土壤生物污染及其防治的方法

　　摘要：隨著生活條件的改善，人們對糧食和蔬菜的要求越來越高，而萬物土中生，綠色植物的生長離不開土壤，可生物污染卻嚴重影響了土壤的環(huán)境質量，進而通過各種途徑危害人體健康。本文結合前人所做的實驗，從不同角度去探討土壤生物污染及其防治方法，重點在生物防治，另外寄生蠕蟲的危害機理也有較詳細論述。

　　關鍵詞：土壤生物污染 大腸菌群 病原菌 寄生蠕蟲 生物防治

　　一、土壤生物污染的現(xiàn)狀

　　土壤在自然界中處于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間的過渡帶，是聯(lián)系有機界和無機界的中心環(huán)節(jié)，也是結合地理環(huán)境各組成要素的紐帶。土壤作為重要的發(fā)生器、儲存器、轉換器、緩沖器和調控器，其環(huán)境質量好壞最終會影響到人類健康和社會經濟嘚可持續(xù)發(fā)展。然而，隨著工農業(yè)的發(fā)展，土壤污染問題越來越突出，各種重金屬、有機物、放射性物質和病原微生物等對土壤環(huán)境構成了巨大威脅。

　　土壤生物污染是指一個或幾個有害的生物種群從外界環(huán)境侵入土壤并大量繁殖，引起土壤質量下降，不僅破壞原來的生態(tài)平衡，還會對動植物和人體健康以及生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。土壤生物污染分布最廣的是由腸道致病性原蟲和蠕蟲類所造成的污染，全世界有一半以上人口受到一種或幾種寄生蠕蟲的感染，尤其是熱帶地區(qū)最嚴重，歐洲和北美較溫暖地區(qū)的寄生蟲發(fā)病率也很高。據(jù)調查，上海市郊蔬菜的大腸菌群檢出率為13.7％，最高可達12800個/克，寄生蟲卵檢出率為11.9％，近三成蔬菜受到不同程度的生物污染。用作肥料的人畜糞便更是驚人，細菌含量竟高達108～109個/克，八十年代末，江都縣土壤的蠕蟲卵總陽性率高達72％，在有些土樣中還檢測出了致病菌，雖含量不高，但其危害卻是不容忽視。相對于土壤污染的生物指標來說，土壤生物污染的現(xiàn)狀不容樂觀。

　　隨著我國醫(yī)療條件的改善，大大小小的醫(yī)院如雨后春筍，有效保障了人們的身體健康�？墒挛锟傆袃擅嫘�，醫(yī)院廢棄物的妥善處理一直是讓人頭疼的問題。不可否認正規(guī)大型醫(yī)院有足夠的經濟和技術條件來處理高含致病菌的廢水廢物，但我們也不得不承認中國還有許多邊遠山區(qū)，至少在陽春這樣的小城市根本就沒有能力處理醫(yī)院廢水廢物，很多農村診所就干脆把廢棄物倒在河邊或者在田野找個隱秘的地方埋起來，這對日后就像埋下了一顆定時炸彈。我相信這種現(xiàn)象具有普遍性，中國還是一個農業(yè)大國，要是不妥善處理醫(yī)院廢棄物，以后病人只會越來越多，形成一個惡性循環(huán)，因此我們應該高度重視生物污染。

　　二、土壤生物污染的來源

　　正如我國是一個農業(yè)大國，肥料需求量巨大，人們的傳統(tǒng)觀念就認為生活污水含有不可多得的養(yǎng)分，而人畜糞便更是含有豐富的有機營養(yǎng)，再說大家都覺得農作物還可以凈化污水。因此，污水灌溉和糞便施肥一直是我國農業(yè)的一大特點。然而，正如前面所說，生活污水含有大量細菌，工業(yè)和醫(yī)院廢水更是富含各種病原體。另外有資料顯示，污泥、垃圾和糞肥都可能攜帶大量病原微生物和寄生蟲卵。許多農民都習慣把病死的禽畜埋起來，這些病毒尸體也是土壤中致病菌的一大來源，容易引起土壤生物污染并擴大疾病的傳播。還有事物都是普遍聯(lián)系的，大氣圈和水圈中的微生物也可以進入土壤引起生物污染。

