随着我国农业集约化、工业化、城市化和交通现代化的快速发展，化肥、农药等农用化学品和工业污染物大量进入环境，导致农业面源污染面积不断扩大。
污染程度日趋严重，给我国土壤生态环境、农产品(000061,股吧)安全和人类健康等造成了严重威胁，并直接影响到我国社会经济的可持续发展。
而土壤污染具有隐蔽性、滞后性等特征，不仅降低了土地资源的质量，使农业生产遭受损失，并且通过污染农副产品而损害人体健康。因此，如何保证土壤的质量至关重要。
其实，土壤中栖息的数量巨大的微生物是消除土壤环境污染、恢复土壤健康、重建生态系统过程中不可或缺又无法替代的生力军，它们将在污染农田修复、安全农产品生产和可持续的农田生态系统构建中发挥巨大作用。
消除土壤重金属污染需要微生物
我国首次土壤污染普查结果显示，全国土壤重金属总超标率达16.1%，耕地土壤重金属超标率高达19.4%。每年因重金属污染导致的粮食减产超过1千万吨，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，合计经济损失超过200亿元。
目前，土壤重金属污染的面积和强度呈现持续增加的趋势。
土壤重金属污染主要来源于工业、农业、采矿和交通等方面。
工业生产广泛使用重金属，而且将未经严格处理的废水直接排放，使得周围的土壤容易富集高含量的有毒重金属。企业排放的烟尘和废气中也含有重金属，并最终通过雨淋沉降和自然沉降进入土壤。
农业生产过程中含重金属的化肥、城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉等，都会导致土壤重金属污染。
特别指出，很多重金属污染还源于金属矿山的开采，广东大宝山矿区土壤测定发现30多年的采矿已造成土壤铅、锌、铜、镉 重金属严重超标，附近河水灌溉稻田的重金属含量远超出国家土壤质量二级标准，其中铜、镉超标倍数分别为14.01倍和4.17倍。有色金属矿山开发使得湖南全省高达13%的土壤受到铅、镉、汞、砷等金属元素的污染，污染面积达2.8万公顷。
重金属在土壤中有难降解、毒性强、易累积等特点，它们或通过渗漏进入地下水，或在土壤中直接被植物吸收进入食物链，最终对生态环境以及人类和动物的健康构成严重威胁。而城市化和工业化进程的加快，使这个问题越来越突出。
不难看出，土壤重金属的危害及污染治理是当今土壤、环境、生态、生物以及医学等众多学科领域科学工作者关注的焦点，也是社会各界关心的热点和当今环境污染防治的重点。
土壤重金属污染修复的主要技术包括化学、物理、工程以及生物治理法，微生物修复是通过微生物对土壤中的重金属离子的吸附、吸收、络合、沉淀及成矿等作用降低其活性，减少农作物对重金属的吸收，达到修复污染的效果。微生物修复具有环境风险小、成本低、效率高等优点。
在土壤中，微生物依靠其细胞壁和胞外聚合物（EPS）中大量的羟基、羧基、磷酸基吸附土壤中重金属离子，其代谢分泌的磷酸根、腐殖酸、富里酸等能沉淀土壤中的重金属离子，其胞内形成的植物螯合肽和金属硫蛋白等能富集重金属，而且微生物还可以通过改变土壤理化性质、影响植物根系吸收等过程，使土壤中重金属的迁移性下降，降低了重金属的生物有效性。
消除土壤多环芳烃污染需要微生物
多环芳烃（PAHs）是含两个或两个以上苯环结构的有机污染物，广泛分布于土壤中，并且水溶性低，难挥发，结构稳定，成为典型的持久性有机污染物（POPs）。
PAHs具有“致癌、致畸、致突变”效应，对环境生态安全和人类健康具有极大的潜在危害。
上个世纪八十年代以来，世界各国环保部门都已经将PAHs列为环境中优先监测污染物。
土壤中的PAHs大多来自于化学、钢铁、火力电力工业（如焦化煤气、有机化工、石油工业、炼钢炼铁和火力发电等）、交通运输、垃圾和秸秆焚烧、污灌和污泥农用等方面。
我国向环境中排放的PAHs逐年上升。1999年中国16种优先控制PAHs的年排放量约为9799吨，2003年，我国年总排放量高达25300吨。
由于PAHs难溶或不溶水，90%以上排放到大气中的PAHs通过大气干湿沉降进入土壤，使土壤成为PAHs的储存库。
