生物有機肥對土壤環(huán)境的修復(fù)作用

1、 生物有機肥對土壤環(huán)境的修復(fù)作用 閆保福 （中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料集團公司，北京100052）摘要：闡述了含有微生物的有機質(zhì)肥料不同菌種與土壤四大污染源的相互作用，指出了微生物對于解決土壤污染的途徑，微生物和有機質(zhì)對不同污染源的解除對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極作用，以及土壤有機質(zhì)對土壤微生物的活動的影響。關(guān)鍵詞：微生物 有機質(zhì) 農(nóng)藥 重金屬 生物群落 近年來,隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴重。在環(huán)境污染問題中的土壤污染尤為突出。這些污染物主要來自于工業(yè)泄漏、農(nóng)業(yè)使用,以及生活垃圾等,涉及農(nóng)藥、除草劑、多環(huán)芳烴以及重金屬等各種有毒物質(zhì)。針對土壤污染問題,傳統(tǒng)的物理化學(xué)消除方法已經(jīng)很難有所作為。首先,我

2、國幅員遼闊,受污染土壤面積巨大;其次,土壤多為多重交叉污染,導(dǎo)致采用一種物理化學(xué)方法很難徹底消除多種有毒物質(zhì),且極易造成二次污染。研究表明,利用微生物技術(shù)修復(fù)污染土壤是一種行之有效的方法。微生物資源豐富,代謝途徑多樣,且操作方法相對成熟,使之具有修復(fù)多重污染土壤的巨大潛力。造成土壤污染的農(nóng)藥主要有有機氯農(nóng)藥和有機磷農(nóng)藥兩大類，有機氯農(nóng)藥具有一定的揮發(fā)性和強脂溶性,能通過食物鏈在生物體中富集,對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成危害。有機磷農(nóng)藥對土壤呼吸等生態(tài)系統(tǒng)造成重大影響有機氯農(nóng)藥主要包括六六六(HCH)、DDT、氯丹以及七氯等,是20世紀大規(guī)模使用過的高殘毒農(nóng)藥,其毒性大,難降解,代謝周期長,如HCH

3、在土壤中被分解95%所需最長時間約20年,DDT的化學(xué)性質(zhì)同樣比較穩(wěn)定,雖然已經(jīng)禁止使用近30年,環(huán)境中仍有大量殘留。有機磷農(nóng)藥主要包括甲胺磷、甲基1605、1605、樂果、毒死蜱以及敵敵畏等,是當今農(nóng)藥中的主要類別,商品已達150多種。除草劑在我國得到廣泛應(yīng)用,主要包括三氮苯類、咪唑啉酮類、磺酰脲類以及三唑嘧啶磺酰胺類等。其中草甘膦、乙草胺和丁草胺是我國使用最多的3種除草劑，除草劑的使用對防治草害、降低勞動力強度以及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收起著積極的作用,然而也污染了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,對后茬作物表現(xiàn)出傷害。多環(huán)芳烴(PAHs)是指2個或2個以上的苯環(huán)以鏈狀、角狀或串狀排列組成的化合物,是有機質(zhì)不完全燃燒或高

4、溫裂解的副產(chǎn)品,人類活動特別是化石燃料的燃燒是環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來源。多環(huán)芳烴具有致癌、致畸以及致突變性,能夠通過食物鏈進入人體,對人類健康造成威脅。重金屬在冶煉、化工、造紙以及電子等產(chǎn)業(yè)的廣泛應(yīng)用,大量的重金屬物質(zhì)進入環(huán)境,例如P鉛、鎘、汞、砷、鉻等。這些離子進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后可長期存在于體內(nèi),使機體的某些代謝途徑受阻,對機體造成嚴重的傷害 微生物降解在消除有機氯農(nóng)藥過程中占有重點地位,目前,已經(jīng)分離出多種降解菌株。芽孢桿菌屬對六六六(HCH)總量降解率分別為59.6%。無色桿菌屬對六六六(HCH)總量降解率分別為56.9%。假單孢菌屬對六六六(HCH)總量的降解率分別為56%。寡養(yǎng)單