　　三、土壤生物污染的危害機理

　　也許當我們津津有味地吃著豐富而新鮮的水果和蔬菜時，沒有人會想到它們的生長環(huán)境。然而不幸的是，世界上有不少人就是因為吃了不清潔的水果和蔬菜而生病，正是土壤中的各種病原微生物和寄生蟲通過多種途徑危害了人體健康。

　　病人一般帶有病原體，要是他們的糞便、咳痰和生活污水不經處理就進入水體和土壤的話，就很容易引發(fā)傳染病，尤其是醫(yī)院廢水含有大量致病菌，就更需要妥善處理。被病原體污染的土壤能傳播傷寒、副傷寒、

　　痢疾和病毒性肝炎等疾病，就像1942年武爾坎地區(qū)傷寒的流行就是由于居民點附近的土壤被含有致病菌的糞便污染所造成的，只有去除了這些糞便，傷寒的流行才停止下來。這種經人體排出然后通過土壤傳播給人體的病原菌對我們的健康無疑是一大威脅。因此，我們應該注意個人衛(wèi)生，保護土壤環(huán)境。

　　有些人畜共患的傳染病或與動物有關的疾病也可通過土壤傳播給人。比如說，患鉤端螺旋體病的豬、牛和羊等動物就可以通過糞尿中的病原體污染土壤。鉤端螺旋體在中性或弱堿性的土壤中能存活幾個星期，還可以通過粘膜、傷口和被浸軟的皮膚侵入人體，使人致病。炭疽桿菌能形成芽孢以抵抗惡劣環(huán)境，可在土壤中生活幾年甚至幾十年。而破傷風桿菌和氣性壞疽桿菌等致病菌則多來自動物糞便，尤其是馬糞。當人們受傷時，受污染土壤的破傷風桿菌通過接觸而使人患破傷風，傷口越深越有利于破傷風桿菌在厭氧環(huán)境下生長，甚至可能危及生命。

　　土壤生物污染不僅可以由動物經土壤再傳播給人體，而且還可以直接從土壤危害人體健康�？梢哉f土壤是培養(yǎng)微生物的溫床，不管是霉菌還是真菌，都可以從土壤直接侵入人體，而放線菌則可以引起人體皮膚的足分枝菌病，這里不再多說，下面詳細探討寄生蠕蟲的致病機理。

　　蠕蟲主要包括吸蟲綱、絳蟲綱、線蟲綱和棘頭蟲綱的寄生蠕蟲，其中一部分線蟲如蛔蟲和圓形線蟲等是直接發(fā)育的，一生只需一個宿主。而吸蟲、絳蟲和棘頭蟲以及一部分線蟲如絲蟲等則是間接發(fā)育的，在其生活史中至少要經過兩個宿主，其中供蠕蟲有性生殖階段的兩個中間宿主就按順序稱為第一中間宿主和第二中間宿主。但線蟲中的旋毛線蟲則例外，它從感染期幼蟲進入宿主腸內后發(fā)育為成蟲，其產出的后代幼蟲則移行到肌肉中寄生，直到生長成感染期幼蟲為止都是在同一個宿主體內，而且不再繼續(xù)發(fā)育，必須更換新的宿主才能繼續(xù)發(fā)育完成下一世代生活史。

