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来源：职称驿站所属分类：地质论文 发布时间：2013-08-07浏览：79次
摘要：随着生活条件的改善，人们对粮食和蔬菜的要求越来越高，而万物土中生，绿色植物的生长离不开土壤，可生物污染却严重影响了土壤的环境质量，进而通过各种途径危害人体健康。本文结合前人所做的实验，从不同角度去探讨土壤生物污染及其防治方法，重点在生物防治，另外寄生蠕虫的危害机理也有较详细论述。
关键词：土壤生物污染 大肠菌群 病原菌 寄生蠕虫 生物防治
一、 土壤生物污染的现状
土壤在自然界中处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡带，是联系有机界和无机界的中心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。土壤作为重要的发生器、储存器、转换器、缓冲器和调控器，其环境质量好坏最终会影响到人类健康和社会经济嘚可持续发展。然而，随着工农业的发展，土壤污染问题越来越突出，各种重金属、有机物、放射性物质和病原微生物等对土壤环境构成了巨大威胁。
土壤生物污染是指一个或几个有害的生物种群从外界环境侵入土壤并大量繁殖，引起土壤质量下降，不仅破坏原来的生态平衡，还会对动植物和人体健康以及生态系统造成不良影响。土壤生物污染分布最广的是由肠道致病性原虫和蠕虫类所造成的污染，全世界有一半以上人口受到一种或几种寄生蠕虫的感染，尤其是热带地区最严重，欧洲和北美较温暖地区的寄生虫发病率也很高。据调查，上海市郊蔬菜的大肠菌群检出率为13.7%，最高可达12800个/克，寄生虫卵检出率为11.9%，近三成蔬菜受到不同程度的生物污染。用作肥料的人畜粪便更是惊人，细菌含量竟高达108～109个/克，八十年代末，江都县土壤的蠕虫卵总阳性率高达72%，在有些土样中还检测出了致病菌，虽含量不高，但其危害却是不容忽视。相对于土壤污染的生物指标来说，土壤生物污染的现状不容乐观。
随着我国医疗条件的改善，大大小小的医院如雨后春笋，有效保障了人们的身体健康。可事物总有两面性，医院废弃物的妥善处理一直是让人头疼的问题。不可否认正规大型医院有足够的经济和技术条件来处理高含致病菌的废水废物，但我们也不得不承认中国还有许多边远山区，至少在阳春这样的小城市根本就没有能力处理医院废水废物，很多农村诊所就干脆把废弃物倒在河边或者在田野找个隐秘的地方埋起来，这对日后就像埋下了一颗定时炸弹。我相信这种现象具有普遍性，中国还是一个农业大国，要是不妥善处理医院废弃物，以后病人只会越来越多，形成一个恶性循环，因此我们应该高度重视生物污染。
二、 土壤生物污染的来源
正如我国是一个农业大国，肥料需求量巨大，人们的传统观念就认为生活污水含有不可多得的养分，而人畜粪便更是含有丰富的有机营养，再说大家都觉得农作物还可以净化污水。因此，污水灌溉和粪便施肥一直是我国农业的一大特点。然而，正如前面所说，生活污水含有大量细菌，工业和医院废水更是富含各种病原体。另外有资料显示，污泥、垃圾和粪肥都可能携带大量病原微生物和寄生虫卵。许多农民都习惯把病死的禽畜埋起来，这些病毒尸体也是土壤中致病菌的一大来源，容易引起土壤生物污染并扩大疾病的传播。还有事物都是普遍联系的，大气圈和水圈中的微生物也可以进入土壤引起生物污染。
三、 土壤生物污染的危害机理
