根际微生物群落多样性在重金属土壤修复中的研究

2014 年《土壤污染状况调查公报》指出,我国土壤环境状况总体不容乐观,耕地点位超标率为 19. 4% 。污染类型以无机型为主,占全部超标点位的 82. 8% ,主要无机污染物包括 Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 等重金属。在 24 个省份( 城市) 调查的所有污染农作物种植地中,重金属污染土壤占总面积 80% ,遭受不同程度重金属污染的耕地面积已接近2000 万 hm2 ,约占耕地总面积 1 /5。严重的土壤重金属污染对生态环境和人体健康构成巨大威胁,已经成为制约区域土地可持续开发利用和影响生态安全的关键因素。因此,对土壤重金属污染的修复治理势在必行。

较之传统物理化学方法,植物修复因治理过程原位、治理成本低、管理与操作简易以及环境美学兼容等不可替代的优势而受到重视。

植物修复包括植物提取和植物稳定过程。

植物提取主要是通过植物根系吸收可溶性重金属并将其转移、贮存到植物茎叶,然后收割茎叶以达到去除土壤重金属目的 。

植物稳定主要是通过植物根系的吸收、螯合、沉淀及还原作用将高毒性形态转化为低毒形态,将重金属固定在根系和根际土中。同时植物根际分泌物能通过改变根际环境的 pH 或 Eh,使有毒重金属的形态发生改变,如在根际菌的作用下可将Cr6+还原为Cr3+,从而降低Cr的毒性。

然而在实际应用中,植物修复技术具有修复周期长、对重金属深层污染修复困难、植株成活率低的缺点,修复过程中常利用化学修复与微生物修复技术以辅助植物修复,其中微生物修复技术中的根际微生物在植物修复中发挥重要作用。

根际微生物是指在植物根系直接影响的土壤范围内生长繁殖的微生物 ,能通过定殖 、竞争 、共生和调节土壤的营养动态等活动影响植物的生长。

根际微生物对于重金属污染土壤植物修复效率的提高具有重要的辅助作用,主要通过合成 、分泌植物促生物质增加植物生物量,同时通过功能酶、铁载体、有机酸及生物表面活性剂等物质活化土壤重金属(图1C),从而增植物提取效果。

此外,根际微生物还能通过生物吸附和富集作用、溶解和沉淀作用、氧化还原作用改变重金属离子在土壤中的贮存形式,以缓解重金属对植物的毒害。