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植物-微生物联用技术
在自然条件下生物刺激、生物强化以及固定化微生物修复技术受环境条件制约程较大,或者有些只能在实验室中进行,因此污染土壤微生物修复技术效果的关键所在是选择最佳生态环境条件。相对于单纯的利用微生物进行土壤污染修复,植物-微生物联用技术是指植物与微生物互利作用来强化根际,实现提高有机物降解效率。其机理为植物根际为微生物提供生长场所,输送氧气,使微生物氧化作用可以正常进行,同时根际分泌物质某种程度上可以刺激或加速微生物的降解功能;反过来微生物可以将污染物质转换成植物可以利用的简单化合物,降低污染物质毒性,通过植物根的吸收作用同样达到了降解石油的目的。
在植物-微生物联合修复体系中,理想的植物应具备:
① 具有旺盛的须根系,并最大可能地提供微生物活动的根表面面积;
② 生长旺盛,对多种有机污染物表现一定抗性;
③ 根系可以伸展到较深土层中。
近年来,研究者做了大量工作筛选出多种对石油有降解能力的植物和微生物组合来修复石油污染土壤。中国科学院南京土壤研究所选用紫花苜蓿作为宿主植物,对长期持久性有机污染物(POPs)复合污染土壤同时接种根瘤菌剂和菌根菌剂,改善植物根区微生态环境,增强污染土壤中持久性有机物的转化能力,明显提高了土壤中污染物质的降解或消减效果;徐莉等选择紫花苜蓿(Medicago sativa L.),同时接种苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)或/和地表球囊霉(Glomus versiforme),在田间试验对多氯联苯(PCBs)污染土壤的修复效果,结果表明:所有种植植物的处理,根际土壤PCBs的去除率均高于对照,其中紫花苜蓿并接种根瘤菌处理的土壤,PCBs去除率最高,达到42.6%;马强等选择水稻-微生物联合处理下土壤中石油烃的降解速率最快,培养期内的降解效率达到53.13%;马溪平等选择芥菜、玉米和蓖麻皆能减少土壤总烃类含量,降解率都在60%以上。
微生物与植物之间存在诸多联系,两者有机结合才能使石油类物质降解达到最大化,了解二者之间共同作用机理,可以完善二者的联合程度,提高石油降解效率。目前,植物-微生物联合作用机理研究主要集中在:
① 根际改善微生物生长的微生态环境,改善土壤理化性质;
② 植物根际分泌物质刺激、强化微生物降解作用,或分泌酶直接参与对污染物质进行降解的过程中,起到对污染物质的活化作用;
③ 微生物强化植物根际的矿化作用。由于植物-微生物修复技术成本相对较高,技术含量高,影响植物、微生物的因素均能影响修复效果。
在今后的实验中,可能更加深入的研究有:
① 植物与微生物菌种的合理搭配,改进工艺,降低成本;
② 污染土壤中植物与微生物协同修复原理,特别是联合修复机制、控制因素的研究;③ 外源微生物与土著微生物稳定共生条件及环境响应因子的研究;
④ 菌根根际微生物生理特征及生活习性,污染物种类和浓度对菌根根际物质和能量流动的影响研究。
作者单位为哈尔滨师范大学湿地过程与环境效应实验室
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