也许当我们津津有味地吃着丰富而新鲜的水果和蔬菜时，没有人会想到它们的生长环境。然而不幸的是，世界上有不少人就是因为吃了不清洁的水果和蔬菜而生病，正是土壤中的各种病原微生物和寄生虫通过多种途径危害了人体健康。
病人一般带有病原体，要是他们的粪便、咳痰和生活污水不经处理就进入水体和土壤的话，就很容易引发传染病，尤其是医院废水含有大量致病菌，就更需要妥善处理。被病原体污染的土壤能传播伤寒、副伤寒、
痢疾和病毒性肝炎等疾病，就像1942年武尔坎地区伤寒的流行就是由于居民点附近的土壤被含有致病菌的粪便污染所造成的，只有去除了这些粪便，伤寒的流行才停止下来。这种经人体排出然后通过土壤传播给人体的病原菌对我们的健康无疑是一大威胁。因此，我们应该注意个人卫生，保护土壤环境。
有些人畜共患的传染病或与动物有关的疾病也可通过土壤传播给人。比如说，患钩端螺旋体病的猪、牛和羊等动物就可以通过粪尿中的病原体污染土壤。钩端螺旋体在中性或弱碱性的土壤中能存活几个星期，还可以通过粘膜、伤口和被浸软的皮肤侵入人体，使人致病。炭疽杆菌能形成芽孢以抵抗恶劣环境，可在土壤中生活几年甚至几十年。而破伤风杆菌和气性坏疽杆菌等致病菌则多来自动物粪便，尤其是马粪。当人们受伤时，受污染土壤的破伤风杆菌通过接触而使人患破伤风，伤口越深越有利于破伤风杆菌在厌氧环境下生长，甚至可能危及生命。
土壤生物污染不仅可以由动物经土壤再传播给人体，而且还可以直接从土壤危害人体健康。可以说土壤是培养微生物的温床，不管是霉菌还是真菌，都可以从土壤直接侵入人体，而放线菌则可以引起人体皮肤的足分枝菌病，这里不再多说，下面详细探讨寄生蠕虫的致病机理。
蠕虫主要包括吸虫纲、绦虫纲、线虫纲和棘头虫纲的寄生蠕虫，其中一部分线虫如蛔虫和圆形线虫等是直接发育的，一生只需一个宿主。而吸虫、绦虫和棘头虫以及一部分线虫如丝虫等则是间接发育的，在其生活史中至少要经过两个宿主，其中供蠕虫有性生殖阶段的两个中间宿主就按顺序称为第一中间宿主和第二中间宿主。但线虫中的旋毛线虫则例外，它从感染期幼虫进入宿主肠内后发育为成虫，其产出的后代幼虫则移行到肌肉中寄生，直到生长成感染期幼虫为止都是在同一个宿主体内，而且不再继续发育，必须更换新的宿主才能继续发育完成下一世代生活史。
大多数寄生蠕虫卵或幼虫需要经过在自然环境或中间宿主体内的发育才能使终末宿主感染并在其体内发育成为成虫。例如猪蛔虫卵经终末宿主排出到外界后要等待发育到卵壳内含有第二期幼虫时才能成为感染期虫卵。圆形线虫卵则需要先从卵壳内孵出幼虫，然后再经过两次蜕皮变为第三期幼虫时才成为感染期幼虫。日本血吸虫卵在外界发育成生蚴之后，还需要在钉螺等中间宿主体内发育成为尾蚴，最后才有感染力。这些寄生蠕虫卵在宿主体内大量繁殖后代，从而致病。比如说猪蛔虫每天就能产卵10～20万个，而猪肉绦虫每月可产卵600～1000万个，某些吸虫如肝片吸虫的一个毛蚴在中间宿主螺体内通过无性生殖可以产出150个尾蚴。
寄生蠕虫可分为生物源蠕虫和土源性蠕虫，顾名思义，生物源蠕虫卵随动物或人体粪便进入土壤，要是条件不好就容易死亡，但是它们往往会被各种动物连同垃圾一块吃掉，然后把动物作为中间宿主而发育到成熟状态，最终可以通过食物链进入人体，危害健康。而土源性蠕虫则是在土壤中发育成熟，大多通过水果和蔬菜进入人体，进而引起各种疾病。无论生物源蠕虫还是土源性蠕虫，大多都经口感染，然后经消化道进入人体寄生。有些蠕虫可直接经接触而穿透皮肤侵入人体，如十二指肠钩虫、美洲钩虫和粪类圆线虫等虫卵在温暖潮湿的土壤中经过几天孵育出感染性幼虫，然后再通过皮肤接触穿入人体，特别是伤口，甚至就是由寄生虫所造成的损伤往往可成为致病菌的进口，从而导致继发性疾病。