污染环境的自净

环境自净是指环境受到污染后，在物理、化学和生物特别是微生物的作用下，污染物被逐步降解、消除并达到自然净化的过程。在环境自净中，微生物具有十分突出的作用。微生物的一大特点是其代谢类型多种多样。自然界中的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可被微生物降解或转化。就是许多污染环境的人工合成物，也有微生物“正学着”如何分解。

（一）水体微生物的净化作用

图11-1 水域的氧垂曲线

水体微生物的净化作用，也即水体自净作用，是指水体中的微生物氧化分解（包括需氧分解和厌氧分解）有机污染物而使水质得到净化的过程。需氧微生物可将有机污染物氧化分解成简单、稳定的无机物如二氧化碳、水、硝酸盐和磷酸盐等，同时消耗一定量的溶解氧。耗去的溶解氧可通过水体表面的空气扩散和水生植物的产氧型光合作用得以复氧。耗氧和复氧是同时进行的。溶解氧的动态变化反映了水体中有机污染物净化的进程，因而可作为水体自净的标志。溶解氧的动态变化常用氧垂曲线表示。如图11-1所示，A为有机物分解的耗氧曲线，B为水体复氧曲线，C为氧垂曲线，最低点Cp为最大缺氧点。若Cp点的溶解氧含量大于有关规定的指标值，说明从溶解氧的角度看，污水的排放没有超过水体的自净能力。若排入有机物过多，超过水体的自净能力，则Cp点的溶解氧含量就会低于有关规定的下限值，甚至在排放点下游出现无氧区，使氧垂曲线中断，水体失去自净能力。在无氧条件下，有机污染物可被厌氧微生物分解，产生硫化氢、甲烷等，使水质恶化变黑发臭。

水体中的生物群也可反映水体自净过程。水体被污染时，由于增加了大量营养物质，可导致耐污性微生物特别是异养型细菌的大量增殖，对污染敏感的蜉蝣稚虫、鲭鱼、硅藻等则会消失。经过一段时间净化后，以吞食细菌为主的原生动物可在水体中发展。以无机营养物为食的藻类，如某些蓝、绿藻，则只有在污染物被彻底降解并释放出足量氮、磷后，才能大量增殖，并占优势。通过上述作用，水质恢复洁净，水中的生物群落结构也随之恢复正常。

根据不同水体的自净规律，充分利用水体的自净能力，在保证水体不受污染的前提下，合理安排生产布局，可以减轻有机污染物人工处理的负担，以最经济的方法控制污染。

（二）土壤微生物的净化作用

天然土壤具有纯自然属性。人类最初开垦土地，主要是从中索取更多的生物量。在所开垦的土地逐渐变得贫瘠时，人们就向农田补充一些物质———肥料。在获得新肥力的同时，实际上农田也受到了污染。譬如，施用人畜粪尿作肥料，可保持农田良好的生产性能，但病人的病原菌也可引起土壤的微生物污染。随着现代工农业生产的飞跃发展，施入农田的农药和化肥不断增加，土壤的污染程度日趋严重。目前，有杀虫效果的化合物已超过6万种，大量使用的农药也有50余种。农药对土壤的污染已引起土壤生产力和农产品质量及其安全性明显下降。

残留于土壤内的农药，经过生物主要是微生物的作用，经历种种复杂的转化、分解，最后将农药分解为二氧化碳和水。如果将土壤进行高压灭菌或采用抑菌剂处理，农药在土壤中的降解速度就会降低，甚至完全停止。研究表明，在未经消毒的土壤中，除草剂“敌草隆”的降解速度明显高于用氯化苦熏蒸消毒的土壤。前者，6周内敌草隆降解近半；而后者仅降解1／10。

微生物降解许多结构复杂的农药是借助共代谢作用进行的。所谓共代谢是指微生物在其他因子的协同作用下降解某些污染物的现象。其具体表现为：① 依靠环境提供营养物质。例如，只有在蛋白脂类物质存在时，直肠梭菌（Clostridium rectum）才能降解丙体666。 ②依靠其他微生物协同作用。例如，链霉菌（Streptomyces）和节杆菌（Arthrobacter）可协作降解农药二嗪农的嘧啶环，两菌单独存在则均不能作用。 ③ 需有诱导物存在。例如，只有经正庚烷诱导后，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）才能产生羟基化酶，使链烷羟基化为相应的醇。

微生物对有机氯农药2，4-D的降解，已有较多的研究报道。2，4-D是农业上广泛应用的具有高度选择性的内吸性除草剂。在高浓度下，2，4-D具有良好的除草效果，常用于杀除阔叶的双子叶植物；但低浓度（1mg／L）时则对植物有刺激生长作用，常用于促进早熟和生根，防治落花落果和倒伏等。已分离的2，4-D降解菌多属于假单胞菌属和产碱杆菌属（Alcali-genes）如真养产碱菌（A.eutrophus）等。降解基因位于其质粒pJP4上。2，4-D的降解途径在各种降解菌中似乎相同，微生物降解过程如图11-2所示。由于初期的微生物数量不多，降解十分缓慢，经过延缓期后，降解速度加快。至一个月左右，2，4-D完全消失。

对硫磷是一类有机磷杀虫剂。微生物对这类杀虫剂降解明显快于有机氯农药。常见的反应机制是酯酶水解。对硫磷的降解途径为：

图11-2 2，4-D的微生物降解过程