　　大多數(shù)寄生蠕蟲卵或幼蟲需要經過在自然環(huán)境或中間宿主體內的發(fā)育才能使終末宿主感染并在其體內發(fā)育成為成蟲。例如豬蛔蟲卵經終末宿主排出到外界后要等待發(fā)育到卵殼內含有第二期幼蟲時才能成為感染期蟲卵。圓形線蟲卵則需要先從卵殼內孵出幼蟲，然后再經過兩次蛻皮變?yōu)榈谌�期幼蟲時才成為感染期幼蟲。日本血吸蟲卵在外界發(fā)育成生蚴之后，還需要在釘螺等中間宿主體內發(fā)育成為尾蚴，最后才有感染力。這些寄生蠕蟲卵在宿主體內大量繁殖后代，從而致病。比如說豬蛔蟲每天就能產卵10～20萬個，而豬肉絳蟲每月可產卵600～1000萬個，某些吸蟲如肝片吸蟲的一個毛蚴在中間宿主螺體內通過無性生殖可以產出150個尾蚴。

　　寄生蠕蟲可分為生物源蠕蟲和土源性蠕蟲，顧名思義，生物源蠕蟲卵隨動物或人體糞便進入土壤，要是條件不好就容易死亡，但是它們往往會被各種動物連同垃圾一塊吃掉，然后把動物作為中間宿主而發(fā)育到成熟狀態(tài)，最終可以通過食物鏈進入人體，危害健康。而土源性蠕蟲則是在土壤中發(fā)育成熟，大多通過水果和蔬菜進入人體，進而引起各種疾病。無論生物源蠕蟲還是土源性蠕蟲，大多都經口感染，然后經消化道進入人體寄生。有些蠕蟲可直接經接觸而穿透皮膚侵入人體，如十二指腸鉤蟲、美洲鉤蟲和糞類圓線蟲等蟲卵在溫暖潮濕的土壤中經過幾天孵育出感染性幼蟲，然后再通過皮膚接觸穿入人體，特別是傷口，甚至就是由寄生蟲所造成的損傷往往可成為致病菌的進口，從而導致繼發(fā)性疾病。寄生蠕蟲會奪取宿主體內的營養(yǎng)以供自身發(fā)育和繁殖的需要，從而導致宿主營養(yǎng)不良、消瘦和衰弱�；紫x幼蟲移行時可造成某些器官的毛細血管出血，成蟲大量寄生時會引起腸管等器官阻塞，這些機械性損傷往往是致命的，我們不容忽視。寄生蠕蟲還會產生各種分泌物、排泄物和蟲體自身分解產物，進而對宿主造成毒性損害。如肝片吸蟲的毒素可使體溫升高、白細胞增多和中樞神經系統(tǒng)紊亂，日本血吸蟲在其寄生部位蟲卵周圍組織發(fā)生的肉芽腫則是一種遲發(fā)型過敏反應。但是宿主也不會無動于衷，任蟲宰割，我們平常所說的發(fā)炎有些就是機體組織對寄生蠕蟲的包圍，把它們溶解、機化和鈣化掉，以遏制和消滅它們，從而收到免疫效果。

　　土壤生物污染不僅會危害人體健康，還會引起植物病害，造成農作物減產。一些植物致病菌污染土壤后能引起茄子、馬鈴薯和煙草等百余種植物的青枯病，能造成果樹細菌性潰瘍和根癌。某些真菌會引起大白菜、油菜和蘿卜等一百多種蔬菜爛根，還可導致玉米、小麥和谷子等糧食作物的黑穗病。還有一些線蟲可經土壤侵入植物根部并引起線蟲病，甚至在土壤中傳播植物病毒。另外，由于人類濫用化肥和農藥，使一些通常無侵襲能力的鐮刀菌和青霉菌等變成有侵襲能力，從而導致植物根壞死。

