關(guān)鍵詞：鉛污染；解磷微生物；磷礦粉；植物修復(fù)

土壤是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于自然因素或人類采礦活動等的影響，土壤中重金屬積累越來越多，導(dǎo)致土壤重金屬污染并損害生態(tài)系統(tǒng)健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國耕地約有1千萬公頃受到重金屬污染，易對人類、動植物和微生物造成危害，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前Pb污染土壤修復(fù)成為全球性熱題，應(yīng)用耐性或超富集植物修復(fù)Pb污染土壤最為廣泛，其對環(huán)境具有生態(tài)友好和無污染的優(yōu)點(diǎn)。但在運(yùn)用植物修復(fù)的過程中，也存在治理時間長、污染物容易積累的問題。磷礦粉是一種價格便宜天然含磷重金屬鈍化劑，在自然條件下可通過沉淀、吸附、離子交換和改變Pb2+在植物器官中的形態(tài)和分布，減少Pb在植物組織內(nèi)的有效態(tài)含量。與此同時，磷礦粉中含有的磷化合物，也能提供植物生長所需要的磷元素，促進(jìn)植物生長。解磷微生物分泌的有機(jī)酸、無機(jī)酸、磷酸酶等物質(zhì)可以降低土壤pH值，活化磷礦粉并促進(jìn)植物對磷的吸收。同時解磷微生物本身也可通過生物吸附和轉(zhuǎn)化，將土壤中的Pb2+吸附固定，降低Pb2+對植物的毒害作用?；诖?，研究人員提出解磷微生物一磷礦粉的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，以加強(qiáng)植物對土壤中Pb污染的修復(fù)效果。解磷微生物和磷礦粉在土壤Pb污染修復(fù)上可起到重要作用。在解磷微生物的作用下，磷礦粉可活化為可溶性磷酸鹽，一方面土壤中磷酸鹽的大量存在為鈍化Pb提供條件，另一方面土壤中磷酸鹽的營養(yǎng)元素對植物生長有促生作用。綜上所述，利用解磷微生物一磷礦粉一植物的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以發(fā)揮各自優(yōu)勢加強(qiáng)對Pb污染土壤的修復(fù)效果。因此，本文針對土壤Pb污染，綜述了解磷微生物的解磷機(jī)理，結(jié)合磷礦粉的物理化學(xué)組成及其在土壤中的生物化學(xué)反應(yīng)，分析了解磷微生物、磷礦粉和植物三者協(xié)同作用對Pb污染土壤的修復(fù)機(jī)制，以期為我國重金屬污染土壤修復(fù)提供參考。

1解磷微生物緩解Pb毒害機(jī)制

Pb脅迫下植物的細(xì)胞膜透性、光合特性、抗氧化酶活性等指標(biāo)會發(fā)生明顯的變化，嚴(yán)重時會導(dǎo)致植物死亡。解磷微生物可通過生物吸附和生物轉(zhuǎn)化的方式，降低土壤Pb的有效態(tài)含量，保持植物正常生長。解磷微生物吸附機(jī)制分為胞內(nèi)吸附、胞外吸附和靜電吸附。胞內(nèi)吸附是指重金屬離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，與其中的谷胱甘肽、植物凝集素、不穩(wěn)定硫化物等物質(zhì)結(jié)合生成硫蛋白、絡(luò)合素、植物螯合肽等穩(wěn)定物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)富集；胞外吸附主要依靠細(xì)胞壁、莢膜、表面粘液層，通過絡(luò)合、配位、沉淀等方式將重金屬離子吸附結(jié)合在細(xì)胞表面；靜電吸附指在細(xì)胞表面，尤其是細(xì)胞壁組分，其含有羧基、羥基、巰基、氨基、酰胺基和磷酸基等活性基團(tuán)，這些基團(tuán)中的N、0、P和S等提供孤對電子與重金屬離子結(jié)合，從而使溶液中的重金屬離子被吸附。不同解磷微生物對Pb2+的吸附能力也有所差異。Tunali等將分離得到的芽孢桿菌（Bacillus sp.）接種于250 mg/L Pb2+溶液中，在恒溫（25℃）和培養(yǎng)15min條件下，其生物吸附Pb2+量為（92.27±1.17）mg/g。Akar等將灰霉病菌（Botrytis ci-nerea）菌株在Pb2+溶液中25℃培養(yǎng)1.5h，其吸附Pb2+量為242.9mg/dm3。以上說明，生物吸附是解磷微生物有效緩解重金屬Pb毒害的作用機(jī)制之一。