5、胞菌屬D-1對DDT降解10d的降解率為69.0%。關(guān)于有機磷農(nóng)藥的微生物降解國內(nèi)外的研究報道較多,目前已經(jīng)分離出多種降解菌株,純化了多種降解酶,克隆并表達了眾多降解酶基因。微生物降解是消除除草劑污染的重要途徑,其主要反應(yīng)有脫鹵、脫烷基、水解、氧化、環(huán)羥基化與裂解、硝基還原以及綴合作用等。HS-04和HS-05均能以草甘膦作為唯一碳源和氮源生長,6d對草甘膦的降解率分別為85%和91%。曲霉B21降解草甘膦的特性及其動力學(xué)模型,發(fā)現(xiàn)在pH6.0 300mg/L草甘膦和7g/L葡萄糖組成的共基質(zhì)底物系統(tǒng)中,草甘膦降解率為97%。假單胞菌ND24,將其接種到含0.2g/L萘的滅菌土壤中,14d后萘

6、去除率為98.2%。假中間蒼白桿菌在30下,10d內(nèi)可將初始質(zhì)量濃度320mg/L的萘降解90%。細胞表面載有負電荷,且存在氨基、羧基、羥基、醛基、硫酸根等多種官能團,可通過靜電吸附和絡(luò)合作用固定重金屬離子。微生物對重金屬的生物轉(zhuǎn)化作用主要包括氧化與還原,甲基化與去甲基化,溶解作用以及有機絡(luò)合配位降解轉(zhuǎn)化重金屬等。Hg的生物轉(zhuǎn)化具有代表意義,如Hg2+的甲基化,Hg2+還原成Hg0,甲基Hg和其它有機Hg化合物裂解并還原成Hg0。微生物可以利用自身的氧化還原特性及代謝產(chǎn)物,使Cu2+還原形成Cu。發(fā)現(xiàn)地衣芽孢桿菌TT1可在3mmol/LCu2+環(huán)境中生長,30下,24h內(nèi)可以還原71%的Cu2

7、+。另外,研究發(fā)現(xiàn)許多微生物能夠把Cr從高毒的六價還原成低毒的三價。重金屬抗性基因是微生物在自然條件或人工誘導(dǎo)下產(chǎn)生的抗重金屬毒性的遺傳因子,其可以激活和編碼金屬硫蛋白、操縱子、金屬運輸酶和透性酶等,通過利用這些物質(zhì)與重金屬結(jié)合、形成失活晶體或促進重金屬排出體外等機制對重金屬進行解毒。土壤有機質(zhì)是泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。土壤中除土壤礦物質(zhì)以外的物質(zhì)都可以叫土壤有機質(zhì)，動植物、微生物殘體和施入的有機肥料是土壤有機質(zhì)的主要來源。土壤有機質(zhì)是泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。 溶解性有機質(zhì)( Dissolved Organic Matter, DOM)通常指能夠

8、溶于水的那部分有機物。也就是最快和最大發(fā)揮效用的那部分有機質(zhì)。DOM中含有單糖、多糖、氨基酸、氨基糖和蛋白質(zhì)等多種有機組分, 在土壤中極易受微生物活動的影響而生物降解。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響。DOM對土壤鋅、鎘的吸附作用,發(fā)現(xiàn)在pH值5.0-8.0時,DOM的加入能明顯降低土壤對鋅、鎘的吸附，能大大減少土壤 對汞的吸附,平衡吸附量從476.11mg/kg減少為270.27mg/kg,主要原因是Hg與DOM形成可溶性絡(luò)合物從而降低了土壤固相對汞的吸附。此外,DOM對金屬的作用還受到自身性質(zhì)的影響。含親水