　　表5 生物污染的危害

　　致病菌

　　來源

　　傳播途徑

　　危害

　　曲霉、青霉、毛霉、酵母

　　土壤、腐敗植物及飄浮在空中的孢子

　　直接或者通過容器、工具和動物攜帶的塵土而污染糧谷、豆類食品

　　引起霉爛，曲霉和青霉能產生真菌毒素，黃曲霉毒素會引起動物肝臟病變和致癌

　　鐮刀菌

　　植物、土壤及飄浮在空中的孢子

　　直接污染糧谷類，有些病原菌存在于病變糧食中

　　赤霉病脈中毒、霉玉米中毒、食物中毒性白血球缺乏

　　交鏈孢霉、葡萄孢霉、歐文氏桿菌

　　植物、土壤

　　直接或通過容器、工具和動物攜帶的塵土而污染果蔬

　　使蔬菜和水果腐軟

　　假單胞菌、芽孢桿菌、變形桿菌、沙門氏菌、弧菌、葡萄球菌、鏈球菌

　　土壤、水、動物和人的糞便以及鼻煙和皮膚的排泄物

　　直接或通過洗滌用水、蒼蠅、容器、工具以及帶菌動物和人而污染動物食品

　　使動物食品腐軟，有些病菌能產生毒素，入侵人會引起食物中毒

　　傳染性肝炎病毒、脊髓灰白質炎病毒、志賀氏菌、霍亂弧菌、痢疾變形蟲、鞭蟲卵

　　病人糞便

　　直接或通過水和蒼蠅而污染魚、肉、乳以及生的新鮮蔬菜

　　使人感染腸道傳染病和寄生蟲病

　　口蹄疫病毒、炭疽桿菌、絳蟲的`囊尾蟲、肺吸蟲囊蚴

　　病畜和魚體

　　原始存在于病畜肉、內臟、乳以及魚肉內

　　使人和牲畜患傳染病和寄生蟲病

　　引自路光仲. 食品生物污染，1990

　　四、土壤生物污染的防治方法

　　在了解了土壤生物污染的危害機理之后，我們就可以根據(jù)各種病原微生物和寄生蟲的特點來尋找適當?shù)姆椒ㄟM行防治。微生物在土壤中的存活時間長短不一，但都是有限的，都與土壤中的有機物種類和數(shù)量、土壤理化性質、酸堿度、光照時間、暴露條件、溫度和濕度、微生物群系和抗生物質以及噬菌體等因子有關。據(jù)張薇等研究，真菌在酸性土壤中較多，放線菌在堿性土壤中較多，土壤經15天干旱后，細菌種類下降近90％，非芽孢細菌和球菌近乎消失，產芽孢細菌只剩三分之一。以下是一些病原微生物在土壤中的存活時間。只要我們研究出致病菌的敏感因子，有針對性地把這些因子控制在不適宜病原微生物生長條件的范圍之內，有效地降低他們在土壤中的存活時間，就可以達到滅菌殺毒的目的了。

　　表7 致病菌在土壤中生存的時間（天）

　　糞鏈球菌

　　沙門氏菌

　　志賀氏菌

　　結核桿菌

　　霍亂弧菌

　　鉤端螺旋體

　　炭疽桿菌

　　溶組織內阿米巴

　　腸道病毒

　　26-77

　　15-280

　　30-90

　　>180

　　8-60

　　15-43

　　15-60

　　6-8

　　8-170

　　引自中國大百科全書

　　病原體進入土壤后，一般會被土壤吸附截留，其影響因素主要有土壤類型、酸堿性、陽離子交換量和孔隙飽和度等。一般土壤表面積越大、pH越低、陽離子交換量越高，吸附病原體的數(shù)量就越多。另外滲濾液流速、土壤水分含量、病原體大小和土壤溶液中可溶性有機物數(shù)量等因子都會影響病原體在土壤中的保留及轉移速度。如果可以通過改變這些因子來降低土壤病原體的吸附量，降低其在土壤中的停留時間，就能減輕土壤生物污染。

　　另外一些土壤微生物也可以通過競爭和拮抗作用來消滅病原菌，我們是不是可以考慮往污染土壤中加入一些無害的微生物，改善土壤質地、結構、溫度、濕度、pH、有機質含量和植被等因子，以利于其生長，通過競爭碳源和氮源或者分泌一些對病原微生物有害的產物，從而抑制致病菌的生長，即餓死或毒死土壤中的病原菌，收到以生物治生物的效果，以消除土壤生物污染。如鏈霉菌能產生較多幾丁質酶，對真菌有抑制作用。

