摘要：隨著人口的增長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)“三廢”的排放不斷增加，土壤有機(jī)污染不斷加劇，對(duì)人體的健康和生態(tài)環(huán)境的安全構(gòu)成了極大的威脅。目前針對(duì)典型的有機(jī)污染物，主要采用具有費(fèi)用低、無(wú)二次污染、易操作等優(yōu)點(diǎn)的生物修復(fù)法，包括堆肥、生物反應(yīng)器等，且這些修復(fù)技術(shù)的主體均是微生物，由于微生物對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、變異性，在生存過(guò)程中分化出多種多樣的代謝類型，并能較強(qiáng)地適應(yīng)生存環(huán)境。目前隨著遺傳、基因組、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展，大大豐富了關(guān)于生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和微生物代謝途徑調(diào)控機(jī)制各個(gè)方面的知識(shí)。所以未來(lái)我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)勢(shì)降解菌的降解能力及對(duì)污染物的適應(yīng)機(jī)理，通過(guò)宏基因測(cè)序研究土壤微生物群落構(gòu)成以及群落功能和代謝通路，提高菌種對(duì)石油烴、多環(huán)芳烴和鹵代烴的降解效率。為自然環(huán)境條件下復(fù)合有機(jī)污染物的降解提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 土壤有機(jī)污染，微生物修復(fù)，降解菌

1.引言

土壤是人類賴以生存的基本自然資源，是植物生長(zhǎng)繁殖的基礎(chǔ)，土壤環(huán)境狀態(tài)與人類社會(huì)的生存與繁衍息息相關(guān)。土壤污染是指人類活動(dòng)所產(chǎn)生的污染物質(zhì)通過(guò)多種途徑進(jìn)入土壤，其數(shù)量和速度超過(guò)了土壤的環(huán)境容量和自凈能力，污染物質(zhì)的積累逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致土壤自然功能的失調(diào)，土壤質(zhì)量下降，影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，最終危害人體健康的現(xiàn)象。

土壤復(fù)合污染是指兩種及以上的性質(zhì)不同的污染物在土壤環(huán)境中發(fā)生聯(lián)合作用，且每種污染物濃度均超過(guò)土壤濃度標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致土壤質(zhì)量和功能明顯下降的現(xiàn)象。按照污染物性質(zhì)，土壤復(fù)合污染分為有機(jī)復(fù)合污染、無(wú)機(jī)復(fù)合污染和無(wú)機(jī)–有機(jī)復(fù)合污染。根據(jù)土壤中污染物來(lái)源，土壤復(fù)合污染分為同源復(fù)合污染和異源復(fù)合污染。與水土污染相比，土壤污染具有隱蔽性與滯后性，因此被稱為“看不見(jiàn)的污染”。土壤具有污染物的源與匯功能，包含大氣污染和水污染在內(nèi)的所有污染的90%最終都要進(jìn)入土壤，因此，土壤污染是生態(tài)惡化的一個(gè)縮影。同時(shí)，污染土壤中的污染物在一定的環(huán)境下可通過(guò)雨水沖刷進(jìn)入地表水或地下水，污染水環(huán)境；或通過(guò)植物生長(zhǎng)進(jìn)入食物鏈，危害生物甚至人類的安全。

2.土壤污染治理現(xiàn)狀及主要存在的問(wèn)題

2.1.土壤污染現(xiàn)狀

隨著人口的增長(zhǎng)及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)“三廢”(廢氣、廢水和廢渣)的排放不斷增加，同時(shí)受到長(zhǎng)期不合理污灌的影響，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)量使用化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等化學(xué)物質(zhì)的污染，造成各種新、老污染物在土壤環(huán)境中長(zhǎng)期疊加和累積，其多以復(fù)合污染的狀態(tài)存在，使土壤的污染源呈多樣化的特點(diǎn)，我國(guó)面臨的土壤復(fù)合污染問(wèn)題越來(lái)越突出。2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》中指出，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，全國(guó)土壤中污染物總超標(biāo)率為16.1%，其中耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4% 。土壤污染危害巨大，土壤污染一方面影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，加劇了我國(guó)人多地少的矛盾；另一方面，土壤污染直接導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中污染物殘留量超標(biāo)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，影響農(nóng)產(chǎn)品出口貿(mào)易，甚至污染物通過(guò)食物鏈富集危害人體健康和生態(tài)安全。土壤污染問(wèn)題己成為制約可持續(xù)發(fā)展、關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大環(huán)境問(wèn)題之一。

目前，常見(jiàn)的土壤復(fù)合污染形式有重金屬?gòu)?fù)合污染、有機(jī)污染物復(fù)合污染、重金屬–有機(jī)污染物復(fù)合污染；其中，土壤有機(jī)復(fù)合污染主要與有機(jī)農(nóng)藥的生產(chǎn)、使用和工業(yè)“三廢”的排放有關(guān)，較為常見(jiàn)的污染物為有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)以及石油烴(TPHs)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前至少有3600萬(wàn)公頃土壤受到農(nóng)藥、石油烴和多環(huán)芳烴等有機(jī)化合物的污染。與重金屬?gòu)?fù)合污染相比，土壤有機(jī)復(fù)合污染更廣泛、更復(fù)雜，其結(jié)果也更難以預(yù)測(cè)。目前，土壤有機(jī)復(fù)合污染己從局部擴(kuò)展到區(qū)域，從城市延伸到郊區(qū)、鄉(xiāng)村，形成點(diǎn)源與面源污染共存，生活污染、農(nóng)業(yè)污染和工業(yè)污染疊加，各種新舊污染與二次污染相互復(fù)合或混合的態(tài)勢(shì)。