生物轉(zhuǎn)化是解磷微生物通過氧化還原、礦化、絡(luò)合反應(yīng)等方式，將重金屬轉(zhuǎn)化為其他低毒或無毒的物質(zhì)，降低其危害性。氧化還原是指某些本身具有氧化還原能力的微生物，可使重金屬價態(tài)發(fā)生改變，使之變成低毒或無毒的物質(zhì)。Senko等研究發(fā)現(xiàn)，菌株SRB（Desulfosporostnus）可以與游離的Pb2+發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成難溶性的PbS沉淀。解磷微生物可通過礦化作用固定重金屬，重金屬離子在解磷微生物體內(nèi)、外發(fā)生沉淀，主要包括磷酸鹽礦化、硫化物礦化和碳酸鹽礦化等。Jiang等研究發(fā)現(xiàn)，對于腸桿菌（Enter-obacter sp.），Pb2+可以在其細(xì)胞壁上與P03-反應(yīng)形成磷酸鹽沉淀．Pb2+的存在加速了磷酸鹽的消耗，導(dǎo)致Pb2+被礦化而積聚在細(xì)胞膜上：Harmon等用硫酸鹽還原細(xì)菌從有機(jī)分子中去除氫原子，并使硫酸鹽作為末端電子受體，產(chǎn)生HS2-將硫酸鹽還原為硫化物沉淀。Li等研究發(fā)現(xiàn)，部分解磷微生物分泌脲酶促進(jìn)土壤中碳酸鹽含量上升，碳酸鹽與Pb2+和Ca2+等經(jīng)礦化形成沉淀，礦化率可高達(dá)88%～99%。綜上所述，解磷微生物通過礦化作用降低重金屬Pb有效態(tài)含量是其修復(fù)重金屬污染的重要機(jī)制之一。絡(luò)合反應(yīng)是指解磷微生物胞外分泌物（如羧基、羥基、磷?；?、酰胺基、硫酸脂基、氨基和巰基等）或細(xì)胞壁上的某些組分（蛋白質(zhì)、脂類等）與重金屬相互作用，形成金屬絡(luò)合物，被吸附固定在細(xì)胞表面。Teng等研究發(fā)現(xiàn)，解磷微生物胞外多糖與Pb2+絡(luò)合，降低了細(xì)胞內(nèi)的Pb2+濃度，加強(qiáng)了解磷微生物對Pb的抗性。解磷微生物可以分泌大量含有羧基的化合物，如草酸、蘋果酸、檸檬酸等，它們在中性pH值環(huán)境下帶負(fù)電荷，通過吸引帶正電的Pb2+形成有機(jī)金屬絡(luò)合物。蔡紅等研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)脲酶菌（Urease-producing microorganisms）通過誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀和細(xì)胞壁的表面絡(luò)合來降低土壤中Pb的有效態(tài)含量。枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）吸附Pb2+過程中，與細(xì)胞官能團(tuán)絡(luò)合反應(yīng)形成不溶物Pbs（P04） 30H、Pbio（P04）6（OH）2和Pbs（P04） 3Cl。

