生物有机肥对土壤环境的修复作用

1、 生物有机肥对土壤环境的修复作用 闫保福 （中国农业生产资料集团公司，北京100052）摘要：阐述了含有微生物的有机质肥料不同菌种与土壤四大污染源的相互作用，指出了微生物对于解决土壤污染的途径，微生物和有机质对不同污染源的解除对农业生产的积极作用，以及土壤有机质对土壤微生物的活动的影响。关键词：微生物 有机质 农药 重金属 生物群落 近年来,随着我国经济的不断发展,环境污染问题日益严重。在环境污染问题中的土壤污染尤为突出。这些污染物主要来自于工业泄漏、农业使用,以及生活垃圾等,涉及农药、除草剂、多环芳烃以及重金属等各种有毒物质。针对土壤污染问题,传统的物理化学消除方法已经很难有所作为。首先,我

2、国幅员辽阔,受污染土壤面积巨大;其次,土壤多为多重交叉污染,导致采用一种物理化学方法很难彻底消除多种有毒物质,且极易造成二次污染。研究表明,利用微生物技术修复污染土壤是一种行之有效的方法。微生物资源丰富,代谢途径多样,且操作方法相对成熟,使之具有修复多重污染土壤的巨大潜力。造成土壤污染的农药主要有有机氯农药和有机磷农药两大类，有机氯农药具有一定的挥发性和强脂溶性,能通过食物链在生物体中富集,对生态系统和人类健康造成危害。有机磷农药对土壤呼吸等生态系统造成重大影响有机氯农药主要包括六六六(HCH)、DDT、氯丹以及七氯等,是20世纪大规模使用过的高残毒农药,其毒性大,难降解,代谢周期长,如HCH

3、在土壤中被分解95%所需最长时间约20年,DDT的化学性质同样比较稳定,虽然已经禁止使用近30年,环境中仍有大量残留。有机磷农药主要包括甲胺磷、甲基1605、1605、乐果、毒死蜱以及敌敌畏等,是当今农药中的主要类别,商品已达150多种。除草剂在我国得到广泛应用,主要包括三氮苯类、咪唑啉酮类、磺酰脲类以及三唑嘧啶磺酰胺类等。其中草甘膦、乙草胺和丁草胺是我国使用最多的3种除草剂，除草剂的使用对防治草害、降低劳动力强度以及农业增产增收起着积极的作用,然而也污染了农业生态环境,对后茬作物表现出伤害。多环芳烃(PAHs)是指2个或2个以上的苯环以链状、角状或串状排列组成的化合物,是有机质不完全燃烧或高

4、温裂解的副产品,人类活动特别是化石燃料的燃烧是环境中多环芳烃的主要来源。多环芳烃具有致癌、致畸以及致突变性,能够通过食物链进入人体,对人类健康造成威胁。重金属在冶炼、化工、造纸以及电子等产业的广泛应用,大量的重金属物质进入环境,例如P铅、镉、汞、砷、铬等。这些离子进入人体血液循环系统后可长期存在于体内,使机体的某些代谢途径受阻,对机体造成严重的伤害 微生物降解在消除有机氯农药过程中占有重点地位,目前,已经分离出多种降解菌株。芽孢杆菌属对六六六(HCH)总量降解率分别为59.6%。无色杆菌属对六六六(HCH)总量降解率分别为56.9%。假单孢菌属对六六六(HCH)总量的降解率分别为56%。寡养单

5、胞菌属D-1对DDT降解10d的降解率为69.0%。关于有机磷农药的微生物降解国内外的研究报道较多,目前已经分离出多种降解菌株,纯化了多种降解酶,克隆并表达了众多降解酶基因。微生物降解是消除除草剂污染的重要途径,其主要反应有脱卤、脱烷基、水解、氧化、环羟基化与裂解、硝基还原以及缀合作用等。HS-04和HS-05均能以草甘膦作为唯一碳源和氮源生长,6d对草甘膦的降解率分别为85%和91%。曲霉B21降解草甘膦的特性及其动力学模型,发现在pH6.0 300mg/L草甘膦和7g/L葡萄糖组成的共基质底物系统中,草甘膦降解率为97%。假单胞菌ND24,将其接种到含0.2g/L萘的灭菌土壤中,14d后萘

6、去除率为98.2%。假中间苍白杆菌在30下,10d内可将初始质量浓度320mg/L的萘降解90%。细胞表面载有负电荷,且存在氨基、羧基、羟基、醛基、硫酸根等多种官能团,可通过静电吸附和络合作用固定重金属离子。微生物对重金属的生物转化作用主要包括氧化与还原,甲基化与去甲基化,溶解作用以及有机络合配位降解转化重金属等。Hg的生物转化具有代表意义,如Hg2+的甲基化,Hg2+还原成Hg0,甲基Hg和其它有机Hg化合物裂解并还原成Hg0。微生物可以利用自身的氧化还原特性及代谢产物,使Cu2+还原形成Cu。发现地衣芽孢杆菌TT1可在3mmol/LCu2+环境中生长,30下,24h内可以还原71%的Cu2