此外，我国污灌区长期灌溉含有高浓度PAHs的城市工业污水及石油污水，也造成了土壤中PAHs的大范围累积。土壤中的PAHs可以由植物根系吸收而进入植物体，植物体也可经叶片吸收由土壤挥发到大气中的PAHs，并在植物体内发生转运、部分代谢和积累，通过食物链的富集与传递，危及人体健康。
环境中去除PAHs的方式主要有挥发、光降解、生物积累、化学氧化、土壤吸附和微生物降解等，而微生物降解是环境中PAHs最主要的去除方式，具有成本低、污染小、安全性高等优点，是修复工程中应用较广泛且相对成熟的一种技术。
目前，我们课题组已从全国五大油田的石油污染土壤中筛选数百株具有高效广谱的PAHs降解能力的纯培养细菌，降解谱包括萘、菲、芘、苯并芘和戊二醛等，并已经申请多项专利。
目前已完成了部分细菌细胞磷脂组成模式以及碳源代谢多样性的鉴定，确定了菌株的系统发生地位，正在运用激光共聚焦显微镜和气质联用开展菌株在菲、芘和苯并芘等不同PAHs为唯一碳源条件下的代谢组学特征研究，进行菌株的全基因组测序，结合全基因组测序和BAC文库筛选，全面阐明菌株对菲、芘和苯并芘等多环芳烃降解的分子机制。
同时，测试菌株在不同类型土壤中的定殖能力和对多种多环芳烃及苯系污染物的降解速率，构建多功能的微生物菌群，促进污染物的快速降解及彻底矿化。
消除土传性病原微生物污染需要微生物
土壤是自然界中微生物生活的大本营，大部分土壤微生物是生态系统中不可缺少和有益的组成部分，但也有相当一部分土壤微生物能引起牲畜、人类感病甚至致命。
土壤中的病原微生物主要来源于含有大量病原菌和寄生虫的生活垃圾、生活污水、未经处理的畜禽粪便、医院污水、工业废弃物以及被病原菌污染的河水等。
灌溉特别是污灌常可引起土壤污染。生活污水和工业废水中，含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分，所以合理地使用污水灌溉农田，一般有增产效果。但大量的污水未加处理而直接倾注于环境，使一些灌区土壤中有毒有害物质、病原微生物和寄生虫有明显的积累。
据不完全调查，目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，其中污水灌溉污染耕地3250万亩。
工业固体弃废物或生活垃圾、人畜粪便以及因传染病死亡的畜禽尸体等在土壤上堆放和填埋，或作农田基肥，由于淋滤渗透，其中的有害物质和病原体也会进入土壤，侵染农作物，并通过土壤介质在垂直和水平方向迁移扩散，污染含水层和地下水，进而感染人体。
因此，畜禽排泄物中残留的病原菌极有可能会危及人类安全。
为了控制土壤中畜禽传染病的病原菌，传统的方法是使用化学消毒剂和抗生素进行消毒和控制，这给土壤带来了严重污染，影响土壤的植被和微生物群落，使得大量的微生物产生耐药性，增加了进一步防控的难度，导致畜禽传染病爆发频率越来越高。
相比化学消毒剂和抗生素，微生物制剂具有无毒副作用、无残留污染、不产生耐药性的优势，具有广阔的发展和应用前景。
微生物制剂防治土壤传染性病原微生物的优势表现在：能调节土壤微生物群落结构，扶植正常群落；阻止土壤中病原菌定殖、传播，杀死或抑制病原菌的生长；提高畜禽养殖区的环境质量，保证动物的健康养殖；减少动物尸体对环境的污染；减少病原菌对农作物的污染、促进农作物的生长；减少病原菌对水资源的污染。
微生物制剂的菌种主要有乳酸菌、芽胞杆菌、酵母菌等。
解淀粉芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌和短小芽胞杆菌等，耐酸、耐碱、耐高温，易于保存，稳定性好。它们能产生有机酸，利于乳酸菌等优势菌群的生长繁殖，维持微生态平衡，还能产生抗菌物质，抑制病原菌的生长，因此是微生物制剂采用的主要菌种之一。
目前对于微生物制剂治理养殖场土壤环境污染和防治环境中病原菌的相关研究较少，但因为畜禽病原微生物的污染对动物和人的健康构成了极大的威胁，所以通过筛选能改善畜禽养殖土壤环境、对畜禽类无害的生防菌，制成无污染、不产生耐药性、能抑制土壤病原菌的复合微生物制剂，取代常用的化学消毒剂和抗生素，对于保护土壤健康具有重要意义和实际应用价值。
文章来源：中国科学报
作者黄巧云系华中农业大学资源与环境学院教授、农业微生物学国家重点实验室副主任
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