2解磷微生物的解磷機(jī)理

2.1解磷微生物溶解無機(jī)磷機(jī)制

解磷微生物的解磷機(jī)制與其在生長繁殖過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸有關(guān)。如乙酸、乳酸、蘋果酸、草酸、琥珀酸、檸檬酸、葡萄糖酸、酮葡萄糖酸等。有機(jī)酸可以降低土壤pH值，促進(jìn)難溶性磷酸鹽的溶解。針對微生物溶磷特性的研究發(fā)現(xiàn)，解磷微生物溶液中有效磷含量與乙酸、葡萄糖酸含量呈正相關(guān)，其機(jī)制是乙酸能降低溶液pH值使難溶性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶性磷酸鹽。而葡萄糖酸能促進(jìn)磷酸鹽轉(zhuǎn)化為P03-，增加溶液有效磷含量。另外，解磷微生物還能夠分泌無機(jī)酸活化土壤中難溶性磷，化能自養(yǎng)型解磷微生物產(chǎn)生的H2S04、HN03、H2S等，能夠與磷酸鹽反應(yīng)而促進(jìn)其溶解。于海洋等研究發(fā)現(xiàn)，解磷微生物分泌的無機(jī)酸可以將環(huán)境中的PO轉(zhuǎn)化為H2P04或HP04-，但與有機(jī)酸相比，無機(jī)酸的解磷率相對較低。另一方面，解磷微生物能通過代謝過程中NH的同化或呼吸作用分泌H，從而降低環(huán)境pH值，使土壤中磷酸鹽溶解。Asea等研究表明，鐮刀青霉（Penicillium cf．fLLSCUm）只有在NH;存在的情況下才能溶解磷酸鹽，且其溶磷量與其發(fā)酵液pH值變化間呈顯著負(fù)相關(guān)。Illmer等研究發(fā)現(xiàn)，金灰青霉（Peni-cillium aurantiogriseum）和假單胞菌（Pseudomonas sp.）培養(yǎng)液中未發(fā)現(xiàn)任何有機(jī)酸的產(chǎn)生，但pH值明顯下降，并且溶液中有效磷含量明顯上升，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)H+是隨著微生物呼吸作用或其同化NH：而釋放的，降低了土壤pH值，利于土壤中磷素的溶解。

2.2解磷微生物溶解有機(jī)磷機(jī)制

解磷微生物通過分泌磷酸酶、植酸酶和C-P裂解酶等礦化有機(jī)磷酸鹽，使其變成可溶性磷。磷酸酶可以使有機(jī)磷磷酸酯鍵中的磷脫落，增加有效磷含量。磷酸酶活化有機(jī)磷對植物礦化有機(jī)磷具有重要作用，如芽孢桿菌屬（Bacil-lus）可以產(chǎn)生磷酸酯酶、磷酸二酯酶和磷脂酶礦化有機(jī)磷酸鹽。其中針對磷酸酶，研究更偏向于酸性磷酸酶和堿性磷酸酶。大部分植物根系可以分泌大量酸性磷酸酶和少量堿性磷酸酶，而堿性磷酸酶可以水解多種有機(jī)磷如核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸、生物堿、磷酸酯和磷酸酐等，所以解磷微生物分泌堿性磷酸酶活化有機(jī)磷對植物礦化有機(jī)磷具有更重要的作用。植酸是土壤有機(jī)磷的主要組分且占比很大，但植物能直接利用它的能力有限。解磷微生物能分泌植酸酶，將植酸磷降解為肌醇和無機(jī)磷酸酯，從而釋放出有效磷。鐘傳青研究發(fā)現(xiàn)，巨大芽孢桿菌和青霉菌能夠產(chǎn)生植酸酶，降解磷酸酯增加發(fā)酵液中的有效磷含量。據(jù)報道，大約30%至48%的可培養(yǎng)微生物通過產(chǎn)植酸酶來利用植酸。C-P裂解酶可促使土壤中有機(jī)磷C-P鍵的斷裂，促進(jìn)有效磷含量的增加。Rodriguez等研究發(fā)現(xiàn)，解磷微生物可分泌C-P裂解酶將有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，提高了解磷微生物溶解磷酸鹽的能力。

3磷礦粉鈍化Pb的作用機(jī)理

磷礦粉作為金屬鈍化劑已被證實(shí)能有效地從各種受污染的水和土壤中鈍化重金屬。其主要是通過沉淀、吸附絡(luò)合和離子交換的方式改變Pb在土壤中的形態(tài)從而修復(fù)Pb污染土壤，同時含有的Ca2+在一定程度上還能與Pb2+產(chǎn)生拮抗作用，釋放出PO與Pb形成難溶性Pb3（P04）2，降低Pb的有效性。

