微生物修复技术原理

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微生物修复技术原理范文第1篇

 

关键词:土壤污染、生物修复、研究进展

前言

土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。

1.污染土壤生物修复的基本原理和特点

土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修复技术的种类

目前,微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。

2.1 原位修复技术：

原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。

2.2 异位修复技术：

异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上15-30cm厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的pH值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。

3.影响污染土壤生物修复的主要因子

3.1 污染物的性质：

重金属污染物在土壤中常以多种形态贮存,不同的化学形态对植物的有效性不同。某种生物可能对某种单一重金属具有较强的修复作用。此外,重金属污染的方式(单一污染或复合污染)，污染物浓度的高低也是影响修复效果的重要因素。有机污染物的结构不同,其在土壤中的降解差异也较大。

3.2 环境因子：

了解和掌握土壤的水分、营养等供给状况,拟订合适的施肥、灌水、通气等管理方案,补充微生物和植物在对污染物修复过程中的养分和水分消耗,可提高生物修复的效率。一般来说土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与重金属化学形态、生物可利用性及生物活性有密切关系,也是影响生物对重金属污染土壤修复效率的重要环境条件。

3.3 生物体本身：

微生物的种类和活性直接影响修复的效果。由于微生物的生物体很小,吸收的金属量较少,难以后续处理,限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用，

植物体由于生物量大且易于后续处理,利用植物对金属污染位点进行修复成为解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。但由于超积累重金属植物一般生长缓慢,且对重金属存在选择作用,不适于多种重金属复合污染土壤的修复。因此,在选择修复技术时,应根据污染物性质、土壤条件、污染程度、预期修复目标、时间限制、成本及修复技术的适用范围等因素加以综合考虑。

4.发展中存在的问题：

生物修复技术作为近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,虽取得很大进步和成功,但处于实验室或模拟实验阶段的研究结果较多,商业性应用还待开发。此外,由于生物修复效果受到如共存的有毒物质(Co-toxicants)(如重金属)对生物降解作用的抑制；电子受体(营养物)释放的物理性障碍;物理因子(如低温)引起的低反应速率;污染物的生物不可利用性;污染物被转化成有毒的代谢产物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化学能力的微生物等因素制约。因此,目前经生物修复处理的污染土壤,其污染物含量还不能完全达到指标的浓度要求。

微生物修复技术原理范文第2篇

[关键字]石油污染物 无害化 资源化

[中图分类号] TE992 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-5-216-1

0 引言

石油是当前世界最为重要的能源之一，并在经济高速发展的国际化大环境中，对石油的需求也是日益增加，石油资源在普及利用的同时不可避免的涉及到石油开采的泄露问题。由于操作失误或技术原因，石油在开采、运输及加工等过程当中的突发灾害往往是不可控制的，对附近环境的污染十分严重，因此石油就好比一柄双刃剑悬在头顶，成为一个全球性的发展与污染问题。其中石油污染土壤问题是主要表现形式，为缓解环境污染，恢复当地生态，采取的修复方法主要有生物、物理、化学等方法，但对于二次污染程度较低、成本费用较少、环境影响较小的微生物修复石油污染法却因为种种原因往往应用得比较少。微生物修复法的原理是通过生存在土壤中的微生物，利用其自身具有的新陈代谢功能，对土壤中的污染物转化为对环境没有影响的普通物质。而微生物修复石油污染法是将土壤中的微生物进行繁殖培育，使其数量呈几何倍数增长，然后通过它自身分解作用将其中的污染物清除的过程。

1 石油污染的处理

1.1 石油污染危害

石油能够对土壤中的生态系统造成较大破坏，降低土壤中蕴含的有机肥，影响植物正常生长，并能通过对植株根部的营养吸收能力，限制植株生长。石油中的某些化学成分能在动物体内堆积，通过层层食物链的影响对附近生物甚至是人类健康造成危害。而且由于石油中的成分都是芳香烃等高分子物质，在自然环境下很难降解，从而影响土壤的有机组成结构，并对附近的生物形成长期危害。

