農藥污染土壤的生物修復技術
土壤是維護我們生命的重要資源之一,是一切生物賴以生存的基礎。隨著經濟的發展,化學農藥普遍應用于農業生產活動中成了不可或缺的一部分。由于人類不合理的想土壤中投入超過自身凈能力的農藥,從而導致土壤環境質量下降,影響了土壤的生產力,對環境生物安全造成危害。據國家環境保護局統計,目前我國農藥年產量約為40萬t;我國農業防治需農藥25萬t,而農藥的利用率只有10%—20%,其余的進入農作物、土壤中。江蘇省武迸縣檢測發現,除草醚在稻草中殘留全部超標,最高超標7.8倍。中國部分地區DDTS含量超過中國土壤環境一級標準(50mg/kg)的占63.3%,HCHS含量超過一級標準的占33.8%。
農藥按防治的對象可分為殺蟲劑、殺鼠劑、植物生長調節劑、殺螨劑等。我國的農藥品種結構不合理,殺蟲劑占農藥總產量的70%,在70%殺蟲劑中,有機磷殺蟲劑又占70%。中國環境優先檢測有機污染物“黑名單”中列出的10種化學農藥,其中有機磷農藥就占了7種。這類農藥毒性巨大,可對農作物產生直接影響,如果藥劑性能比較穩定,農藥可長期殘留在農作物中,并通過食物鏈不斷積累,到達更高一級的生物體內,進一步的危害到動物、人類的健康,破壞生態環境,由此而造成的經濟損失不容樂觀。
農藥污染土壤的狀況日趨嚴重,已經引起了世界各國的關注,對污染土壤的修復提上日程,成為了眾多研究者的對象。
農藥污染土壤的生物修復技術
微生物修復技術是利用微生物的生命代謝活動對有機農藥的降解作用使受污染土壤恢復到健康狀態。所利用的微生物主要有土著微生物、外來微生物和基因工程菌3種類型。微生物修復技術可分為原位修復、現場修復和異位修復,其中原位修復不僅操作簡單、成本低,而且不破壞植物生長所需要的土壤環境,污染物氧化安全,無二次污染,處理效果好,是一種高效、經濟和生態可承受的環保技術。
微生物降解農藥有2種方式:一是微生物直接作用于農藥,以農藥成分作為唯一的碳源或氮源、磷源,通過酶促反應降解農藥;另一種是將農藥與其它有機質進行共代謝。微生物修復與植物修復不同,通常一種微生物能降解多種農藥,如假單胞桿菌可降解DDT、艾氏劑、毒殺酚和敵敵畏等。另外,微生物也可通過改變土壤的環境理化特征降低農藥有效性,從而間接起到修復污染土壤的作用。如:劉憲華等人用假單胞菌AEBL3降解呋喃丹污染,結果發現未加菌土壤呋喃丹在0~7cm土層中含量已達90mg/kg,加菌土壤呋喃丹含量為48mg/kg,后者降解率達96.4%。
現今微生物修復農藥污染已進入基因水平,通過基因重組、構建基因工程菌來提高微生物降解農藥的能力。目前對微生物修復技術的研究已相當成熟。世界各國的科研工作者分離篩選了大量的降解性微生物,利用基因工程技術,人們按照需要構建具有特殊功能、降解效率高、降解范圍廣和表達穩定的新菌株。
有微生物原位修復技術的構成提高修復效果的技術措施的成功例子,但存在的問題也非常突出。首先,雖然已經篩選到許多有機農藥降解菌,但高效菌種不多;其次,降解菌的降解譜不夠廣,不能完全代謝有機農藥中各組分;另外,許多實驗室得到的高效降解菌在實際應用中效率不高,修復效果不理想。為此,有機農藥高效降解菌的篩選及降解效果的改良是環境科學工作者的研究熱點課題。
基因工程菌用于污染物處理的研究成果令人鼓舞,發展潛力很大。但是,基因工程菌的應用研究尚停留在實驗室水平,真正投入污染物處理的還很少,而且基因工程菌在實際應用中存在一些問題,主要包括基因工程菌構建的技術問題和應用的安全性問題。如今,微生物修復技術作為一種有效的環境治理措施,在治理土壤污染方面的作用已越來越突出。
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