磷礦粉施用于土壤后，經(jīng)降水或植物根系分泌物的作用，反應(yīng)解離出H2P04。H2P04可以與重金屬發(fā)生反應(yīng)形成難溶性的磷酸鹽沉淀，進(jìn)而降低土壤中Pb的有效性。陳世寶等研究表明，土壤經(jīng)磷礦粉處理后生成了較多的Pb3（P04）2沉淀，不同程度地降低了土壤中Pb2+的遷移，使Pb2+向殘?jiān)鼞B(tài)形式轉(zhuǎn)換。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，添加磷礦粉增加了土壤P03-含量，促進(jìn)水溶性和可交換Pb向沉淀物轉(zhuǎn)換，降低土壤中有效態(tài)Pb含量。在pH值較高環(huán)境中磷礦粉表面帶負(fù)電荷，環(huán)境中的Pb2+可靜電吸附于磷礦粉表面，也可以羥基絡(luò)合物的形式在磷礦粉表面發(fā)生吸附。Garrido等研究發(fā)現(xiàn)，磷礦粉能有效吸附土壤中的Pb，土壤中的Pb2+帶正電，易與磷礦粉含有的OH-、HS-結(jié)合吸附于磷礦粉表面。研究發(fā)現(xiàn)磷礦粉在與Pb2+之間的固液界面反應(yīng)體系中，Pb2+會直接吸附于磷礦粉表面，降低Pb的有效性。在pH值較低的環(huán)境下，磷礦粉中所含的Ca2+在一定程度上能與重金屬發(fā)生離子交換。Suzuki等研究證明，在低pH值（3.0、4.0和5.0）條件下，各種陰離子（F-、Cl-和N03）的水溶液中，Pb2+與磷礦粉中的Ca2+之間進(jìn)行離子交換，降低Pb2+濃度。Takeuchi等研究認(rèn)為，磷礦粉鈍化Pb是由于形成了更穩(wěn)定的進(jìn)行的離子交換，即Pb2+取代了羥基磷灰石晶格上的Ca2+。磷礦粉添加可有效降低Pb2+的生物有效性和遷移率。研究發(fā)現(xiàn)，磷礦粉游離出的PO；—被植物吸收后可以改變Pb2+在植物細(xì)胞內(nèi)的形態(tài)與分布，以磷酸鹽沉淀的形式分布于根系表面細(xì)胞壁或液泡內(nèi)，減少植物地上部Pb2+的累積，降低重金屬對植物的毒性。陳世寶等采用透射電鏡技術(shù)觀察芥菜植株體內(nèi)Pb的易位，發(fā)現(xiàn)Pb以磷酸鉛化合物的形式沉積在植物根表，從而有效地阻止Pb向植物體內(nèi)的運(yùn)輸。

4解磷微生物強(qiáng)化磷礦粉鈍化Pb

磷礦粉作為難溶性磷酸鹽，在土壤中溶解度較低，因此提高磷礦粉溶解度有利于鈍化重金屬Pb。解磷微生物通過向土壤中分泌有機(jī)酸、磷酸酶和植酸酶等物質(zhì)降低土壤pH值、活化磷酸鹽，從而使磷礦粉溶解為可溶性磷酸鹽，釋放出更多的P03-與土壤中的重金屬相互作用形成磷酸鹽沉淀，降低土壤重金屬有效性。Hao等研究發(fā)現(xiàn)，在磷礦粉存在條件下接種草酸青霉（Peni-cilliurn oxalicum），土壤中草酸含量明顯升高，土壤pH值降低，增加了磷礦粉溶解能力，釋放出更多P03-，提高了土壤速效磷濃度，并在土壤中形成穩(wěn)定的Pb3（P04）2化合物，顯著降低了土壤Pb的生物有效性、浸出性和遷移性。Bolan等研究證明，解磷微生物釋放磷酸酶，增強(qiáng)了土壤中磷礦粉的活化，并且活化后的磷酸鹽與Pb發(fā)生反應(yīng)，形成Pb3（P04）2沉淀，降低了Pb對植物的毒害性。此外，Wang等研究發(fā)現(xiàn)，菌株LA（Pseu，domonas sp.）具有高效活化磷礦粉的能力，溶解的磷酸鹽可以與土壤中的Pb結(jié)合形成Pb3（P04）2沉淀物，從而固定土壤中的Pb2+，有效修復(fù)Pb污染土壤。解磷微生物還能促進(jìn)磷礦粉對Ca2+的釋放，加速Ca2+與重金屬離子的交換，形成穩(wěn)定的沉淀。Adhikari等研究表明，解磷微生物如接種桔灰青霉菌（Penicillium aurantiogrise-um），可以使添加磷礦粉的溶液中Ca2+濃度增加，增強(qiáng)與Pb2+的交換能力，促進(jìn)其轉(zhuǎn)化為低毒或無毒形式，減少其毒害作用。