1.2 石油污染处理方法

石油污染目前主要有三种处理方法，其一是化学法，其二是物理法，其三是生物法。化学法的处理包括热分解法、萃取法、氧化法等，物理法的处理包括电解法、隔离法、填埋法等，生物法的处理包括微生物法、农耕法、生物通气法等。作为处理石油污染的常规方法，物理法和化学法虽有一定作用，但既不能完全有效地处理污染问题，也会对环境带来二次污染，再加上使用这些方法成本都比较高，取得的效果不尽如人意。因而作为新研发出来的微生物法具有不可比拟的功效，不仅处理效果比较理想，并且能够有效将污染物转化为无污染的物质，不会形成二次污染问题，从而成为土壤石油污染处理的热门选择。

1.3 微生物修复技术

微生物处理方法主要是在被污染的土壤范围内，通过添加适宜微生物生长的营养物质，促进其繁殖，运用微生物自身新陈代谢功能实现污染物的降解过程，从而达到土壤中的石油脱附目的。微生物法主要包括以下四种方式：

（1）生物培养法，通过在被污染土壤中加入氮和磷等营养物质，使该范围内的微生物富集，并在其中加入过氧化氢，使其保持酸碱平衡，创造出适宜微生物繁殖的环境，有效将污染物转换为可供动植物吸取养分的有机物，提高土壤的活性 。

（2）生物通气法，在污染的土壤中充入空气，并加入氮肥和磷肥等有机营养物，提高微生物降解能力，这种方法是一种加速氧化的过程，效果较为明显，但限制条件是土壤的结构问题，一般多孔稀松的土壤能采用这种方法，而密实水分多的土壤并不适宜。

（3）农耕法，通过对被污染地区进行犁田耕种的方式，对其进行农业种植，使其保持土壤活性，和充分的营养，为微生物提供一个较为适宜的生存繁殖环境，保证污染物的有效降解。这一方法在关于土壤污染程度较低，土壤通透性较差的污染土壤中较为有效。并且因为简单环保，经济成本较低，较为常用，但缺点在于污染物会随着农业灌溉等一系列环节迁移到别处。

（4）联合法，在受污染土壤中种植对环境要求较低、吸收污染能力较强的植物，通过植物的吸收去除土壤中的污染，研究表明，植物能有效提高土壤中的微生物含量，提高石油污染的降解脱附。从而对受污染的土壤实现无污染治理，并增加其中的有机含量，促进植物生长，然后良性循环，加速微生物增长，有效处理石油污染问题 。

2 石油污染脱附方式

2.1 直链烷烃的脱附

不同的微生物对石油中含有的不同烃类具有不同的作用机理和代谢方式，微生物对直链烷烃的代谢方式是先将其氧化为醇，并在脱氢酶的催化下氧化为醛，醛又在脱氢酶催化下氧化为脂肪酸，氧化途径如图1所示。

2.2 环烷烃的脱附

脂环烷烃是先通过被氧化呈一元醇后，再自行断裂，形成代谢途径，大部分依靠环己醇代谢的微生物会在脂环化合物内生长，一般脂环化合物被烷基取代之后会被氧化，而氧化位置的不同也会影响到微生物降解反应的发生位置 。环烷烃的生物降解途径如图2所示。

3 小结

石油污染是目前对环境造成严重影响的污染之一，全球各个国家都分别出台了石油污染处理的措施方案。尤其是微生物修复方法在经多方试验验证后，对石油污染的治理不仅效果显著，没有二次污染，而且成本低廉，是行之有效的处理方式。并且随着我国能源需求的不断增长，石油工业的迅猛发展，其带来的石油污染问题日趋增多，传统处理方式已明显不能达到石油污染的脱附目的，因而推广微生物法处理石油污染是十分有必要的，将其形成工业化产业，在有效处理石油污染的同时，并能为社会带来较大的经济效益，是一项具有重要意义的项目。

参考文献

[1] 刘鹏，李大平，王晓梅，张宝良，朱玉萍，葛绍荣. 石油污染土壤的生物修复技术研究[J]. 化工环保. 2009（02）.

