作者解读 | JHM：利用MICP（微生物诱导碳酸钙沉淀）技术修复铅污染对土壤物理结构的影响
编译：李亚飞，编辑：木木夕、江舜尧。
原创微文，欢迎转发转载。
土壤的结构是衡量土壤质量的重要因子，研究者往往更关注于土壤重金属修复的固定效率和经济效益，却忽略了修复后土壤物理结构的变化。研究人员利用MICP技术对土壤中的铅污染进行稳定化修复，同时利用筛分法和CT扫描技术检测土壤物理结构的变化。结果表明经MICP技术修复后，土壤中铅的浸出率减少76.34 %。有意思的是，微生物和培养基的添加，土壤颗粒的粒径增加，微团聚体转变为大团聚体，进而提高了土壤中的孔隙率和水稳定性。由此可见，MICP技术不仅能修复土壤重金属污染，还能促进土壤团聚体生成，增加孔隙率有利于营养、水分的扩散及空气的流通，对土壤修复和改良具有重要意义。
论文ID
原名：Study on soil physical structure after thebioremediation of Pb pollution using microbial-induced carbonate precipitation methodology
译名：利用MICP（微生物诱导碳酸钙沉淀）技术修复铅污染对土壤物理结构的影响
期刊：Journal of Hazardous Materials
IF：9.038
发表时间：2020.01
通讯作者：郑春丽&潘响亮
通讯作者单位：内蒙古科技大学能源与环境学院&浙江工业大学环境学院
实验设计
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。
结果
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）。
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。
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。
评论
评论
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
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）。