生物有機肥對土壤環(huán)境的修復作用

1、生物有機肥對土壤環(huán)境的修復作用閆保福 綿陽2016.9.27土壤污染修復概況 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)的物理化學消除方法已經(jīng)很難有所作為。首先,我國幅員遼闊,受污染土壤面積巨大;其次,土壤多為多重交叉污染,導致采用一種物理化學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,利用微生物技術修復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,使之具有修復多重污

2、染土壤的巨大潛力。土壤的污染種類土壤的污染種類 農(nóng)藥污染造成土壤污染的農(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在土壤中被分解95%所需最長時間約20年,DDT的化學性質(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,

3、商品已達150多種。土壤的污染種類土壤的污染種類 除草劑 除草劑在我國得到廣泛應用,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。土壤的污染種類土壤的污染種類 多環(huán)芳烴 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

4、康造成威脅土壤的污染種類土壤的污染種類 重金屬 重金屬在冶煉、化工、造紙以及電子等產(chǎn)業(yè)的廣泛應用,大量的重金屬物質(zhì)進入環(huán)境,例如Pb、Cr、Hg、Cd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對土壤的作用微生物對土壤的作用 微生物修復農(nóng)藥污染土壤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(Bacillus)六六六(HCH)總量降解率分別為59.6%無色桿菌屬(Achromobacter)六六六(HCH)總量降解率分別為56.9%假單孢菌屬(Pseudomonas)六六六(HCH)總量的降解

5、率分別為56%寡養(yǎng)單胞菌屬D-1(Stenotrophomonassp.),對DDT降解10d的降解率為69.0%關于有機磷農(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對土壤的作用微生物對土壤的作用 微生物修復除草劑污染土壤微生物降解是消除除草劑污染的重要途徑,其主要反應有脫鹵、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模型,發(fā)現(xiàn)在pH6.0 300mg/L草甘膦和7g/L葡

6、萄糖組成的共基質(zhì)底物系統(tǒng)中,草甘膦降解率為97%。微生物對土壤的作用微生物對土壤的作用 微生物修復多環(huán)芳烴污染土壤 假單胞菌(Pseudomonassp.)ND24,將其接種到含0.2g/L萘的滅菌土壤中,14d后萘去除率為98.2% 假中間蒼白桿菌(Ochrobactrumpseudintermedium)NAP_A, 30下,10d內(nèi)可將初始質(zhì)量濃度320mg/L的萘降解90%微生物對土壤的作用微生物對土壤的作用 微生物修復重金屬污染土壤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

7、,甲基化與去甲基化,溶解作用以及有機絡合配位降解轉(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(Bacilluslicheniformis)TT1可在3mmol/LCu2+環(huán)境中生長,30下,24h內(nèi)可以還原71%的Cu2+。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

8、些物質(zhì)與重金屬結合、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有機質(zhì)對土壤微生物和土壤環(huán)境的影響土壤有機質(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) 通常指能夠溶于水的那部分有機物。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476.1

9、1mg/kg減少為270.27mg/kg,主要原因是Hg與DOM形成可溶性絡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合物,能提高金屬在土壤中的活性。有機質(zhì)對土壤微生物和土壤環(huán)境的影響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

10、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、結構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、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。有機質(zhì)對土壤微生物和土壤環(huán)境的影響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,絡合作用越強，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