微生物修复技术原理范文第3篇

在生产流程中,为了减少污染物排放、甚至零排放,可以利用生物工程技术,研制具有特别功能的“工程菌”或“工程细胞株”,例如,在农业领域使用生物农药无毒、安全、无污染等;利用生物质能源能极大降低污染物排放;高催化效率“工程菌”加快化学反应,使生产过程能源、原料的消耗降低;综上所述,生物工程技术对于生态环境保护意义重大。

2生物工程在环境监测的应用

环境保护工作中的一个重要环节就是监测环境污染,应用化学仪器分析以及生物监测是环境监测的重要方法。可以利用基因工程技术改造过的微生物、指示生物、生物芯片技术、生物传感器技术、分子生物学等技术监测环境污染。近年来,环境监测也可以通过研究较多的有聚合酶式反应技术(PCR技术)、酶联免疫吸附技术(ELISA)、核酸探针、生物传感器、生物荧光方法等生物高新技术。土壤、沉积物、水样等环境标本的细胞检测可以通过PCR技术完成。水体中的BOD、酚、NO3、有机磷,以及大气中的CO2、SO2、NOx的含量及浓度分析都可以用生物传感技术测定。今后,由于其快速、灵敏、特异性强的特性,生物工程技术将在环境监测中广泛应用。

3生物工程在废水处理中的应用

需要一个由多种方法组成的多层次处理系统将废水中所含的多种污染物质处理。预处理多为物理方法,化学方法容易产生二次污染;利用生物的新陈代谢作用,对废水中的污染物质进行转化和稳定,将废水中污染物转化为无毒、无害、稳定的物质,这种方法就是利用生物工程措施在废水净化中的应用。固定化微生物技术。利用基因工程技术将一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些具有脱色菌、脱氮、脱磷等高效专性菌进行固定化后,菌体密度提高,这种技术应用于废水处理,有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度,有利于微生物抵抗不利环境的影响,有利于反应后的固液分离,缩短处理所需的时间。生物反应器技术。在活性污泥中加入固定载和流动载体,以及好氧和厌氧固定膜的反应器,极大的增加了反应体系中的生物量和生物类群,运用发酵工程原理,使得微生物降解污染物的生物活性得到最大化的发挥。此法处理效率高、出水水质好;设备紧凑、占地面积小;易实现自动控制、运行管理简单。生物强化处理技术。通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物,提高有效微生物的浓度,增强对难降解有机物的降解能力,提高其降解速率,并改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能。在水污染治理中的应用主要有:治理高浓度有机废水;有毒、有害难降解污染物的治理;脱氮除磷等。

4应用生物工程技术处理固体废弃

物固体垃圾处理通过物理的手段(如粉碎、压缩、干燥、蒸发、焚烧等)或生物化学作用(如氧化、消化分解、吸收等)用以缩小其体积、加速其自然净化的过程。焚烧、填埋等常规处理方式不能从根本上解决污染问题,污泥直接焚烧的热值过低,还要治理有害气体、粉尘污染,污泥焚烧的一次性投资和运行成本过高,采用现代生物技术处理这些有机物,把有机废弃物发酵成为有机肥或营养土去肥沃土地,再把植物变成食物,这是适应大自然自身规律的一种处理和循环利用方式。生物工程技术在消除白色污染方面意义重大,主要表现为:(1)通过基因工程技术可筛选优势微生物、构建高效降解菌,并通过发酵工程技术大量培养,可使白色污染物得到降解。(2)利用基因工程技术将能编码降解蛋白的基因导入某一土壤微生物中,使他们共同发挥各自的功能和作用,迅速将塑料等白色污染物降解。

5应用生物工程治理大气污染废气

的生物处理和空气净化是一种利用微生物吸附分解有机物能力和降解恶臭物质与有机废物的方法,主要方法有生物洗涤、生物过滤、生物吸附法等。这些方法具有成本低、效率高、安全性好和无二次污染等优点。

