隨著我國農(nóng)業(yè)集約化、工業(yè)化、城市化和交通現(xiàn)代化的快速發(fā)展，化肥、農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品和工業(yè)污染物大量進(jìn)入環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染面積不斷擴(kuò)大。

    污染程度日趨嚴(yán)重，給我國土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品(000061,股吧)安全和人類健康等造成了嚴(yán)重威脅，并直接影響到我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

    而土壤污染具有隱蔽性、滯后性等特征，不僅降低了土地資源的質(zhì)量，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受損失，并且通過污染農(nóng)副產(chǎn)品而損害人體健康。因此，如何保證土壤的質(zhì)量至關(guān)重要。

其實(shí)，土壤中棲息的數(shù)量巨大的微生物是消除土壤環(huán)境污染、恢復(fù)土壤健康、重建生態(tài)系統(tǒng)過程中不可或缺又無法替代的生力軍，它們將在污染農(nóng)田修復(fù)、安全農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和可持續(xù)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建中發(fā)揮巨大作用。

消除土壤重金屬污染需要微生物

我國首次土壤污染普查結(jié)果顯示，全國土壤重金屬總超標(biāo)率達(dá)16.1%，耕地土壤重金屬超標(biāo)率高達(dá)19.4%。每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過1千萬噸，每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬噸，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。

目前，土壤重金屬污染的面積和強(qiáng)度呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。

土壤重金屬污染主要來源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦和交通等方面。

工業(yè)生產(chǎn)廣泛使用重金屬，而且將未經(jīng)嚴(yán)格處理的廢水直接排放，使得周圍的土壤容易富集高含量的有毒重金屬。企業(yè)排放的煙塵和廢氣中也含有重金屬，并最終通過雨淋沉降和自然沉降進(jìn)入土壤。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中含重金屬的化肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用以及污水灌溉等，都會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染。

特別指出，很多重金屬污染還源于金屬礦山的開采，廣東大寶山礦區(qū)土壤測(cè)定發(fā)現(xiàn)30多年的采礦已造成土壤鉛、鋅、銅、鎘 重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，附近河水灌溉稻田的重金屬含量遠(yuǎn)超出國家土壤質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中銅、鎘超標(biāo)倍數(shù)分別為14.01倍和4.17倍。有色金屬礦山開發(fā)使得湖南全省高達(dá)13%的土壤受到鉛、鎘、汞、砷等金屬元素的污染，污染面積達(dá)2.8萬公頃。

重金屬在土壤中有難降解、毒性強(qiáng)、易累積等特點(diǎn)，它們或通過滲漏進(jìn)入地下水，或在土壤中直接被植物吸收進(jìn)入食物鏈，最終對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類和動(dòng)物的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，使這個(gè)問題越來越突出。

不難看出，土壤重金屬的危害及污染治理是當(dāng)今土壤、環(huán)境、生態(tài)、生物以及醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)，也是社會(huì)各界關(guān)心的熱點(diǎn)和當(dāng)今環(huán)境污染防治的重點(diǎn)。

土壤重金屬污染修復(fù)的主要技術(shù)包括化學(xué)、物理、工程以及生物治理法，微生物修復(fù)是通過微生物對(duì)土壤中的重金屬離子的吸附、吸收、絡(luò)合、沉淀及成礦等作用降低其活性，減少農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收，達(dá)到修復(fù)污染的效果。微生物修復(fù)具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

在土壤中，微生物依靠其細(xì)胞壁和胞外聚合物（EPS）中大量的羥基、羧基、磷酸基吸附土壤中重金屬離子，其代謝分泌的磷酸根、腐殖酸、富里酸等能沉淀土壤中的重金屬離子，其胞內(nèi)形成的植物螯合肽和金屬硫蛋白等能富集重金屬，而且微生物還可以通過改變土壤理化性質(zhì)、影響植物根系吸收等過程，使土壤中重金屬的遷移性下降，降低了重金屬的生物有效性。

消除土壤多環(huán)芳烴污染需要微生物

多環(huán)芳烴（PAHs）是含兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)污染物，廣泛分布于土壤中，并且水溶性低，難揮發(fā)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成為典型的持久性有機(jī)污染物（POPs）。

PAHs具有“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，對(duì)環(huán)境生態(tài)安全和人類健康具有極大的潛在危害。

上個(gè)世紀(jì)八十年代以來，世界各國環(huán)保部門都已經(jīng)將PAHs列為環(huán)境中優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物。

土壤中的PAHs大多來自于化學(xué)、鋼鐵、火力電力工業(yè)（如焦化煤氣、有機(jī)化工、石油工業(yè)、煉鋼煉鐵和火力發(fā)電等）、交通運(yùn)輸、垃圾和秸稈焚燒、污灌和污泥農(nóng)用等方面。

我國向環(huán)境中排放的PAHs逐年上升。1999年中國16種優(yōu)先控制PAHs的年排放量約為9799噸，2003年，我國年總排放量高達(dá)25300噸。

由于PAHs難溶或不溶水，90%以上排放到大氣中的PAHs通過大氣干濕沉降進(jìn)入土壤，使土壤成為PAHs的儲(chǔ)存庫。

此外，我國污灌區(qū)長(zhǎng)期灌溉含有高濃度PAHs的城市工業(yè)污水及石油污水，也造成了土壤中PAHs的大范圍累積。土壤中的PAHs可以由植物根系吸收而進(jìn)入植物體，植物體也可經(jīng)葉片吸收由土壤揮發(fā)到大氣中的PAHs，并在植物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)、部分代謝和積累，通過食物鏈的富集與傳遞，危及人體健康。

