《土壤微生物生态工程》—微生物对重金属的转化（82）

1.甲基化作用

研究表明许多真菌、酵母和细菌能够通过甲基化将无机砷转化为毒性较低的甲基砷酸(monomethylarsonic acid，MMAA)、二甲基砷酸(dimethylarsenic acid，DMAA)和三甲基砷氧化物(trimethylarsenic  oxides，TMAO)，有的甚至可以将无机砷转化为具有挥发性的甲基化产物，例如一甲基胂( monomethylarsine，mMA)、二甲基胂(dimethylarsine，DMA)和三甲基胂(trimethylarsine, TMA)。

微生物的甲基化作用可以将高砷污染土壤中的砷转移到大气中，从而降低土壤中的砷含量。Mackenzie等研究表明，每年从土壤表面以气态形式挥发到大气中的砷达到2.1×l07 kg，其中大部分砷是在生物甲基化作用下完成的。挥发出未的甲基砷化物在大气中的存在时间是很短暂的，能很快被氧化从而再次进入土壤或水体，但也有研究认为，挥发出来的气态有机砷性质较稳定，经过较长时间的大气稀释，对附近土壤中砷含量的提高非常有限。虽然目前专家对挥发出来的含砷化合物的认识有所不同，但生物挥发已经被认为是修复砷以及其他非金属元素（汞）污染土壤的一种有效、安全且经济的方式。除了砷外，其他许多金属如汞、铅、锡、铂、铊和金等都能被甲基化。

2.氧化还原作用

氧化还原作用在重金属生态修复中的作用是把重金属从毒性较高的价态转变成为毒性较低的价态，从而解除了重金属的毒性。土壤中的一些重金属元素通常以两种价态存在，以高价态存在时，溶解度通常较小，不易迁移；以低价离子形态存在时溶解度较大，易迁移。微生物能氧化土壤中的多种重金属元素，微生物的氧化作用可以使这些重金属元素的活性降低。例如，某些自养细菌如硫铁杆菌类能氧化As3+、Fe2+、Mo4+等，通过氧化作用使这些金属离子的活性降低。有些金属离子如Mn2+和Sn3+的生物毒性分别比Mn4+和Sn4+大。有些微生物能够氧化Mn2+和Sn3+，使之成为毒性较小的Mn4+和Sn4+。自然界中还有些微生物可以将高毒性的Cr6+还原成为低毒的Cr3+，从而达到解毒的作用。另外，自然界中有很多微生物例如大肠杆菌、假单孢菌、芽孢杆菌等，可以把高毒性的Hg2+还原成为低毒的HgO，形成沉积或挥发到大气中，下面以铬为例，详细描述微生物氧化还原作用在重金属污染土壤生态修复中的作用。

在引起土壤环婕污染的金属元素中，铬(Cr)是较为突出的一种，Cr污染对动植物和人体都存在极大的生态风险和健康风险。我国是世界上铬盐的主要生产国家，主要采用有钙焙烧的方法生产铬盐，在生产过程中产生了大量的铬渣，并引起了铬渣堆积场麓的Cr污染，特别是一些企业由于环保原因被关闭，大量堆积的铬渣和污染土凄处于无人管理的状态，这进一步加剧了土壤环境的Cr污染。铬酸盐中Cr6+离子毒性最大，并且溶解性大，如果把Cr6+还原成Cr3+，毒性就会大大地减小。土壤Ct6+污染的微生物修复是利用土壤中的土著微生物或经驯化的特定微生钧，通过将Cr6+还原为Cr3+，达到降低Cr的移动性和毒性等目的。目前已分离出多种对Cr6+有还原作用的菌种，如硫酸盐还原菌( SulfateReducing Bacteria)、大肠杆菌（Escherichia coli）、阴沟杆菌（Enterobacter cloacae）、假单孢菌属（Pseudomnonas）等。在针对Cr6+污染土壤的修复方面，Sttephen将取自巴尔的摩蠢淤泥的厌氧硫酸盐还原菌，在培养基中培养、驯化，使之耐碱和耐高浓度Cr6+，在含铬渣的土壤填埋场中钻一批灌注井和抽提井，先将稀盐酸水溶液从羹注井注入填埋场，从抽提牛抽出送至盛有细菌及培养液的生物反应器，Cr6+还原后，将含细菌的反应完成液经灌注井注入填埋场，细菌即逐渐将填埋场内Cr6+原位还原。