编译：李亚飞，编辑：木木夕、江舜尧。

原创微文，欢迎转发转载。

文章将含铅土壤分别置于直径12 cm，高10 cm的花盆中，利用具有脲酶活性的巴氏芽孢杆菌Bacillus pasteurii ATCC 11859对铅污染土壤进行修复。共设置四个实验组，分别为以无菌水浇灌的对照组CK、以无菌培养基浇灌的对照组CM，菌剂组 I为菌液+ 1 M CaCl₂浇灌的BS I, 菌剂组II为菌液+ 1.5 M CaCl₂浇灌的BS II。每组三个平行，每次浇灌量200 ml，间隔5天浇灌一次，共浇灌三次，然后对土壤进行分析。创新性的利用筛分法和计算机X射线断层扫描技术检测了土壤物理结构的变化。

图文摘要

1 MICP改变了土壤的基本理化性质且降低了土壤中Pb的有效性

MICP技术处理15天后，土壤的理化性质发生了显著变化。同时MICP可降低土壤中铅的生物利用性。与对照CM相比，生物修复处理使Pb的浸出量分别减少了53.66 %、67.44 %和76.34 %（图1）。土壤中CaCO₃含量分别为12.33 %、24.00 %、22.00 %和26.67 %（图1）。与CK相比，生物矿化使土壤中碳酸钙含量分别增加了94.64%、78.43%和116.30%。在相同条件下，土壤中碳酸钙含量与Pb的稳定化效果呈显著正相关。MICP可以使土壤中铅的可交换态含量减少，碳酸盐结合态含量增加，从而降低了其生物利用性（图2）。

图1 MICP处理后土壤铅的稳定效果

图2 不同处理对土壤铅形态的影响

2 微生物通过诱导产生CaCO₃稳定了土壤中物理结构

随着有机质和微生物的加入，土壤粒径由小团聚体向大团聚体转变，大团聚体粒径(直径＞2 mm)显著增加71.43%。土壤孔隙度增加73.78%，增强了土壤的渗透性，增加了土壤的水力传导率。因此，MICP生物修复不仅能修复土壤重金属污染，还能促进土壤聚集结构，对土壤修复和改良具有重要意义。

图3 土壤孔隙结构的组成

土壤有机质和团聚体的变化会影响土壤的孔隙结构。土壤孔隙度和分形维数的增加表明生物修复后的土壤孔隙结构更加复杂。土壤孔隙越多，比表面积越大，对重金属的吸附能力和稳定性也越大。MICP生物修复后土壤孔隙形态由规则状变为不规则状。不规则孔隙更有利于储水储气，满足植物生长需求。CM和BS I由于添加了相同的营养物质尿素和氯化钙，在土壤孔隙分布方面产生了相似的结果。在CM中激活土壤中的原生微生物，在BS I中添加巴氏芽孢杆菌作为强化微生物，对土壤孔隙有同样的作用。唯一不同的是土壤中重金属的钝化效应。

图4 土壤孔隙的三维结构

MICP技术广泛应用于土壤重金属污染的修复。MICP技术可以钝化土壤中的重金属，总体上对土壤的基本性质影响不大。该技术还可以改善土壤团聚体和结构。巴氏芽孢杆菌是土壤修复和尾矿固定中应用最广泛的矿化微生物之一。它在自然环境中无处不在。本研究中用于修复的巴氏芽孢杆菌是从尾矿库周围土壤中分离出来的，对环境无害，无致病性。添加培养基作为营养可以维持微生物的生长，促进矿化;另一方面，它也可以作为土壤有机质来促进植物生长。总的来说，添加的所有材料对土壤生态环境均无不良影响。

微生物矿化作用下，土壤中的生物有效铅被CaCO₃包裹，由有效态转化为碳酸盐结合态。随着土壤中生物有效态铅的淋失率和含量的降低，重金属铅在土壤中的迁移转化能力也随之降低，降低了土壤重金属铅污染的风险。土壤团聚体粒径分布与土壤质量密切相关。MICP修复通过影响土壤有机质的输入和输出影响土壤团聚体的分布和稳定性。MICP生物修复显著降低了粒径为0.25 mm的集料含量，显著增加了粒径为5 mm和1-2 mm的集料含量。而WSA的增加证明了MICP恢复后土壤团聚体的水稳定性得到了增强。DMWD的增加表明，大粒径的土壤团聚体具有较强的抗性和较高的养分储存能力。因此，生物修复促进了土壤团聚体的形成，增强了土壤的水分稳定性，减少了土壤团聚体被破坏的可能性。大团聚体对重金属的吸收和固定能力增强，不易迁移到其他地方，如深层土壤、地表水/地下水、空气和植物。

MICP对土壤中Pb具有稳定作用，修复后土壤中Pb的提取量和有效态Pb含量分别降低了76.34 %和41.65 %，显著降低了土壤中Pb的有效性。同时，MICP修复促进了土壤团聚体(2-5 mm)的形成，增加了土壤总孔隙度，使孔隙结构更加复杂。本研究考虑了土壤重金属污染，微生物诱导碳酸盐沉淀是一种有效的方法；没有验证微生物修复技术对土壤重金属的修复效果，而是通过土壤的机械组成、稳定性和孔隙结构来研究微生物修复材料对土壤物理性质的影响。研究内容对土壤重金属污染的生物修复工程具有一定的指导意义。

你可能还喜欢

1. 2020年度回顾 | 技术贴合辑
   

2. 2020年度回顾 | 微生态人体微生物类微文大合辑
   

3. 2020年微生态最值得看的环境类微文回顾

微生态科研学术群期待与您交流更多微生态科研问题

（更多信息联系微生态老师）。

了解更多菌群知识，请关注“微生态”。

阅读原文

微信扫一扫
关注该公众号