2.2.主要污染物的危害

石油烴(TPH)由復(fù)雜的非水性和疏水性混合物組成，如正構(gòu)烷烴，香烴等，這些化學(xué)物通過(guò)食物鏈運(yùn)輸積累，表現(xiàn)長(zhǎng)期的毒性，對(duì)整個(gè)地球大環(huán)境都有或多或少的影響。多環(huán)芳烴(PAHs)是一種廣泛分布于空氣、土壤和水體中的持久性有機(jī)污染物，有致畸、致癌、致突變性，且多環(huán)芳烴的生物富集率高，生物可利用性低，對(duì)人體的健康和生態(tài)環(huán)境的安全構(gòu)成了極大的威脅，土壤環(huán)境中備受關(guān)注的持久性有機(jī)污染物，被列為優(yōu)先控制的有毒有機(jī)污染物。鹵代烴(VCHs)物質(zhì)對(duì)人體都有急性或慢性、直接或間接的致病作用，有的積累在人體組織內(nèi)部，會(huì)改變細(xì)胞DNA結(jié)構(gòu)，使人體組織產(chǎn)生致癌變、致畸變和突變。

2.3.有機(jī)污染修復(fù)技術(shù)

針對(duì)有機(jī)污染土壤已發(fā)展了的一系列修復(fù)技術(shù)，歐洲國(guó)家與美國(guó)先后對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)和治理，我國(guó)起步相對(duì)較晚，但到目前為止，也形成了一系列的污染土壤修復(fù)技術(shù)，并應(yīng)用于實(shí)踐中。

常用的降解方法包括物理修復(fù)法、化學(xué)降解法、生物修復(fù)法和化學(xué)–生物聯(lián)合修復(fù)法等。物理修復(fù)法是指利用物理手段對(duì)有機(jī)污染土壤進(jìn)行治理修復(fù)，主要有熱脫附、氣相抽提、電動(dòng)修復(fù)以及超臨界流體技術(shù)等修復(fù)技術(shù)；化學(xué)修復(fù)方法是利用化學(xué)作用將土壤中的污染物分解成無(wú)毒小分子，從而達(dá)到土壤修復(fù)的目的，一般適用于高濃度污染場(chǎng)地的處理，主要的修復(fù)技術(shù)包括土壤淋洗技術(shù)、化學(xué)氧化、等離子體降解和光催化降解等；生物修復(fù)主要利用生物的生命代謝活動(dòng)分解土壤中的污染物，常見(jiàn)的污染土壤生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)以及微生物修復(fù)。其中生物修復(fù)法因具有費(fèi)用低、無(wú)二次污染、易操作等優(yōu)點(diǎn)一直被認(rèn)為是降解有機(jī)污染物的優(yōu)先方法。

2.4.生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)污染土壤主要是利用植物和微生物對(duì)有毒有害物質(zhì)的吸收和降解作用。生物修復(fù)技術(shù)是將土壤環(huán)境中的危害性污染物降解成二氧化碳和水或其他無(wú)公害物質(zhì)的工程技術(shù)。其中植物修復(fù)是指通過(guò)利用植物忍耐或超量吸收積累某種或某些化學(xué)元素的特性，或利用植物及其根際微生物通過(guò)吸收、降解、過(guò)濾和固定等過(guò)程將污染物降解轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)達(dá)到凈化環(huán)境污染的技術(shù)。但早期的生物修復(fù)主要是指微生物修復(fù)，也是研究得最早、最深入、應(yīng)用最廣泛的一種生物修復(fù)方法。

2.5.微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)主要指采取一定的措施以促進(jìn)微生物對(duì)土壤中有毒有害物質(zhì)的降解、轉(zhuǎn)化和去除，包括強(qiáng)化土著微生物降解(生物刺激)和投加外源高效降解微生物(生物強(qiáng)化)兩種方式。現(xiàn)已衍生出現(xiàn)場(chǎng)處理、就地處理、堆肥、生物反應(yīng)器等一系列生物修復(fù)技術(shù)。這些修復(fù)技術(shù)的主體均是微生物，應(yīng)用這些技術(shù)處理有機(jī)污染物污染土壤己有廣泛研究。研究表明，微生物降解是去除有機(jī)污染物的主要途徑之一，其他生物修復(fù)技術(shù)也都離不開(kāi)微生物的作用。由于微生物對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、變異性，在生存過(guò)程中分化出多種多樣的代謝類型，并能較強(qiáng)地適應(yīng)生存環(huán)境。在有機(jī)污染物污染土壤中，經(jīng)過(guò)自然馴化，逐漸形成多種能降解有機(jī)污染物的微生物品種或品系，微生物種類、被降解的對(duì)象不同，對(duì)環(huán)境中有機(jī)污染物的降解途徑可能也不一樣。

3.展望

目前隨著遺傳、基因組、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展和該技術(shù)在有機(jī)污染物生物修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，大大豐富了關(guān)于生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和微生物代謝途徑調(diào)控機(jī)制各個(gè)方面的知識(shí)。尤其是根據(jù)16S rRNA和18S rRNA基因可以預(yù)測(cè)一個(gè)特定環(huán)境中微生物種群的進(jìn)化特征。

本項(xiàng)目通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)勢(shì)降解菌的降解能力及對(duì)污染物的適應(yīng)機(jī)理，提高菌種對(duì)石油烴、多環(huán)芳烴和鹵代烴的降解效率，明確環(huán)境因子對(duì)有機(jī)污染土壤微生物生物學(xué)特性的影響。同時(shí)，通過(guò)宏基因測(cè)序研究土壤微生物群落構(gòu)成以及群落功能和代謝通路。為自然環(huán)境條件下復(fù)合有機(jī)污染物的降解提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù)。