摘要：目前，越來(lái)越多的人認(rèn)為利用活的生物體對(duì)農(nóng)藥污染土壤進(jìn)行修復(fù)是一種十分安全可靠的方法。本文將從動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)這三個(gè)方面來(lái)深入分析農(nóng)藥污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)，以供參考。

一、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

土壤中的一些大型土生動(dòng)物如蚯蚓和某些鼠類(lèi)，能吸收或富集土壤中的殘留農(nóng)藥，并通過(guò)其自身的代謝作用，把部分農(nóng)藥分解為低毒或無(wú)毒產(chǎn)物。動(dòng)物對(duì)某種毒物的積累及代謝符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)，某種農(nóng)藥經(jīng)某種動(dòng)物體內(nèi)的代謝，有一定的半衰期，一般經(jīng)過(guò)5—6個(gè)半衰期后，動(dòng)物積累農(nóng)藥達(dá)到極限值，意味著動(dòng)物對(duì)土壤中污染農(nóng)藥的去除作用已完成。同時(shí)，土壤中還生存著豐富的小型動(dòng)物種群，如線(xiàn)蟲(chóng)綱、彈尾類(lèi)、稗螨屬、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等，均對(duì)土壤中的污染農(nóng)藥有一定的吸收和富集作用，可以從土壤中帶走部分農(nóng)藥。

二、植物修復(fù)技術(shù)

由于人們擔(dān)心工廠(chǎng)化生產(chǎn)微生物的安全性和應(yīng)用到環(huán)境中再次引起另一種形式的污染，一種人們普遍能夠接受的、更加安全可靠的生物修復(fù)方法——植物修復(fù)技術(shù)已成為研究的熱點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)是利用植物的獨(dú)特功能，并可和根際微生物協(xié)同作用，從而可以發(fā)揮生物修復(fù)的更大效能。作為一種高效的生物修復(fù)途徑正在受到越來(lái)越多的重視。植物修復(fù)的機(jī)理主要包括直接吸收、根際微域?qū)τ袡C(jī)污染物的降解等。

1.植物直接吸收污染物

土壤環(huán)境中的有機(jī)污染物可以直接被植物吸收。有機(jī)污染物進(jìn)入植物體內(nèi)，有的本身形態(tài)、 性質(zhì)不發(fā)生改變，儲(chǔ)存于植物組織中，這稱(chēng)之為植物提??；有的在植物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)中發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)化或降解，被轉(zhuǎn)化成對(duì)植物無(wú)害的物質(zhì)儲(chǔ)存在植物組織中。如Raveton的研究結(jié)果表明，玉米苗72h可將吸收的95%的阿特拉津轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物，而在死亡植株中，吸收 量的80%仍為母體化合物。Burken從培植于含阿特拉津的土壤和沙石中的楊樹(shù)的根、莖和葉中提到了阿特拉津母體及6種代謝產(chǎn)物，并發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)80d后，母體化合物占標(biāo)記量的比率分別為：土壤中50%以上，楊樹(shù)根系38%左右，葉片中10%左右；且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片中代謝產(chǎn)物的比率明顯上升。Solanum nigrum的毛根可以吸收PCB，并可以使72%的PCB降解，其中二氯聯(lián)苯的代謝產(chǎn)物為單羥基二氯聯(lián)苯，單氯聯(lián)苯的代謝產(chǎn)物為單羥基氯代聯(lián)苯和雙羥基氯代聯(lián)苯。另外，有機(jī)污染物被植物根部吸收后，可以借助植物的共質(zhì)體、質(zhì)外體或共質(zhì)體-質(zhì)外體聯(lián)合途徑向地上部運(yùn)輸。如雜交楊樹(shù)從土壤中吸收的TNT中，75%被固定在根系，轉(zhuǎn)移到葉部的量也可高達(dá)10%。一部分有機(jī)污染物被植物吸收后，可以完全被降解并最終被礦化成二氧化碳和水。如雜交楊樹(shù)可有效吸收四氯乙烯（TCE），并且可以把它降解成三氯乙醇、氯代酮，最后降解成二氧化碳。

2.根際-微生物的聯(lián)合代謝作用

根際是植物根系直接影響的土壤范圍，在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中，死亡的根系和根的脫落物是微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，同時(shí)根系旺盛的代謝作用可以釋放一些物質(zhì)進(jìn)入到土壤中，包括土壤酶、糖類(lèi)、醇類(lèi)和酸類(lèi)物質(zhì)，Moser等研究表明，植物每年釋放的這類(lèi)物質(zhì)可達(dá)植物總光合作用的10%—20%，它們與脫落的根冠細(xì)胞等一起為根區(qū)的微生物提供重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了根區(qū)微生物的生長(zhǎng)和繁殖。由于根系的穿插，使根際的通氣條件、水分狀況和溫度均比根際外的土壤更有利于微生物的生長(zhǎng)，另一方面，植物又可將大氣中的氧氣經(jīng)葉、莖傳輸?shù)礁?，擴(kuò)散到根際周?chē)毖醯牡踪|(zhì)中，形成了氧化的微環(huán)境，刺激好氧微生物的生長(zhǎng)和活性。研究表明，植物根區(qū)微生物明顯比空白土壤中的微生物數(shù)量和種類(lèi)多，假單孢菌屬、黃桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬和土壤桿菌屬的根際效應(yīng)非常明顯。這些增加的微生物可以增加環(huán)境中的農(nóng)藥等有機(jī)物的降解，Henner等研究表明，根際環(huán)境可以加速許多農(nóng)藥以及三氯乙烯的降解。阿特拉津的礦化與土壤中有機(jī)碳的含量有直接關(guān)系。植物根上有菌根菌的生長(zhǎng)，菌根菌與植物形成共生作用，具有獨(dú)特的降解途徑，可以代謝某些不能被自生細(xì)菌降解的有機(jī)物。植物根際是一個(gè)能降解土壤中污染物的生物活躍區(qū)，研究者針對(duì)植物宿主的正確選擇、必要的植根方式和有關(guān)的微生物群落，進(jìn)行了綜合研究。植物根際-微生物系統(tǒng)的相互促進(jìn)作用將是提高污染土壤植物修復(fù)能力的一個(gè)活躍領(lǐng)域。

