土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要生命體，它不僅可以指示污染土壤的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且還具有巨大的潛在環(huán)境修復(fù)功能。微生物修復(fù)是指利用天然存在的或所培養(yǎng)的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下，促進或強化微生物代謝功能，從而達到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質(zhì)的生物修復(fù)技術(shù)。
一、重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理
土壤微生物種類繁多、數(shù)量龐大，是土壤的活性有機膠體，比表面大、帶電荷和代謝活動旺盛，在重金屬污染物的土壤修復(fù)過程中起到了積極作用。微生物可以對土壤中重金屬進行固定、移動或轉(zhuǎn)化，改變它們在土壤中的環(huán)境化學行為，可促進有毒、有害物質(zhì)解毒或降低毒性，從而達到生物修復(fù)的目的。因此，重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理主要包括生物富集(如生物積累、生物吸著)和生物轉(zhuǎn)化(如生物氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解)等作用方式。
1，微生物對重金屬的生物積累和生物吸著
微生物對重金屬的生物積累和生物吸著主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合、沉淀以及胞內(nèi)積累等3種形式，其作用方式有以下幾種：①金屬磷酸鹽、金屬硫化物沉淀；②細菌胞外多聚體；③金屬硫蛋白、植物螯合肽和其他金屬結(jié)合蛋白；④鐵載體；⑤真菌來源物質(zhì)及其分泌物對重金屬的去除。由于微生物對重金屬具有很強的親合吸附性能，有毒金屬離子可以沉積在細胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，或被輕度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。
2，微生物對重金屬的生物轉(zhuǎn)化作用
重金屬污染土壤中存在一些特殊微生物類群，它們對有毒重金屬離子不僅具有抗性，同時也可以使重金屬進行生物轉(zhuǎn)化。其主要作用機理包括微生物對重金屬的生物氧化和還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解轉(zhuǎn)化重金屬，改變其毒性，從而形成某些微生物對重金屬的解毒機制。在細菌對重金屬抗性和生物修復(fù)的可行性研究中，人們多關(guān)注Hg的脫甲基化和還原揮發(fā)、亞砷酸鹽氧化和鉻酸鹽還原以及Se的甲基化揮發(fā)等。
微生物也可通過改變重金屬的氧化還原狀態(tài)，使重金屬化合價發(fā)生變化，改變重金屬的穩(wěn)定性。在細菌作用下氧化還原是最有希望的有毒廢物生物修復(fù)系統(tǒng)。
二、有機污染土壤的微生物修復(fù)原理
土壤中大部分有機污染物可以被微生物降解、轉(zhuǎn)化，并降低其毒性或使其完全無害化。微生物降解有機污染物主要依靠兩種作用方式：①通過微生物分泌的胞外酶降解；②污染物被微生物吸收至其細胞內(nèi)后，由胞內(nèi)酶降解。微生物從胞外環(huán)境中吸收攝取物質(zhì)的方式主要有主動運輸、被動擴散、促進擴散、基團轉(zhuǎn)位及胞飲作用等。
微生物降解有機污染物的主要反應(yīng)類型
微生物降解和轉(zhuǎn)化土壤中有機污染物，通常依靠以下基本反應(yīng)模式來實現(xiàn)的。
(1)氧化作用：①醇的氧化，如醋化醋桿菌將乙醇氧化為乙酸，氧化節(jié)桿菌可將丙二醇氧化為乳酸；②醛的氧化，如銅綠假單胞菌將乙醛氧化為乙酸；③甲基的氧化，如銅綠假單胞菌將甲苯氧化為安息香酸，表面活性劑的甲基氧化主要是親油基末端的甲基氧化為羧基的過程等。
(2)還原作用：①乙烯基的還原，如大腸桿菌可將延胡索酸還原為琥珀酸；②醇的還原，如丙酸梭菌可將乳酸還原為丙酸；③芳環(huán)羥基化，甲苯酸鹽在厭氧條件下可以羥基化；也有醌類還原、雙鍵、三鍵還原作用等。
(3)基團轉(zhuǎn)移作用：①脫羧作用，如戊糖丙酸桿菌可使琥珀酸等羧酸脫羧為丙酸；②脫鹵作用，是氯代芳烴、農(nóng)藥、五氯酚等的生物降解途徑：③脫烴作用，常見于某些有烴基連接在氮、氧或硫原子上的農(nóng)藥降解反應(yīng)：還存在氫鹵以及脫水反應(yīng)等。
(4)水解作用：主要包括有酯類、胺類、磷酸酯以及鹵代烴等的水解類型。
(5)其他反應(yīng)類型：包括酯化、縮合、氨化、乙?；?、雙鍵斷裂及鹵原子移動等。
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