含量超标而被迫弃耕,已严重影响了当地农业生产和经济、社会发展;更重要的是,土壤污染和退化,不仅造成了农作物产量和品质低下与严重恶化,而且土壤污染和农产品污染还可通过直接接触、食物链传递等途径危及人类的健康和生命。

      国家有关部门对此高度重视,在国家环境保护“十二五”规划中,提出要遏制重金属污染事件高发态势,加强重点行业和区域重金属污染防治,2013年中央一号文件以及十八大政府工作报告对此也提出了更明确的要求和指导意见。因此,在我国耕地资源日益紧张的今天,高效安全地修复重金属污染土壤已成为紧迫任务。

二、微生物菌剂治理土壤重金属污染的基本原理和“翠京元”微生物菌剂在治理土壤重金属超标中的显著应用实效


      微生物菌剂中富含多种有益菌群,可有效增加土壤微生物种群的数量和改善土壤微生物种群的结构。这些微生物的生命代谢活动能降低环境中重金属元素的浓度或使其完全无害。这是因为,微生物可以通过改变土壤中重金属的化学或物理特性,来影响重金属在土壤中的迁移与转化,进而降低重金属危害。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化降解,改变它们在土壤中的环境化学行为,可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性,从而达到生物修复的目的。比起常规的物理和化学修复方法,其最大优点是经济高效且不会形成二次污染,可谓是在替环境“天然排毒”。 
重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集(如生物积累、生物吸着)和生物转化(如生物氧化还原、重金属的有机络合配位降解)等作用方式。具体作用机理如下:

1. 微生物对重金属的生物积累和生物吸着


      由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能,有毒金属离子可以结合到胞外基质上或被轻度螯合在生物的多聚物上或沉积在细胞的不同部位,来降低重金属危害。
微生物对重金属的生物积累和生物吸着主要表现为胞外络合、沉淀以及胞内积累等3种形式:如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻类,能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子基团,与重金属离子形成络合物来吸着环境中的多种重金属;芽孢杆菌对镉(Cd)的富集可以达到其生物量(干重)的21.4%,对铅(Pb)的富集可高达61%;柠檬酸细菌属的细菌具有一种抗钴(Co)的酸性磷酸酯酶,它的分解物质2-磷酸甘油能够与钴形成沉淀;重金属进入微生物细胞后,可通过“区域化作用”,分配于细胞内的不同部位,细胞通过合成金属硫蛋白与金属离子结合形成无毒或低毒络合物。

2. 微生物对重金属的生物转化作用


      微生物对重金属进行生物转化的作用机理主要包括,微生物对重金属的生物氧化和还原以及重金属的有机络合配位降解,通过改变其毒性或稳定性,达到降低重金属危害的效果。
(1)多种微生物能够利用铬酸盐的还原特性,对重金属污染土壤进行修复。如产碱菌属、芽孢杆菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、假单胞菌属和微球菌属的微生物可以使铬酸盐和重铬酸盐还原,通过将高毒性的6价铬(Cr6+)还原为低毒性的3价铬(Cr3+),来降低其危害。
(2)微生物也可通过改变重金属的稳定性,对重金属污染土壤进行修复。如硫铁杆菌类细菌能氧化铜(Cu)、砷(As)、钼(Mo)和铁(Fe)等,假单孢杆菌属能使砷(As)、铁(Fe)和锰(Mn)等发生生物氧化,降低这些重金属元素的活性;硫还原细菌可通过两种途径将硫酸盐还原成硫化物,一是在呼吸过程中硫酸盐作为电子受体被还原,二是在同化过程中利用硫酸盐合成氨基酸,如胱氨酸和蛋氨酸,再通过脱硫作用使硫离子(S2-)分泌于体外,与重金属钴(Co)形成沉淀,这一过程在重金属污染治理方面有重要的意义。

3、微生物对重金属元素的溶解和沉淀作用


      土壤中的微生物能够利用有效的营养和能源,在土壤滤沥过程中通过分泌有机酸(如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等)络合并溶解重金属。金属价态改变后,金属的络合能力也发生变化,一些微生物的分泌物与金属离子发生络合作用,从而降低重金属毒性、溶解降解土壤重金属。
“翠京元微生物肥”等系列微生物菌剂产品已在治理土壤重金属污染、土壤酸化、板结、盐渍化等多个领域的推广应用试验示范中取得了显著的成效,譬如在韶关市武江区龙归镇龙安村基本农田土壤和稻谷样本分析报告中,该地土壤呈酸性,土壤中镉含量超标1.5倍,出产的稻谷中砷含量达1.366mg/kg,高出国家粮食卫生标准最高值0.15 mg/kg近10倍之多!在施用“翠京元微生物肥”一年后(2012年3月5日检测),土壤中重金属隔含量已达到“未检出”水平。详见相关实验报告案例。
综上可知,微生物在土壤重金属污染治理中发挥着重要的作用,而“翠京元微生物肥”、“翠京元根线虫菌剂”等系列微生物菌剂产品中富含这种微生物,施用土壤后,能明显改善土壤中的微生物种群结构,有利于解决目前我国土壤重金属污染的问题。
 

 

 




 
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