7、+。另外,研究发现许多微生物能够把Cr从高毒的六价还原成低毒的三价。重金属抗性基因是微生物在自然条件或人工诱导下产生的抗重金属毒性的遗传因子,其可以激活和编码金属硫蛋白、操纵子、金属运输酶和透性酶等,通过利用这些物质与重金属结合、形成失活晶体或促进重金属排出体外等机制对重金属进行解毒。土壤有机质是泛指土壤中来源于生命的物质。土壤中除土壤矿物质以外的物质都可以叫土壤有机质，动植物、微生物残体和施入的有机肥料是土壤有机质的主要来源。土壤有机质是泛指土壤中来源于生命的物质。 溶解性有机质( Dissolved Organic Matter, DOM)通常指能够

8、溶于水的那部分有机物。也就是最快和最大发挥效用的那部分有机质。DOM中含有单糖、多糖、氨基酸、氨基糖和蛋白质等多种有机组分, 在土壤中极易受微生物活动的影响而生物降解。有10%-40%的DOM 容易被微生物降解，在土壤中的降解性主要受土壤微生物活性的影响。DOM对土壤锌、镉的吸附作用,发现在pH值5.0-8.0时,DOM的加入能明显降低土壤对锌、镉的吸附，能大大减少土壤 对汞的吸附,平衡吸附量从476.11mg/kg减少为270.27mg/kg,主要原因是Hg与DOM形成可溶性络合物从而降低了土壤固相对汞的吸附。此外,DOM对金属的作用还受到自身性质的影响。含亲水

9、性的、低分子量组分较高的DOM不易被土壤吸附,它们与金属形成可溶性络合物,能提高金属在土壤中的活性。有机肥能提高土壤中有机质含量，增加农作物产量，改善作物的品质。微生物性状常被人们认为是衡量土壤中分解有机质的重要参数，微生物直接参与土壤中有机质的分解，对土壤中的养分转化、循环、吸收起着至关重要的作用。微生物数量不仅推动着土壤中营养与养分的转化，同时还调控着土壤中物质能量流动、养分循环。土壤中有机物质是土壤微生物的营养和能量的源泉，长期施用有机肥可以提高土壤中微生物数量、生物活性和功能多样性。土壤微生物数量、结构和组成的变化在一定程度上影响着土壤质量和植物的健康生长。生物有机肥可提高微生物的数量

10、、活性和对不同碳源底物的利用率。加强了微生物代谢，活化了原有的微生物种群，提高了土壤微生物多样性。根据实际生产需要，在传统有机肥的基础上加入各种功能性生物菌类，以提高有机肥的腐解程度，尽可能的让有机肥腐解释放养分的周期和作物生长周期相一致，从而在改善土壤理化条件的同时提高作物产质量，达到最大经济效益。土壤中非可溶性有机物的含量与可溶性 有机物相比占有绝对优势, 如果金属离子同时被土壤颗粒中非可溶性有机物所吸附, 将大大削减上述共迁移的发生由于DOM金属配合物的形成,DOM能明显促进土壤重金属活化和向下迁移,而且DOM中低分子量或亲水性组分所 占比例越低,

11、络合作用越强，可以迅速解决作物金属性缺素，并且在微生物分泌物和微生物酶的共同作用土壤的情况下，直接解决作物的重茬种植问题。施用生物有机肥能够调控土壤微生物群落结构和活性，在一定程度上降低土壤中微生物群落的均匀度，通过改良土壤环境来抑制病害的发生。土壤中含有的有机质量增高，使得土壤中根际微生物的种群优势明显，导致劣势种群竞争性进一步减弱，从而有可能导致了劣势种群的逐渐消失，最终结果是使原有土壤中微生物多样性有所降低，从而解决土传病害。关于微生物修复污染土壤的研究报道较多,但真正用于实践的并不多见,且微生物与土壤的相互作用仍有一些基础问题需要解决。进一步筛选和驯化生物修复菌株,构建菌种库;加强微生

12、物代谢途径研究,控制其转化途径;开展微生物降解酶研究,促进酶的工业化生产及应用;强化降解基因的结构与功能研究,重组构建功能优化的基因工程菌株;优化组合修复技术。参考文献：1滕春红,苏少泉.除草剂在土壤中的微生物降解及污染土壤的生物修复J.农药,2006,45(8):505󰀁507.2柏文琴,何凤琴,邱星辉.有机磷农药生物降解研究进展J.应用与环境生物学报,2004,10(5):675󰀁680.3朱玉,于中连,林敏.草甘膦生物抗性和生物降解及其转基因研究J.分子植物育种,2003,1(4):435󰀁441.4郑永良,刘德立,刘世旺.两株草甘膦降解真菌的分离及其降解效能研究J.黄冈师范学院学报,2006,26(3):28ϗ