6应用生物工程治理土壤污染土壤污染

微生物修复技术原理范文第4篇

关键词：分子生物技术；微生物领域；环境

微生物技术是在多种学科上面相互紧密交叉的一门应用学科，对环境污染修复技术方面的发展具有重要的推动作用。本文主要介绍目前常用的分子生物技术，分析分子生物技术在水、土壤、恶臭等方面的应用，明确分子生物技术在环境工程微生物修复治理工作中的重要性，为在下一步的分子生物技术的研究提供一个良好的契机，也为在环境工程的工作取得良好的效果而做好各项准备工作。

1与环境工程相关的分子微生物技术

1.1PCR核酸技术

PCR是一种利用脱氧核糖核酸半保留复制的原理，在体外扩增位于两段已知序列之间的DNA区段，从而得到大量复制的生物技术，其应用在整个行业中最为广泛。PCR技术主要分为以下三种：PCR-SSCP技术、PCR-DGGE技术以及PCR-RFLP技术。

（1）PCR-SSCP技术主要通过利用银染法以及荧光的检测技术等，对SSCP凝胶DNA谱带进行详细的分析，应用这种技术进行分析，能够简化测试的试验步骤，比较方便且精准；

（2）PCR-DGGE技术是按照一定顺序检测生命物质碱基，获得变性试剂解链不同的内容物质反映，对样本进行检测，从而达到研究目的；

（3）PCR-RFLP技术主要是利用限制性核酸内切酶的特性进行样本分析，在基因组上寻找多态性位点，从而揭示个体或群体间遗传变异或评估种间亲缘性关系的一种分子标记技术。

1.2荧光原位杂交技术

荧光原位杂交技术是目前单个细胞水平上分析微生物群落结构的常用分子生态学方法，根据目前已公布的、定位在不同分类等级的rDNA分子的特定位置，设计以rDNA为靶点的寡核苷酸探针，然后用荧光标记探针，用于原位鉴定单个细胞.目前可利用此方法,使用一整套特异的寡核苷酸探针可进行单个细胞的快速分类。

1.3基因重组技术

此技术是利用DNA体外扩增或重组技术把需要的基因或DN段从供体生物基因组中抽取分离，或通过人工合成的方法获取基因，并经过一系列的切割、加工、修饰、连接反应产生重组的DNA分子，再将其导入适合的受体细胞，从而获得基因表达的过程。

2分子生物技术的应用

工业的高速发展极大地促进了我国经济的增长。然而，工业污染已对我们正常的生活环境及个人健康造成了不可忽视的影响。分子生物技术应用对环境污染的修复和治理成为现今行业的关注热点。

2.1水处理中的应用

微生物絮凝剂是由微生物菌体内外分泌的生物大分子，并带有电荷。相关的研究表明，微生物絮凝剂对生活污水及工业废水的COD及SS的去除率可分别达到68%和91%。相比铁盐、铝盐等化学药剂，微生物絮凝剂对活性污泥所产生的絮凝作用更高效，其产生的沉淀也更易过滤，且絮凝后的残渣可生物降解，不会造成二次污染。由此可见，微生物絮凝剂具有高效、无毒的优点。

2.2土壤修复中的应用

由于土壤生物修复技术具有环境友好、成本低、可原位处理等优点，因此成为了目前的一个研究热点。有益微生物可通过自身代谢分解土壤中的有机污染，其分泌的有机酸、铁载体等物质能使重金属转变为无害的螯合态。此外，根际微生物还能协助植物生长，促进超富集植物对土壤的修复效果。通过分子生物技术筛选具有高效代谢能力的菌种，并观察分析微生物在修复过程中的群落动态变化，可进一步了解土壤生物修复的机理，建立土壤功能微生物资料库，促进土壤生物技术在实际应用中的优化。