9、性的、低分子量組分較高的DOM不易被土壤吸附,它們與金屬形成可溶性絡(luò)合物,能提高金屬在土壤中的活性。有機肥能提高土壤中有機質(zhì)含量，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)。微生物性狀常被人們認為是衡量土壤中分解有機質(zhì)的重要參數(shù)，微生物直接參與土壤中有機質(zhì)的分解，對土壤中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、循環(huán)、吸收起著至關(guān)重要的作用。微生物數(shù)量不僅推動著土壤中營養(yǎng)與養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，同時還調(diào)控著土壤中物質(zhì)能量流動、養(yǎng)分循環(huán)。土壤中有機物質(zhì)是土壤微生物的營養(yǎng)和能量的源泉，長期施用有機肥可以提高土壤中微生物數(shù)量、生物活性和功能多樣性。土壤微生物數(shù)量、結(jié)構(gòu)和組成的變化在一定程度上影響著土壤質(zhì)量和植物的健康生長。生物有機肥可提高微生物的數(shù)量

10、、活性和對不同碳源底物的利用率。加強了微生物代謝，活化了原有的微生物種群，提高了土壤微生物多樣性。根據(jù)實際生產(chǎn)需要，在傳統(tǒng)有機肥的基礎(chǔ)上加入各種功能性生物菌類，以提高有機肥的腐解程度，盡可能的讓有機肥腐解釋放養(yǎng)分的周期和作物生長周期相一致，從而在改善土壤理化條件的同時提高作物產(chǎn)質(zhì)量，達到最大經(jīng)濟效益。土壤中非可溶性有機物的含量與可溶性 有機物相比占有絕對優(yōu)勢, 如果金屬離子同時被土壤顆粒中非可溶性有機物所吸附, 將大大削減上述共遷移的發(fā)生由于DOM金屬配合物的形成,DOM能明顯促進土壤重金屬活化和向下遷移,而且DOM中低分子量或親水性組分所 占比例越低,

11、絡(luò)合作用越強，可以迅速解決作物金屬性缺素，并且在微生物分泌物和微生物酶的共同作用土壤的情況下，直接解決作物的重茬種植問題。施用生物有機肥能夠調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性，在一定程度上降低土壤中微生物群落的均勻度，通過改良土壤環(huán)境來抑制病害的發(fā)生。土壤中含有的有機質(zhì)量增高，使得土壤中根際微生物的種群優(yōu)勢明顯，導(dǎo)致劣勢種群競爭性進一步減弱，從而有可能導(dǎo)致了劣勢種群的逐漸消失，最終結(jié)果是使原有土壤中微生物多樣性有所降低，從而解決土傳病害。關(guān)于微生物修復(fù)污染土壤的研究報道較多,但真正用于實踐的并不多見,且微生物與土壤的相互作用仍有一些基礎(chǔ)問題需要解決。進一步篩選和馴化生物修復(fù)菌株,構(gòu)建菌種庫;加強微生

12、物代謝途徑研究,控制其轉(zhuǎn)化途徑;開展微生物降解酶研究,促進酶的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用;強化降解基因的結(jié)構(gòu)與功能研究,重組構(gòu)建功能優(yōu)化的基因工程菌株;優(yōu)化組合修復(fù)技術(shù)。參考文獻：1滕春紅,蘇少泉.除草劑在土壤中的微生物降解及污染土壤的生物修復(fù)J.農(nóng)藥,2006,45(8):505󰀁507.2柏文琴,何鳳琴,邱星輝.有機磷農(nóng)藥生物降解研究進展J.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,2004,10(5):675󰀁680.3朱玉,于中連,林敏.草甘膦生物抗性和生物降解及其轉(zhuǎn)基因研究J.分子植物育種,2003,1(4):435󰀁441.4鄭永良,劉德立,劉世旺.兩株草甘膦降解真菌的分離及其降解效能研究J.黃岡師范學(xué)院學(xué)報,2006,26(3):28ϗ