環(huán)境中去除PAHs的方式主要有揮發(fā)、光降解、生物積累、化學(xué)氧化、土壤吸附和微生物降解等，而微生物降解是環(huán)境中PAHs最主要的去除方式，具有成本低、污染小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，是修復(fù)工程中應(yīng)用較廣泛且相對(duì)成熟的一種技術(shù)。

目前，我們課題組已從全國五大油田的石油污染土壤中篩選數(shù)百株具有高效廣譜的PAHs降解能力的純培養(yǎng)細(xì)菌，降解譜包括萘、菲、芘、苯并芘和戊二醛等，并已經(jīng)申請(qǐng)多項(xiàng)專利。

目前已完成了部分細(xì)菌細(xì)胞磷脂組成模式以及碳源代謝多樣性的鑒定，確定了菌株的系統(tǒng)發(fā)生地位，正在運(yùn)用激光共聚焦顯微鏡和氣質(zhì)聯(lián)用開展菌株在菲、芘和苯并芘等不同PAHs為唯一碳源條件下的代謝組學(xué)特征研究，進(jìn)行菌株的全基因組測(cè)序，結(jié)合全基因組測(cè)序和BAC文庫篩選，全面闡明菌株對(duì)菲、芘和苯并芘等多環(huán)芳烴降解的分子機(jī)制。

同時(shí)，測(cè)試菌株在不同類型土壤中的定殖能力和對(duì)多種多環(huán)芳烴及苯系污染物的降解速率，構(gòu)建多功能的微生物菌群，促進(jìn)污染物的快速降解及徹底礦化。

消除土傳性病原微生物污染需要微生物

土壤是自然界中微生物生活的大本營，大部分土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少和有益的組成部分，但也有相當(dāng)一部分土壤微生物能引起牲畜、人類感病甚至致命。

土壤中的病原微生物主要來源于含有大量病原菌和寄生蟲的生活垃圾、生活污水、未經(jīng)處理的畜禽糞便、醫(yī)院污水、工業(yè)廢棄物以及被病原菌污染的河水等。

灌溉特別是污灌?？梢鹜寥牢廴?。生活污水和工業(yè)廢水中，含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養(yǎng)分，所以合理地使用污水灌溉農(nóng)田，一般有增產(chǎn)效果。但大量的污水未加處理而直接傾注于環(huán)境，使一些灌區(qū)土壤中有毒有害物質(zhì)、病原微生物和寄生蟲有明顯的積累。

據(jù)不完全調(diào)查，目前全國受污染的耕地約有1.5億畝，其中污水灌溉污染耕地3250萬畝。

工業(yè)固體棄廢物或生活垃圾、人畜糞便以及因傳染病死亡的畜禽尸體等在土壤上堆放和填埋，或作農(nóng)田基肥，由于淋濾滲透，其中的有害物質(zhì)和病原體也會(huì)進(jìn)入土壤，侵染農(nóng)作物，并通過土壤介質(zhì)在垂直和水平方向遷移擴(kuò)散，污染含水層和地下水，進(jìn)而感染人體。

因此，畜禽排泄物中殘留的病原菌極有可能會(huì)危及人類安全。

為了控制土壤中畜禽傳染病的病原菌，傳統(tǒng)的方法是使用化學(xué)消毒劑和抗生素進(jìn)行消毒和控制，這給土壤帶來了嚴(yán)重污染，影響土壤的植被和微生物群落，使得大量的微生物產(chǎn)生耐藥性，增加了進(jìn)一步防控的難度，導(dǎo)致畜禽傳染病爆發(fā)頻率越來越高。

相比化學(xué)消毒劑和抗生素，微生物制劑具有無毒副作用、無殘留污染、不產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

微生物制劑防治土壤傳染性病原微生物的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：能調(diào)節(jié)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，扶植正常群落；阻止土壤中病原菌定殖、傳播，殺死或抑制病原菌的生長(zhǎng)；提高畜禽養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，保證動(dòng)物的健康養(yǎng)殖；減少動(dòng)物尸體對(duì)環(huán)境的污染；減少病原菌對(duì)農(nóng)作物的污染、促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)；減少病原菌對(duì)水資源的污染。

微生物制劑的菌種主要有乳酸菌、芽胞桿菌、酵母菌等。

解淀粉芽胞桿菌、枯草芽胞桿菌、地衣芽胞桿菌和短小芽胞桿菌等，耐酸、耐堿、耐高溫，易于保存，穩(wěn)定性好。它們能產(chǎn)生有機(jī)酸，利于乳酸菌等優(yōu)勢(shì)菌群的生長(zhǎng)繁殖，維持微生態(tài)平衡，還能產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，抑制病原菌的生長(zhǎng)，因此是微生物制劑采用的主要菌種之一。

目前對(duì)于微生物制劑治理養(yǎng)殖場(chǎng)土壤環(huán)境污染和防治環(huán)境中病原菌的相關(guān)研究較少，但因?yàn)樾笄莶≡⑸锏奈廴緦?duì)動(dòng)物和人的健康構(gòu)成了極大的威脅，所以通過篩選能改善畜禽養(yǎng)殖土壤環(huán)境、對(duì)畜禽類無害的生防菌，制成無污染、不產(chǎn)生耐藥性、能抑制土壤病原菌的復(fù)合微生物制劑，取代常用的化學(xué)消毒劑和抗生素，對(duì)于保護(hù)土壤健康具有重要意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。