2.3臭气处理中的应用

微生物的代谢作用可把臭气分解成硫酸盐、CO2、H2O等无害无味物质，特别适用于堆肥厂、污水处理厂、垃圾填埋场等环境卫生处理设施的臭气治理。目前常用的生物除臭工艺包括过滤除臭、滴滤除臭、曝气式除臭以及洗涤式除臭。分子生物技术已广泛用于分析臭气处理设备中微生物代谢功能及群落的变化。通过扩增除臭细菌某基因的可变区，并结合相关的分子生物技术，观察除臭生物装置中的微生物的多样性、丰度及代谢功能在不同pH、碳源或其他制约条件下的变化，可筛选出最有利的菌种。因此，分子生物技术的应用对臭气治理具有非常重要的意义。

2.4对石油降解方面进行分析研究

石油的成分复杂，包括一些对微生物有毒害的物质。因此，如何鉴定、筛选、培养具有高效降解能力的菌种成为石油污染物生物处理技术的关键。为了更好的解决石油的污染问题，需要相关研究人员在分子生物与石油污染进行深入细致的研究，并积极寻找有效可行的治理方法。分子生物技术在环境工程方面，主要具有环境治理效果好、无副作用、成本较低等优点。由于分子生物技术的众多好处，得到了各方面的广泛认可，使得这项技术在我们行业的发展上起到了重要的作用。

3结语

我国现今所面临的难题是，如何降低对环境的污染，如何能够进一步改善我们现在的生活环境。环境工程生物修复技术作为目前行业的热点，而分子生物技术俨然已成为环境工程微生物不可或缺的研究手段，这同时也在另一个层面让我们充分的认识、理解到分子生物技术在环境工程中的重要性。分子生物技术的研发与应用是我们在环境保护中的前沿阵地，我们在不断的分子生物研究中进行发掘和创新，为我们的环境工程事业做好有力的技术支持，同时也为我国在环境保护方面做出重要的贡献。

参考文献

[1]石琛,王璐.环境微生物领域分子生物技术的应用进展[J].中国科技信息,2013,16,135+139.

[2]张凤.在环境工程微生物领域中分子生物技术的应用[J].绿色科技,2013,08,192-194.

微生物修复技术原理范文第5篇

关键词 农药；光生物；降解；生物修复

中图分类号 X132；X592 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）19-0218-03

1 农药污染状况

随着农业病虫害的增多，农药的使用量也与日剧增。我国20世纪末农药的投放量如表1所示[1]。与化肥相比，农药具有毒性大、不易降解的特性，对水环境和生态系统影响更为恶劣，客观上造成我国水域环境及生态环境污染的日趋严峻。

2 光生物降解农药

2.1 光降解土壤中农药

2.1.1 有机氯类农药。太阳光曝晒可增强土壤中有机氯类农药的降解：DDT可转化为DDE。γ-BHC的光解符合一级动力学方程，其降解常数随土壤有机质含量增加而降低；当有机碳含量不变时，光解常数随铁含量增加而提高，低有机碳含量土壤中，Fe2O3对γ-BHC有明显的催化作用。

2.1.2 有机磷类农药。研究表明，土壤黏粒含量和土壤湿度是影响有机磷类农药光解的主要因素。光解速率随黏粒含量减少而增大；土壤湿度对光解速率影响随农药品种和土壤类型不同差异较大，湿土壤明显有利于氟乐灵的光解。土壤的有机质含量对光解速率影响不明显。

2.1.3 有机氮类农药。阿特拉津除草剂在粒度较小的土壤中光解速率较大，光解深度也较大；阿特拉津的光解速率在湿土壤中大于在干土壤中；土壤的pH值对其光解速率也有影响，即酸性和碱性土壤均可促进阿特拉津的光解，在中性左右的土壤中，它的光解速率会有一个最小值。另外，土壤中腐殖酸和表面活性剂的存在均会增加阿特拉津的光解速率。

2.1.4 菊酯类农药。光分解对拟除虫菊酯类农药在表土中的消解起了重要作用。在田间条件下它们能被阳光迅速降解，因此它们几乎不存在从土壤迁移转化。氯氰菊酯等3种农药在0.5～1.0 mm粒径范围的土壤中光解速率最大，在0.10～0.25 mm粒径范围内光解速率最小，说明其合适的通气孔隙有利于农药在土壤中光解。