三、生物修復(fù)技術(shù)

1.微生物對(duì)農(nóng)藥降解的代謝方式和途徑

微生物的農(nóng)藥降解作用分為酶促降解作用和非酶促降解作用。酶促降解作用表現(xiàn)為：第一，微生物以農(nóng)藥或其分子中某部分作為能源和碳源，部分微生物能以某種農(nóng)藥為唯一碳源或氮源。有些能被微生物立即利用，有的則不能立即利用，需先經(jīng)產(chǎn)生特殊酶解后再使農(nóng)藥降解。第二，微生物通過(guò)共代謝作用使農(nóng)藥降解。許多研究表明，由于某些化學(xué)農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單一的微生物不能使其降解，需靠二種或二種以上的微生物共同代謝降解。此領(lǐng)域是目前研究的熱點(diǎn)。第三，去毒代謝作用。微生物不是從農(nóng)藥中獲取營(yíng)養(yǎng)或能源，而是發(fā)展了為保護(hù)自身生存的解毒作用。非酶促降解作用：微生物活動(dòng)使pH發(fā)生變化而引起農(nóng)藥降解，或產(chǎn)生某些輔助因子或化學(xué)物質(zhì)參與農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化，如脫鹵作用、脫烴作用、胺及酯的水解、還原作用、環(huán)裂解等。許多頑固性農(nóng)藥的好氧/厭氧生物降解途徑已經(jīng)被闡明，美國(guó)Minnesota大學(xué)的生物降解與生物催化數(shù)據(jù)庫(kù)收集了農(nóng)藥等化合物的139條代謝途徑、910個(gè)反應(yīng)、577 種酶、328個(gè)微生物條目、247條生物轉(zhuǎn)化規(guī)律、50個(gè)有機(jī)功能群，其中包含了許多農(nóng)藥的微生物降解代謝途徑和酶類(lèi)，像對(duì)硫磷、阿特拉津、2，4-D、4-硝基酚、四氫呋喃、S-三嗪、 DDT等農(nóng)藥的代謝途徑和降解機(jī)制已經(jīng)被詳細(xì)列出。

2.微生物修復(fù)農(nóng)藥污染土壤的影響因素

農(nóng)藥本身的性質(zhì)，尤其是內(nèi)部化學(xué)鍵、濃度、水溶性、分子極性、生物可利用性、化合物的吸附性和環(huán)境因子（溫度、鹽度、pH、土壤類(lèi)型、氧化還原電位、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）等是影響農(nóng)藥生物降解和修復(fù)的主要因素。微生物對(duì)環(huán)境污染物的修復(fù)能否最終實(shí)現(xiàn)不僅僅依賴(lài)于其降解能力本身，而且依賴(lài)于污染物的生物可利用性以及細(xì)菌與土著微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)能力等其他因素。增加污染物的溶解性和生物可利用性是生物學(xué)方法進(jìn)行成功修復(fù)的必要條件。土壤中農(nóng)藥的降解效率還與土壤中微生物活性關(guān)系密切，而土壤中微生物的活性又受多種因素影響，如農(nóng)藥濃度、土壤理化特性、有機(jī)物種類(lèi)和含量、微生物區(qū)系組成等。

四、其他生物處理方法

以上介紹的生物修復(fù)方法均是在好氧的環(huán)境中進(jìn)行，事實(shí)上，對(duì)于農(nóng)藥污染的土壤，厭氧條件下的修復(fù)技術(shù)也具有很大的潛力。如有機(jī)氯農(nóng)藥在厭氧的條件下降解速度反而更快，可以利用厭氧微生物對(duì)有機(jī)氯污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)作為一種有效的環(huán)境治理措施，在治理土壤污染方面的作用已越來(lái)越突出。為了進(jìn)一步提高生物修復(fù)效率，又發(fā)展了許多輔助技術(shù)，如利用計(jì)算機(jī)作為輔助工具來(lái)設(shè)計(jì)最佳的修復(fù)環(huán)境，預(yù)測(cè)微生物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和污染物降解動(dòng)力學(xué)；植物根際-微生物系統(tǒng)受到重視，希望通過(guò)植物根際來(lái)改善微生物的生存環(huán)境，從而加強(qiáng)其生長(zhǎng)代謝來(lái)促進(jìn)污染土壤的原位修復(fù)；人們嘗試通過(guò)基因工程的手段選育出高效菌株，以提高農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)。