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芽孢杆菌修复土壤重金属镉污染的研究进展

发布时间:2017-01-22 点击?#38382;?15

  随着经济的快速发展,我国面临着土壤污染严重、土壤镉(Cd)污染日益严重的问题。利用微生物修复土壤Cd污染具?#34892;?#26524;好、成本低等优点,受到人们越来越多的关注。而芽孢杆菌环境适应性强,具有高效吸附Cd能力,在修复土壤Cd污染上有一定的潜力,因此深入研究芽孢杆菌对土壤Cd污染修复具有重要的意义。
  文章综述了我国土壤Cd污染现状及芽孢杆菌在修复重金属Cd污染的应用,分析了其修复土壤Cd污染的作用机制,并对芽孢杆菌修复土壤重金属Cd污染的存在问题进行展望。
  背 景
  随着工业快速发展以及人类活动逐渐加强,土壤重金属污染的问题也日益严重,其中土壤Cd污染范围最广、污染程度最严重。由2014年的全国土壤污染状况调查公报可知,我国耕地土壤污染点位超标率为19.4%,且以无机污染物,特别是重金属污染为主。其中重金属Cd点位超标率达到7.0%,是重金属污染物中点位超标?#39318;?#39640;的。据统计,每年我国有2000万hm2以上的耕地受镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铬(Cr)、铅(Pb)等重金属污染,受到污染的粮食产量高达1200万t,造成经济损失超过200亿元。Cd是耕地及工业园区、矿区周围土壤重金属污染的最主要来源。表1是部分矿区周围耕地?#22242;?#20316;物中的Cd含量状况,从表1可以看出,这部分地区的耕地Cd含量都?#23545;?#36229;出该地Cd背景值,且农作物?#22674;?#37096;分Cd含量也大部分超过《食?#20998;?#27745;染物限量》(GB2762-2012)中规定的食?#20998;蠧d含量的限定值,说明这些地区的Cd污染程度相当严重。鉴于我国土壤Cd污染日趋严重,开展修复工作已经刻不容缓。
  目前,重金属污染修复方法有物理修复法(客土法、电动修复法、电热修复法)、化学修复法(土壤淋洗法、化学固定技术)和生物修复法(?#21442;?#20462;复法、动物修复法和微生物修复法)。物理修复法和化学修复法修复效果好,但是成本高,易造成二次污染,不适于大面积土壤重金属修复。而微生物修复法具有成本低、污染少等优点,再加上国家政策倾斜,使其成为重金属污染土壤修复的重要方向。
  常用于土壤重金属修复的菌株有菌根真菌、假单胞菌、光合细菌、芽孢杆菌、酵母菌等,其中芽孢杆菌(Bacillus)因具有较高的环境兼容性,且对重金属Cd具有较好的吸附效果,在土壤重金属Cd污染修复上具有较大的研究价值。本文就其应用及作用机制进行总结,以期为芽孢杆菌用于重金属污染修复提供理论依据。
  1 芽孢杆菌在土壤Cd污染修复的应用
  大多数芽孢杆菌属为革兰氏阳性菌,在缺乏营养或不良环境时能产生芽孢。常见用于土壤修复剂的芽孢杆菌有枯草芽孢杆菌(Bacillus. subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)、地衣芽孢杆菌(Baclicus lincheniformis)?#21462;?#35768;多研究发现芽孢杆菌对重金属离子吸附效果明显。表2是几种芽孢杆菌对重金属Cd2+的吸附水平,从表2可以看出,芽孢杆菌对水相中重金属Cd的吸附?#26102;?#36739;高,可将其应用到重金属废水、重金属污染土壤的修复中。
  降低土壤?#34892;?#24577;Cd和?#21442;顲d积累
  土壤?#34892;?#24577;Cd含量变化取决于土壤Cd不同形态的?#22756;?#20998;配。土壤Cd总量越高,?#34892;?#24577;Cd的?#22756;?#36234;高,?#21442;?#20307;内Cd含量也就越高。一些芽孢杆菌不仅可以直接吸附土壤Cd2+,还可以通过影响土壤理化性质来降低土壤?#34892;?#24577;Cd含量,从而降低土壤Cd对?#21442;?#30340;毒性。

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