2.2 微生物降解土壤中农药

现代农业应用的农药是根治病、虫害的最有效的方法之一，但农药能长时间地残留在环境中，并随食物链移动，产生生态毒害作用。土壤是农药在环境中的贮藏库和集散地。农药进入土壤后，可以被淋溶、蒸发、吸附和降解。土壤中农药的生物降解是农药转化和解毒的主要途径。

农药的生物降解受土壤温度、含水量、pH值、有机质等多种因素的影响。有的农药既可在厌氧条件下降解，又可在好氧条件下降解；有些农药则仅能在其中之一条件下进行降解。

现已明确参与农药降解与代谢的微生物有：一是细菌类。如极毛杆菌、黄杆菌、农杆菌、棒状杆菌、芽孢杆菌、芽孢梭菌。二是真菌类。如交链孢、曲霉、芽枝霉、镰刀霉、小从壳属、青霉属。三是放线菌类。如小单孢属、诺卡氏菌和链霉属。

土壤中的农药微生物代谢不同于矿化作用，也不同于动物代谢。微生物对农药的代谢除使农药被氧化或还原而降解外，它们还将农药作为营养或获得能源的物质。如在厌氧条件下很容易分解γ-BHC和α-BHC的契形梭菌，能将BHC的这2种异构体分解为γ-4氯环乙烯和α-4氯环乙烯而获得本身生长所需能源。但不论是细菌、真菌还是放线菌，其主要代谢反应或途径都是大致相同的，即为β-氧化作用、乙醚裂解作用、环氧化作用和脱卤素作用等。此外，只有微生物才能裂解芳香环类农药。

2.2.1 有机氯农药。有机氯农药在土壤中较难降解，但还是可以缓慢降解的。这类农药虽然在厌氧和好氧条件下均能进行微生物降解，但在厌氧条件下降解速度更快。例如：DDT在厌氧条件下，微生物能使之脱氯变为DDD，或是脱氢脱氯变为DDE。DDD和DDE都可以进一步氧化为DDA。DDD、DDE的毒性虽比DDT低得多，但仍有慢性毒性。DDT在好氧条件下分解很慢。

与DDT相比，BHC（丙体666）比较容易降解。如前述，厌氧条件下，微生物很容易分解γ-BHC和α-BHC，使之成为本身的能源。胡荣桂[2]研究表明，稻田在淹水条件下，84 d后土壤中微生物对γ-BHC可降解98.4%，不淹水的稻田中微生物对γ-BHC只能降解34.5%。因此，有人提出，以加水的方法来促进微生物对旱地BHC的降解。

其他的有机氯农药，如艾氏剂、异艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、氯丹等是环境中最稳定的农药，因此其降解的速度非常缓慢。

2.2.2 有机磷农药。有机磷农药在土壤中很易降解，既能直接水解和氧化，也能被微生物分解，其降解速度随土壤温度、湿度和酸碱度增高而加快。如马拉硫磷可以水解，也可在绿色木霉和极毛杆菌属作用下分解，反应产物可彻底降解为磷酸盐、硫酸盐和碳酸盐等。

其他的有机磷农药，如对硫磷、甲基对硫磷和乙基对硫磷，能被枯草杆菌降解，所含的硝基被还原为氨基。有些微生物能使对硫磷水解为P-硝基酚，将其中的毒害成分降解为无毒物质。

2.2.3 菊酯类农药。拟除虫菊酯类杀虫剂是一类结构类似天然除虫菊的人工合成农药。这类农药急性、慢性的毒性都低，降解慢，除了氰戊菊酯等个别品种外，对人畜和环境较安全。

菊酯类农药在土壤表层，能被阳光迅速降解，在土层1 cm以下主要为生物降解。表2列出了3种菊酯类农药在不同土壤中降解的半衰期[3]。

2.3 光生物降解植物中农药

水系中在阳光辐射下藻类可引发产生H2O2、′O2、O2-等活性氧物质，经过光化学反应又可生成氢氧自由基OH和RO2、R等有机自由基。这些活性物质，对农药具有强烈地氧化、分解作用，最终可将有机污染物分解为二氧化碳和水。