　　1. 生物防治

　　其實土壤中本來就有很多具有生物防治潛力的有益微生物，不僅可以對病原菌進行有效的拮抗抑制，而且還有促進植物生長和增產的作用。江木蘭等從油菜植株體內分離出的內生枯草芽孢桿菌BY-2可以使油菜核盤菌菌絲細胞濃縮變短，細胞壁破裂，原生質外溢，從而抑制真菌生長發(fā)育和菌核萌發(fā)，其抑制率高達60％～70％。Boer等研究表明，假單胞菌菌株Pseudomonas WCS358可以強烈分泌嗜鐵素，與病原菌競爭Fe3+，從而抑制蘿卜枯萎病。趙國其等用綠色木霉處理西瓜幼苗，能有效增強瓜苗長勢，使其根系發(fā)達，以抑制西瓜枯萎病菌生長。另外毛殼菌可以有效降解纖維素和有機物，對土壤病原菌有拮抗作用。

　　微生物之間的競爭非常劇烈，主要包括營養(yǎng)物質的爭奪、氧氣的競爭和生態(tài)位點的搶占。鐵元素是生物細胞酶系統(tǒng)的必需成分，生命體需要從外界獲取Fe3+作為酶的輔基和電子傳遞受體，以維持其新陳代謝。只要我們切斷了病原微生物獲取鐵的途徑，就可以有效防治土壤生物污染。而事實上有很多微生物如熒光假單胞菌CS121能分泌強力結合Fe3+的嗜鐵素螯合物，其強大吸收鐵的競爭力促使土壤病原菌由于得不到足夠的鐵而不能正常生長繁殖。還有二硫化碳能夠減弱土壤對木霉的抑制作用，木霉菌大量繁殖并競爭營養(yǎng)物和產生毒性物質，進而餓死和殺死有害細菌病毒，收到生物防治的效果。還有一些拮抗細菌會寄生在病原菌身上，吸取其營養(yǎng)，抑制其生長，例如木霉還可以纏繞在立枯絲核菌身上，抑制其菌絲生長，使病原菌細胞解體。

　　然而，生物防治大多具有單一性，我們應該考慮通過幾種微生物的聯(lián)合協(xié)同作用，同時殺死土壤中多種病原菌，大大提高綜合防治效果。

　　據(jù)研究，植物根系分泌物對某些病原菌也有抑制作用。根系分泌物包括大分子有機物，如糖、蛋白質、酶和凝膠，還有小分子酸、酚、銅以及一些生長激素和黃酮等，其中有一部分或其進一步的分解產物具有化感作用。如小麥根系分泌物能直接抑制小麥全蝕病原菌的菌絲發(fā)育。化感物質還可以抑制土壤的硝化作用，對一些通過硝化作用獲取物質和能量的病菌也有很好的防治效果。這啟發(fā)我們是不是可以找到某些特殊植物，它們的根系分泌物能有效抑制土壤病原菌生長，從而達到植物防治的效果。

　　另外還有一個問題，二氧化碳濃度升高會不會對土壤微生物的活性產生影響呢？對于這個問題，學術界爭論很大，其中Fransson認為高濃度CO2對土壤真菌有較大影響。從理論上來講，CO2濃度升高會增強植物的光合作用，其凋謝物和根系分泌物也可能會發(fā)生變化，進而改變土壤微生物的碳源和氮源等生長物質。研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機碳含量越高，土壤抑病性越強。如果土壤中的CO2濃度升高了，又會不會抑制微生物的呼吸作用或者改變土壤環(huán)境的pH，進而影響土壤微生物的生長繁殖。徐國強研究表明，CO2濃度升高會促進土壤有機碳的輸入，為土壤微生物提供更多的可降解底物，促進其活性，增強土壤呼吸作用，而又有研究說土壤呼吸率與土壤抑病性有關，呼吸率越高，作物發(fā)病率越低。如果真的是這樣的話，我們是不是可以采取某種措施如熏煙等，增大土壤中的CO2濃度，以抑制病原微生物生長。另外研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH與土壤抑病性呈負相關，酸性越強的土壤抑病性越強。pH改變又會影響到土壤環(huán)境的氧化還原條件，改變一些微量元素如鐵的價態(tài)或者濃度，減弱病原菌對這些元素的親和力，抑制其生長，但同時會不會也威脅到植物的生長，有待進一步研究。