寄生蠕虫会夺取宿主体内的营养以供自身发育和繁殖的需要，从而导致宿主营养不良、消瘦和衰弱。蛔虫幼虫移行时可造成某些器官的毛细血管出血，成虫大量寄生时会引起肠管等器官阻塞，这些机械性损伤往往是致命的，我们不容忽视。寄生蠕虫还会产生各种分泌物、排泄物和虫体自身分解产物，进而对宿主造成毒性损害。如肝片吸虫的毒素可使体温升高、白细胞增多和中枢神经系统紊乱，日本血吸虫在其寄生部位虫卵周围组织发生的肉芽肿则是一种迟发型过敏反应。但是宿主也不会无动于衷，任虫宰割，我们平常所说的发炎有些就是机体组织对寄生蠕虫的包围，把它们溶解、机化和钙化掉，以遏制和消灭它们，从而收到免疫效果。
土壤生物污染不仅会危害人体健康，还会引起植物病害，造成农作物减产。一些植物致病菌污染土壤后能引起茄子、马铃薯和烟草等百余种植物的青枯病，能造成果树细菌性溃疡和根癌。某些真菌会引起大白菜、油菜和萝卜等一百多种蔬菜烂根，还可导致玉米、小麦和谷子等粮食作物的黑穗病。还有一些线虫可经土壤侵入植物根部并引起线虫病，甚至在土壤中传播植物病毒。另外，由于人类滥用化肥和农药，使一些通常无侵袭能力的镰刀菌和青霉菌等变成有侵袭能力，从而导致植物根坏死。
表5 生物污染的危害
致病菌
来源
传播途径
危害
曲霉、青霉、毛霉、酵母
土壤、腐败植物及飘浮在空中的孢子
直接或者通过容器、工具和动物携带的尘土而污染粮谷、豆类食品
引起霉烂，曲霉和青霉能产生真菌毒素，黄曲霉毒素会引起动物肝脏病变和致癌
镰刀菌
植物、土壤及飘浮在空中的孢子
直接污染粮谷类，有些病原菌存在于病变粮食中
赤霉病脉中毒、霉玉米中毒、食物中毒性白血球缺乏
交链孢霉、葡萄孢霉、欧文氏杆菌
植物、土壤
直接或通过容器、工具和动物携带的尘土而污染果蔬
使蔬菜和水果腐软
假单胞菌、芽孢杆菌、变形杆菌、沙门氏菌、弧菌、葡萄球菌、链球菌
土壤、水、动物和人的粪便以及鼻烟和皮肤的排泄物
直接或通过洗涤用水、苍蝇、容器、工具以及带菌动物和人而污染动物食品
使动物食品腐软，有些病菌能产生毒素，入侵人会引起食物中毒
传染性肝炎病毒、脊髓灰白质炎病毒、志贺氏菌、霍乱弧菌、痢疾变形虫、鞭虫卵
病人粪便
直接或通过水和苍蝇而污染鱼、肉、乳以及生的新鲜蔬菜
使人感染肠道传染病和寄生虫病
口蹄疫病毒、炭疽杆菌、绦虫的囊尾虫、肺吸虫囊蚴
病畜和鱼体
原始存在于病畜肉、内脏、乳以及鱼肉内
使人和牲畜患传染病和寄生虫病
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机理之后，我们就可以根据各种病原微生物和寄生虫的特点来寻找适当的方法进行防治。微生物在土壤中的存活时间长短不一，但都是有限的，都与土壤中的有机物种类和数量、土壤理化性质、酸碱度、光照时间、暴露条件、温度和湿度、微生物群系和抗生物质以及噬菌体等因子有关。据张薇等研究，真菌在酸性土壤中较多，放线菌在碱性土壤中较多，土壤经15天干旱后，细菌种类下降近90%，非芽孢细菌和球菌近乎消失，产芽孢细菌只剩三分之一。以下是一些病原微生物在土壤中的存活时间。只要我们研究出致病菌的敏感因子，有针对性地把这些因子控制在不适宜病原微生物生长条件的范围之内，有效地降低他们在土壤中的存活时间，就可以达到灭菌杀毒的目的了。
表7 致病菌在土壤中生存的时间(天)
粪链球菌
沙门氏菌
志贺氏菌
结核杆菌
霍乱弧菌
钩端螺旋体
炭疽杆菌