处于这种水系的待降解农作物，通过吸附作用、生物富集作用、自身的呼吸作用等，将上述活性自由基物质吸收于植物体内，这些活性物质则可将植物体中的农药残留逐渐氧化、分解。例如，对BHC农药，则可使其产生脱氯反应，而逐渐降解，其降解产物在植物舒张收缩中随细胞放水排出体外。

在阳光下，藻类产生一种过氧化氢酶，这种氧化酶对苯胺类化学物质氧化速度很快；在阳光下，藻类释放出一些光敏剂，它可以敏化水系中各种反应，加速对有毒污染物的降解。

在藻类存在的水系中，藻引起的光强度减弱作用很小，不会对光化学降解产生明显影响。

光生物降解技术，可以移植到人工光生化反应器中进行，其工作原理如图1所示。此时的光源将采用人造光源，人造光源的光强在局部范围内可以比辐射于此的太阳光大许多。

3 生物修复

3.1 农田土壤的生物修复

农田污染是我国农业发展所面临的严峻问题，据不完全统计，全国受污染的耕地占其总面积的1/10以上，不仅污染面积大，而且每年由于土壤污染造成的粮食减产损失巨大，达250万t[4]。

土壤污染一方面是由于自然现象如洪涝、火山爆发和矿化作用等因素造成；另一方面是由一系列的人类活动造成的，如工业活动、石油开发、化肥农药的过度施用等，导致土壤结构被破坏，大量有害物质积累和残留。土壤的污染，使得有毒及致癌物质在动植物体内富集，通过食物链危害各类生物以至于人类。

3.1.1 农田生物修复机理。生物修复技术是利用微生物及其他生物将存在于土壤中的有毒、有害有机污染物降解成二氧化碳和水或其他无害物质的技术和方法。与物理、化学修复技术相比，生物修复技术具有安全、破坏性小、效果好、操作简单及无二次污染等优点。根据微生物的来源，可将微生物修复分为自然衰减法、生物刺激修复技术和生物强化修复技术，其中生物强化修复技术具有菌浓度高、降解能力强、降解迅速等特点，在污染土壤修复中应用日益广泛。

3.1.2 生物强化修复土壤程序。生物强化修复农田土壤，工作程序如图2所示。

（1）考察菌群。考察生物修复过程中污染物以及外源微生物对土壤微生态的影响：一方面，有助于获得更加有效、对环境适应能力更强的污染物降解菌；另一方面，是提高生物强化修复技术实际成功率的基础。

（2）菌群筛选。将具有污染物降解能力的微生物分离出来是生物强化修复技术成功的基础。例如，从微生物的微生态效应出发，利用真菌和细菌的生长条件及降解石油方面的互补性，构建了由细菌和真菌组成的混合菌剂，接种这类混合菌对石油烃的降解率高于细菌和真菌分别降解率之和。

（3）菌群固定化。利用微生物固定化技术，可以将微生物接种入土壤中，是一种保证外源微生物在陌生环境中生长并不断积累生物活性的有效途径。一方面载体（土壤）可以为微生物的生长提供附着的表面，其载体的内部孔道可为各种微生物提供良好的保护性环境；另一方面载体内包埋的营养物质可有效促进微生物的生长。微生物固定化技术已经成功地应用于石油烃、苯酚、氯代苯酚等有机污染物的生物降解。

（4）引入共底物。一些难降解的有机污染物在自然条件下不能被微生物所利用（降解），而在可供微生物所利用的优质碳源存在时，微生物可通过共代谢过程降解污染物。例如，在邻苯二甲酸、二甲酯的生物降解过程中加入无机碳源，不仅能促进微生物的生长，而且对污染物的微生物降解也有明显的促进作用，不失为提高生物强化修复效率的一条有效途径。

（5）修复技术的联用。对某地区的土壤进行某一种单一的生物修复时，有时会难以达到预期效果，因此应当考虑合理地使用多种修复技术的联用。例如，石油污染的土壤往往伴随着严重的盐污染。高浓度盐离子的存在会抑制微生物对石油污染的生物降解。如果将秸秆填埋发酵技术与生物强化修复技术结合起来会达到土壤修复目的。此时，利用秸秆及其转化产物促进土壤中微生物的生长，强化了石油烃的生物降解。