　　2.傳統(tǒng)防治

　　總的來說，我們應該加強管理污染源和對污染土壤進行末端治理，有必要切斷各種病原微生物和寄生蟲的傳播途徑。

　　首先要對糞便、垃圾和生活污水進行無害化處理。及時監(jiān)測和控制灌溉水質量，采用輻射殺菌法或高溫堆肥法滅菌，好氣法進行微生物發(fā)酵，以消滅垃圾中的致病菌和寄生蟲卵，用密封發(fā)酵法、藥物滅卵法和沼氣發(fā)酵法等無害化滅菌法處理糞肥，同時還要加強管理感染動物。

　　防止醫(yī)院廢水直接流入土壤，加強對工業(yè)三廢的治理和綜合利用，合理使用農藥和化肥并積極發(fā)展高效低毒低殘留的農藥。

　　另外我們可以改變土壤的理化性質和水分條件來控制病原微生物的傳播，加強地表覆蓋以抑制揚塵，切斷致病菌的空中傳播途徑，還可以直接對土壤施藥滅菌和殺毒。

　　不過最重要的是我們應該注意飲食衛(wèi)生，生吃水果和蔬菜之前要徹底洗干凈，蔬菜多洗幾次，水果盡量去皮，不直接接觸污染土壤，勤洗手，同時還要加強鍛煉，增強身體抵抗力，以降低染病幾率。

　　五、土壤生物污染的展望

　　隨著農業(yè)技術的進步，廣譜、高效、微量和低毒的滅菌殺毒藥物不斷出現(xiàn)和更新，能有效治理土壤生物污染，生物防治方法也成為一個重要的研究方向。另外以細胞工程和發(fā)酵工程等生物技術為核心的微生物肥料及其產業(yè)化不僅收到了巨大的經濟和社會效益，而且還產生了重大的生態(tài)環(huán)境效益。

　　中國農業(yè)科學院土壤肥料研究所根據(jù)以菌治菌和以肥抗病的原理，經過多年試驗研發(fā)出具有肥藥多效性的新一代微生物肥料，即聯(lián)抗生物菌肥。它利用微生物的生命活動及其代謝產物去為農作物提供營養(yǎng)元素等生長物質，以改善農作物的養(yǎng)分供應，還可產生拮抗物質，從而抑制土壤病原菌的生長，達到提高產量、改善品質、減少化肥使用、減輕病害、提高土壤肥力和改善環(huán)境的目的。

　　聯(lián)抗生物菌肥作為一種復合生物菌劑，含有多種從土壤中篩選出來能促進作物生長并抑制病原菌繁殖的菌種，不僅為作物提供養(yǎng)分以促進作物生長，還能產生拮抗物質以抑制土壤有害病原微生物的繁殖，收到很好的土壤生物污染防治效果。聯(lián)抗生物菌肥提高了化肥利用率，減少化肥使用量，增強農作物的抗寒、抗旱和抗病能力，有效降低了農作物的發(fā)病率。在辣椒、黃瓜、水稻、小麥、煙草、棉花、梨和桃等作物上的試驗證明，土傳病發(fā)病率降低70％～93％，作物產量增加10％～33％，收到了良好的社會經濟效益和生態(tài)環(huán)境效益。

　　總之，我們要保護土壤環(huán)境，防治生物污染，讓大家都能吃上健康放心的綠色食品。

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