溶组织内阿米巴
肠道病毒
26-77
15-280
30-90
>180
8-60
15-43
15-60
6-8
8-170
引自中国大百科全书
病原体进入土壤后，一般会被土壤吸附截留，其影响因素主要有土壤类型、酸碱性、阳离子交换量和孔隙饱和度等。一般土壤表面积越大、pH越低、阳离子交换量越高，吸附病原体的数量就越多。另外渗滤液流速、土壤水分含量、病原体大小和土壤溶液中可溶性有机物数量等因子都会影响病原体在土壤中的保留及转移速度。如果可以通过改变这些因子来降低土壤病原体的吸附量，降低其在土壤中的停留时间，就能减轻土壤生物污染。
另外一些土壤微生物也可以通过竞争和拮抗作用来消灭病原菌，我们是不是可以考虑往污染土壤中加入一些无害的微生物，改善土壤质地、结构、温度、湿度、pH、有机质含量和植被等因子，以利于其生长，通过竞争碳源和氮源或者分泌一些对病原微生物有害的产物，从而抑制致病菌的生长，即饿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。如链霉菌能产生较多几丁质酶，对真菌有抑制作用。
1. 生物防治
其实土壤中本来就有很多具有生物防治潜力的有益微生物，不仅可以对病原菌进行有效的拮抗抑制，而且还有促进植物生长和增产的作用。江木兰等从油菜植株体内分离出的内生枯草芽孢杆菌BY-2可以使油菜核盘菌菌丝细胞浓缩变短，细胞壁破裂，原生质外溢，从而抑制真菌生长发育和菌核萌发，其抑制率高达60%～70%。Boer等研究表明，假单胞菌菌株Pseudomonas WCS358可以强烈分泌嗜铁素，与病原菌竞争Fe3+，从而抑制萝卜枯萎病。赵国其等用绿色木霉处理西瓜幼苗，能有效增强瓜苗长势，使其根系发达，以抑制西瓜枯萎病菌生长。另外毛壳菌可以有效降解纤维素和有机物，对土壤病原菌有拮抗作用。
微生物之间的竞争非常剧烈，主要包括营养物质的争夺、氧气的竞争和生态位点的抢占。铁元素是生物细胞酶系统的必需成分，生命体需要从外界获取Fe3+作为酶的辅基和电子传递受体，以维持其新陈代谢。只要我们切断了病原微生物获取铁的途径，就可以有效防治土壤生物污染。而事实上有很多微生物如荧光假单胞菌CS121能分泌强力结合Fe3+的嗜铁素螯合物，其强大吸收铁的竞争力促使土壤病原菌由于得不到足够的铁而不能正常生长繁殖。还有二硫化碳能够减弱土壤对木霉的抑制作用，木霉菌大量繁殖并竞争营养物和产生毒性物质，进而饿死和杀死有害细菌病毒，收到生物防治的效果。还有一些拮抗细菌会寄生在病原菌身上，吸取其营养，抑制其生长，例如木霉还可以缠绕在立枯丝核菌身上，抑制其菌丝生长，使病原菌细胞解体。
然而，生物防治大多具有单一性，我们应该考虑通过几种微生物的联合协同作用，同时杀死土壤中多种病原菌，大大提高综合防治效果。
据研究，植物根系分泌物对某些病原菌也有抑制作用。根系分泌物包括大分子有机物，如糖、蛋白质、酶和凝胶，还有小分子酸、酚、铜以及一些生长激素和黄酮等，其中有一部分或其进一步的分解产物具有化感作用。如小麦根系分泌物能直接抑制小麦全蚀病原菌的菌丝发育。化感物质还可以抑制土壤的硝化作用，对一些通过硝化作用获取物质和能量的病菌也有很好的防治效果。这启发我们是不是可以找到某些特殊植物，它们的根系分泌物能有效抑制土壤病原菌生长，从而达到植物防治的效果。