另外，将土壤生物修复过程与适宜的作物种植相结合，不仅可以提高生物修复的效率，还可以获得一定的经济效益。

3.1.3 土壤生物修复实例。土壤污染生物修复的实际应用，许多发达国家均有成功案例。据Susan报道，具有代表性的案例[5]如表3所示。

3.2 湖泊的生物修复

湖泊污染修复的关键是解决湖泊的富营养化问题。湖泊水体的富营养化实质是活性氮、磷元素不断从污染源进入水体而造成的污染。污染源主要是农业生产过程中（化肥、农药等）富含氮、磷的农田排水及人类生活污水和工业废水。此外，还有湖底淤泥中沉积的有害物质，其氮、磷的不断释放。

如何治理湖泊富营养化、恢复湖泊水体的功能是整个世界需要解决的难题。在过去几十年中，世界各国科学家已经探索尝试了包括物理、化学、生物三大类几十种方法，或工程费用昂贵，或二次污染严重，或治理速度太慢，其效果都不尽人意。目前，可供选择地生物修复湖泊技术有以下几种。

3.2.1 李召虎的“源、流、库”学说及其一体化治理技术。李召虎根据其在美国参与美国公司湖泊富营养化治理的技术与经验，导入植物生理学，提出了“源、流、库”学说，开发了适合我国特点的《湖泊富营养化（源—流—库）一体化治理技术》[6]。该技术采用生物学手段，对源—湖泊上游源头排放的污染物、流—源头至湖泊水流中的污染物、库—进入湖泊水体的污染物，进行一体化治理。通过发挥嗜养微生物对污染物的转化（惰性化）和清除养分的功能，健全湖泊生态系统食物链，彻底根除湖泊富营养化，修复湖泊生态系统，恢复水体自净功能。

李召虎利用微生物组合与其他天然生物产品对富营养水体中的有机物进行分解，在分解的基础上将活性氮、磷物质转化为惰性物质。应用该项一体化治理技术，已成功治理了富营养化湖泊水体1亿m3，治理的湖泊面积从0.3 km2到数十平方千米。

3.2.2 EM法投放有效微生物。李雪梅等在华南植物园往重度富营养化的人工湖投加多糖EM菌剂进行试验[7]。在1 000 m2的湖中投放60个固定了高浓度EM的泥球，75 d后湖水的变化如表4所示。

湖水透明度的提高，原因在于EM抑制了水体藻类的生长，从水体叶绿素看，投菌30 d，表面就从3 780 mg/m3降到130 mg/m3，下降了96.6%。从此案例看，EM治理湖泊富营养化是有效的。

3.2.3 Clear-FLO系列菌剂。该菌剂是由美国一家公司研究开发的系列产品[7]，专门用于湖泊和池塘的生物清淤、养殖水体净化、河流修复及污泥去除等[8-9]。采用此菌种修复湖泊、河流亦有不少成功案例（表5）。

4 参考文献

[1] 王建华，范瑜.遥感技术在宏观生态环境监测中的应用[J].江苏环境科技，2002，15（1）：22-24.

[2] 胡荣桂.农药污染与土壤微生物[J].环境污染与防治，1993，15（3）：24-27.

[3] 朱忠林，单正军.溴氟菊酯的光解，水解与土壤降解[J].农村生态环境，1996，12（4）：5-7，36.

[4] 刘铮，张坤，花秀夫，等.石油污染土壤的生物修复技术[J].生物产业技术，2008（4）：32-35.

[5] 戴树桂，董亮.表面活性剂对受污染环境修复作用研究进展[J].上海环境科学，1999，18（9）：420-424.

[6] 毛喜英.浅谈农药对环境的污染及生物整治措施[J].现代农业科学，2009（6）：132-133.

[7] 顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复[J].农村生态环境，2002，18（1）：42-45.