5解磷微生物一磷礦粉一植物聯(lián)合修復(fù)Pb污染土壤的作用機(jī)理

解磷微生物一磷礦粉一植物聯(lián)合修復(fù)Pb污染土壤是一種有效的手段，適用于擴(kuò)散性、具有細(xì)粒結(jié)構(gòu)、污染面積較廣等的Pb污染土壤。在Pb污染土壤中，解磷微生物與磷礦粉可以促進(jìn)植物的生長和增殖，且更加高效地將Pb轉(zhuǎn)化為其他低毒或無毒的物質(zhì)，降低其危害性。解磷微生物接種協(xié)同施用磷礦粉可有效提高土壤有效磷含量及其酶活性。Xu等研究發(fā)現(xiàn)，在Pb污染土壤中接種蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringzensLs）并施磷礦粉，植物新梢、生物量和凈光合速率以及土壤生物有效性磷酸鹽濃度顯著增加，而Pb的植物利用率大大降低：微生物分泌的有機(jī)酸促進(jìn)了磷礦粉中磷酸鹽的溶解，強(qiáng)化了其對重金屬Pb的鈍化，增加了土壤有效磷含量，促進(jìn)植物生長。解磷微生物分泌的促生因子如吲哚乙酸、赤霉素、細(xì)胞分裂素等均可提高植物的生物量和抗性，增強(qiáng)植物對Pb2+的富集作用。解磷微生物能從植物根系分泌的初級和次級代謝產(chǎn)物中獲取所需的營養(yǎng)物質(zhì)，磷礦粉也可被植物根系分泌物活化，增強(qiáng)對Pb2+的鈍化。解磷微生物在感知植物根系釋放的信號后，會釋放相關(guān)物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化成植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，從而對植物的生長和抗性產(chǎn)生影響。Lu等研究發(fā)現(xiàn)，擬南芥根系分泌代謝產(chǎn)物可影響解磷微生物群落變化，微生物反過來也可通過代謝分泌營養(yǎng)物質(zhì)（N、植物生長激素等）促進(jìn)植物生長。此外，楊松花等研究表明，大豆根系分泌物（草酸、酒石酸、蘋果酸等）對磷礦粉有著較好的活化效果。綜上所述，解磷微生物一磷礦粉一植物聯(lián)合對Pb污染土壤的修復(fù)治理發(fā)揮著重要作用。

6展望

目前，磷礦粉在我國土壤重金屬修復(fù)綜合利用方面尚處于初步發(fā)展階段，雖利用途徑呈現(xiàn)多元化特征，但更集中于其作為一種緩釋磷肥對作物促生方面的研究和單獨(dú)用于鈍化重金屬方面，很少有人將其聯(lián)合解磷微生物用于Pb污染土壤的治理。因此，磷礦粉作為一種廉價的含磷鈍化劑，可經(jīng)微生物與植物根系分泌物活化而強(qiáng)化其鈍化土壤重金屬Pb，并可為植物生長發(fā)育提供必要的磷元素。因此解磷微生物一磷礦粉一植物體系聯(lián)合修復(fù)重金屬Pb污染土壤具有可持續(xù)、低成本、生態(tài)綜合效益、低碳等諸多優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。在此方面今后研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾個方面：一是因地制宜篩選培育優(yōu)良的超富集或耐性植株。自然界中有很多優(yōu)良的植物，在生態(tài)環(huán)境不被影響及破壞的前提下，因地制宜培養(yǎng)馴化以滿足實(shí)際治理需求。二是篩選更高效、更具抗性的微生物菌株。微生物資源種類豐富，進(jìn)一步篩選出針對修復(fù)Pb污染土壤的優(yōu)勢菌株至關(guān)重要。三是深入了解磷微生物一磷礦粉一植物共存體系的機(jī)理機(jī)制研究，以期在基礎(chǔ)領(lǐng)域取得突破。四是在解磷微生物一磷礦粉一植物共存體系下開展修復(fù)效果評價，修復(fù)評價不能僅單一針對土壤重金屬，應(yīng)綜合考慮給整個生態(tài)系統(tǒng)帶來的變化。