另外还有一个问题，二氧化碳浓度升高会不会对土壤微生物的活性产生影响呢?对于这个问题，学术界争论很大，其中Fransson认为高浓度CO2对土壤真菌有较大影响。从理论上来讲，CO2浓度升高会增强植物的光合作用，其凋谢物和根系分泌物也可能会发生变化，进而改变土壤微生物的碳源和氮源等生长物质。研究发现，土壤有机碳含量越高，土壤抑病性越强。如果土壤中的CO2浓度升高了，又会不会抑制微生物的呼吸作用或者改变土壤环境的pH，进而影响土壤微生物的生长繁殖。徐国强研究表明，CO2浓度升高会促进土壤有机碳的输入，为土壤微生物提供更多的可降解底物，促进其活性，增强土壤呼吸作用，而又有研究说土壤呼吸率与土壤抑病性有关，呼吸率越高，作物发病率越低。如果真的是这样的话，我们是不是可以采取某种措施如熏烟等，增大土壤中的CO2浓度，以抑制病原微生物生长。另外研究发现，土壤pH与土壤抑病性呈负相关，酸性越强的土壤抑病性越强。pH改变又会影响到土壤环境的氧化还原条件，改变一些微量元素如铁的价态或者浓度，减弱病原菌对这些元素的亲和力，抑制其生长，但同时会不会也威胁到植物的生长，有待进一步研究。
2.传统防治
总的来说，我们应该加强管理污染源和对污染土壤进行末端治理，有必要切断各种病原微生物和寄生虫的传播途径。
首先要对粪便、垃圾和生活污水进行无害化处理。及时监测和控制灌溉水质量，采用辐射杀菌法或高温堆肥法灭菌，好气法进行微生物发酵，以消灭垃圾中的致病菌和寄生虫卵，用密封发酵法、药物灭卵法和沼气发酵法等无害化灭菌法处理粪肥，同时还要加强管理感染动物。
防止医院废水直接流入土壤，加强对工业三废的治理和综合利用，合理使用农药和化肥并积极发展高效低毒低残留的农药。
另外我们可以改变土壤的理化性质和水分条件来控制病原微生物的传播，加强地表覆盖以抑制扬尘，切断致病菌的空中传播途径，还可以直接对土壤施药灭菌和杀毒。
不过最重要的是我们应该注意饮食卫生，生吃水果和蔬菜之前要彻底洗干净，蔬菜多洗几次，水果尽量去皮，不直接接触污染土壤，勤洗手，同时还要加强锻炼，增强身体抵抗力，以降低染病几率。
五、 土壤生物污染的展望
随着农业技术的进步，广谱、高效、微量和低毒的灭菌杀毒药物不断出现和更新，能有效治理土壤生物污染，生物防治方法也成为一个重要的研究方向。另外以细胞工程和发酵工程等生物技术为核心的微生物肥料及其产业化不仅收到了巨大的经济和社会效益，而且还产生了重大的生态环境效益。
中国农业科学院土壤肥料研究所根据以菌治菌和以肥抗病的原理，经过多年试验研发出具有肥药多效性的新一代微生物肥料，即联抗生物菌肥。它利用微生物的生命活动及其代谢产物去为农作物提供营养元素等生长物质，以改善农作物的养分供应，还可产生拮抗物质，从而抑制土壤病原菌的生长，达到提高产量、改善品质、减少化肥使用、减轻病害、提高土壤肥力和改善环境的目的。
联抗生物菌肥作为一种复合生物菌剂，含有多种从土壤中筛选出来能促进作物生长并抑制病原菌繁殖的菌种，不仅为作物提供养分以促进作物生长，还能产生拮抗物质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。联抗生物菌肥提高了化肥利用率，减少化肥使用量，增强农作物的抗寒、抗旱和抗病能力，有效降低了农作物的发病率。在辣椒、黄瓜、水稻、小麦、烟草、棉花、梨和桃等作物上的试验证明，土传病发病率降低70%～93%，作物产量增加10%～33%，收到了良好的社会经济效益和生态环境效益。
总之，我们要保护土壤环境，防治生物污染，让大家都能吃上健康放心的绿色食品。
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