重金属污染土壤的微生物生态效应及其修复研究进展滕应,黄昌勇(浙江大学环境与资源学院,浙江杭州310029摘要:污染土壤微生物生物修复技术是一项非常有应用前景的环保新技术。本文综述了近年来重金属对土壤微生物生物量、种群及生化过程的影响以及微生物对重金属污染土壤的修复机理和修复研究进展,较全面的分析了重金属对土壤微生物的生态效应。关键词:土壤微生物;重金属;生物修复中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:1008-181X(200201-0085-05土壤重金属污染是指人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量、并造成生态环境质量恶化的现象[1]。它一方面对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响,并通过食物链危害人体健康;另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且难以迁出土体,对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物和微生物群落结构产生明显不良影响,从而影响土壤生态结构和功能的稳定性。国内外专家曾采用非毒性改良剂法、深耕法、排土法和客土法以及化学冲洗等方法来解决土壤重金属污染问题。但由于上述方法自身的局限性,都未能成为较为理想的土壤重金属污染治理措施[1~4,6,7]。为此,近年来提出的土壤污染生物修复受到广泛的重视。土壤污染生物修复是利用各种天然生物过程而发展起来的一种现场处理土壤环境污染的技术,具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点。生物修复的途径主要有两条:⑴通过在污染农田种植植物,利用其自身生物学特性对重金属加以吸收、积累去除污染物;但其重金属生物载体可能产生二次污染,至今也未找到有效的解决途径。⑵利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物,从而降低重金属污染程度[4,5,8]。但这种方法应用难度较大,目前尚未获得突破性进展。本文将评述重金属污染对土壤微生物生物量、群落结构及生物化学过程的影响以及重金属污染土壤的微生物修复机理。1重金属对微生物量和群落结构的影响1.1重金属污染对土壤微生物生物量的影响土壤微生物生物量是指土壤中体积小于5×103m3的生物总量。它能代表参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化的对应微生物的数量,且土壤微生物量碳或氮转化速率较快,可以很好地表征土壤总碳或总氮的动态变化,是比较敏感的生物学指标[5]。大量研究表明:重金属污染的土壤,其微生物生物量存在不同程度的差异。Brookes和Mcgrath用熏蒸法测定了连续20a施用污泥的农田土壤微生物生物量,发现其微生物量比施用粪肥的土壤低得多[18]。Kandeler等人研究指出Cu、Zn、Pb等重金属污染矿区土壤的微生物生物量受到严重影响,靠近矿区附近土壤的微生物生物量明显低于远离矿区土壤的微生物生物量[16]。研究表明:不同重金属及其不同浓度对土壤微生物生物量的影响效果也不一致。Chander研究了不同重金属浓度对土壤微生物生物量的影响,结果表明只有当重金属浓度达到欧盟制定的标准土壤重金属环境容量的2~3倍,才能表现出对微生物生物量的抑制作用[19]。Fliebbach等研究结果表明低浓度的重金属能刺激微生物的生长,增加微生物生物量碳;而高浓度重金属则导致土壤微生物量碳的明显下降[12]。Khan等采用室内培养实验,研究了Cd、Pb和Zn对红壤微生物生物量的影响,当其浓度分别为30ugg-1、450ugg-1、150ugg-1时导致微生物生物量的显著下降[13]。土壤环境因素也影响重金属污染对土壤微生物生物量的大小。比如,Baath等研究表明,重金属污染对不同质地土壤的微生物生物量的影响是不同的,对砂质、砂壤质土壤的微生物量生物量的抑制作用比壤质、粘质土壤大得多[11]。总之,有些重金属元素在浓度较低时对微生物生物量有一定的刺激作用,但超过一定浓度时对土壤微生物则有毒害效应。1.2重金属污染对土壤微生物的种群结构的影响土壤微生物种群结构是表征土壤生态系统群落结构和稳定性的重要参数之一。通常情况下,重金属污染对微生物有两个明显效应:一是不适应生长的微生物种数量的减少或绝灭;二是适应生长的微生物数量的增大与积累。近年来国内外学者采用较为先进的碳素利用法、脂肪酸甲基酯(PLFA分析法及核酸测定法研究了土壤微生物功能多样性和结构多样性。Knight等用BIOLOG微平板反应系统评价了Cd...