一、動物修復技術
土壤中的一些大型土生動物如蚯蚓和某些鼠類,能吸收或富集土壤中的殘留農藥,并通過其自身的代謝作用,把部分農藥分解為低毒或..產物。動物對某種毒物的積累及代謝符合一級動力學,某種農藥經某種動物體內的代謝,有一定的半衰期,一般經過5—6個半衰期后,動物積累農藥達到極限值,意味著動物對土壤中污染農藥的去除作用已完成。同時,土壤中還生存著豐富的小型動物種群,如線蟲綱、彈尾類、稗螨屬、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等,均對土壤中的污染農藥有一定的吸收和富集作用,可以從土壤中帶走部分農藥。
二、植物修復技術
由于人們擔心工廠化生產微生物的..性和應用到環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..可靠的生物修復方法——植物修復技術已成為研究的熱點。植物修復技術是利用植物的獨特功能,并可和根際微生物協同作用,從而可以發揮生物修復的更大效能。作為一種..的生物修復途徑正在受到越來越多的重視。植物修復的機理主要包括直接吸收、根際微域對有機污染物的降解等。
1.植物直接吸收污染物
土壤環境中的有機污染物可以直接被植物吸收。有機污染物進入植物體內,有的本身形態、 性質不發生改變,儲存于植物組織中,這稱之為植物提?。挥械脑谥参锷L代謝活動中發生不同程度的轉化或降解,被轉化成對植物無害的物質儲存在植物組織中。如Raveton的研究結果表明,玉米苗72h可將吸收的95%的阿特拉津轉化為代謝產物,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的根、莖和葉中提到了阿特拉津母體及6種代謝產物,并發現培養80d后,母體化合物占標記量的比率分別為:土壤中50%以上,楊樹根系38%左右,葉片中10%左右;且隨著培養時間的延長,葉片中代謝產物的比率明顯上升。Solanum nigrum的毛根可以吸收PCB,并可以使72%的PCB降解,其中二氯聯苯的代謝產物為單羥基二氯聯苯,單氯聯苯的代謝產物為單羥基氯代聯苯和雙羥基氯代聯苯。另外,有機污染物被植物根部吸收后,可以借助植物的共質體、質外體或共質體-質外體聯合途徑向地上部運輸。如雜交楊樹從土壤中吸收的TNT中,75%被固定在根系,轉移到葉部的量也可高達10%。一部分有機污染物被植物吸收后,可以完全被降解并被礦化成二氧化碳和水。如雜交楊樹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,降解成二氧化碳。
2.根際-微生物的聯合代謝作用
根際是植物根系直接影響的土壤范圍,在植物的生長過程中,死亡的根系和根的脫落物是微生物的營養來源,同時根系旺盛的代謝作用可以釋放一些物質進入到土壤中,包括土壤酶、糖類、醇類和酸類物質,Moser等研究表明,植物每年釋放的這類物質可達植物總光合作用的10%—20%,它們與脫落的根冠細胞等一起為根區的微生物提供重要的營養物質,促進了根區微生物的生長和繁殖。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,另一方面,植物又可將大氣中的氧氣經葉、莖傳輸到根中,擴散到根際周圍缺氧的底質中,形成了氧化的微環境,刺激好氧微生物的生長和活性。研究表明,植物根區微生物明顯比空白土壤中的微生物數量和種類多,假單孢菌屬、黃桿菌屬、產堿菌屬和土壤桿菌屬的根際效應非常明顯。這些增加的微生物可以增加環境中的農藥等有機物的降解,Henner等研究表明,根際環境可以加速許多農藥以及三氯乙烯的降解。阿特拉津的礦化與土壤中有機碳的含量有直接關系。植物根上有菌根菌的生長,菌根菌與植物形成共生作用,具有獨特的降解途徑,可以代謝某些不能被自生細菌降解的有機物。植物根際是一個能降解土壤中污染物的生物活躍區,研究者針對植物宿主的正確選擇、必要的植根方式和有關的微生物群落,進行了綜合研究。植物根際-微生物系統的相互促進作用將是提高污染土壤植物修復能力的一個活躍領域。
三、生物修復技術
1.微生物對農藥降解的代謝方式和途徑
微生物的農藥降解作用分為酶促降解作用和非酶促降解作用。酶促降解作用表現為:1,微生物以農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藥為碳源或氮源。有些能被微生物立即利用,有的則不能立即利用,需先經產生特殊酶解后再使農藥降解。2,微生物通過共代謝作用使農藥降解。許多研究表明,由于某些化學農藥的結構復雜,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。此領域是目前研究的熱點。3,去毒代謝作用。微生物不是從農藥中獲取營養或能源,而是發展了為保護自身生存的..作用。非酶促降解作用:微生物活動使pH發生變化而引起農藥降解,或產生某些輔助因子或化學物質參與農藥的轉化,如脫鹵作用、脫烴作用、胺及酯的水解、還原作用、環裂解等。許多頑固性農藥的好氧/厭氧生物降解途徑已經被闡明,美國Minnesota大學的生物降解與生物催化數據庫收集了農藥等化合物的139條代謝途徑、910個反應、577 種酶、328個微生物條目、247條生物轉化規律、50個有機功能群,其中包含了許多農藥的微生物降解代謝途徑和酶類,像對硫磷、阿特拉津、2,4-D、4-硝基酚、四氫呋喃、S-三嗪、 DDT等農藥的代謝途徑和降解機制已經被詳細列出。
2.微生物修復農藥污染土壤的影響因素
農藥本身的性質,尤其是內部化學鍵、濃度、水溶性、分子極性、生物可利用性、化合物的吸附性和環境因子(溫度、鹽度、pH、土壤類型、氧化還原電位、營養物質)等是影響農藥生物降解和修復的主要因素。微生物對環境污染物的修復能否實現不僅僅依賴于其降解能力本身,而且依賴于污染物的生物可利用性以及細菌與土著微生物之間的競爭能力等其他因素。增加污染物的溶解性和生物可利用性是生物學方法進行成功修復的必要條件。土壤中農藥的降解效率還與土壤中微生物活性關系密切,而土壤中微生物的活性又受多種因素影響,如農藥濃度、土壤理化特性、有機物種類和含量、微生物區系組成等。
四、其他生物處理方法
以上介紹的生物修復方法均是在好氧的環境中進行,事實上,對于農藥污染的土壤,厭氧條件下的修復技術也具有很大的潛力。如有機氯農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有機氯污染的土壤進行修復。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。為了進一步提高生物修復效率,又發展了許多輔助技術,如利用計算機作為輔助工具來設計更佳的修復環境,預測微生物生長動態和污染物降解動力學;植物根際-微生物系統受到重視,希望通過植物根際來改善微生物的生存環境,從而加強其生長代謝來促進污染土壤的原位修復;人們嘗試通過基因工程的手段選育出..菌株,以提高農藥污染土壤的修復。