微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法

2023-05-28 19:57:01

專利名稱：微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法
技術領域：
本發明涉及一種採用植物-微生物聯合生物修復重金屬汙染土壤技術，更具體地說，涉及一種用於鎘汙染土壤的微生物複合菌劑，及其微生物複合菌劑與植物聯合修復鎘汙染土壤的方法，該微生物複合菌劑可強化魚腥草對重金屬汙染土壤的吸收作用，從而實現重金屬汙染土壤的生物修複目的。
背景技術：
隨著現代經濟的高速發展，人類的活動造成了鎘、鉛、鋅和鉻等重金屬不斷地向環境中釋放，在土壤中積累，並通過食物鏈對人體產生危害，給人尖賴以生存的土壤帶來了嚴重的汙染。作為劇毒重金屬元素，全球每年釋放到環境中的鎘高達3. 9X104t。據統計，我國約有I萬多公頃土地受鎘的汙染，而每年因汙染而損失的糧食約1200萬噸，嚴重影響了我國的糧食生產和食物安全。由於重金屬進入土壤後不易分解、轉化或富集，以及土壤系統本身結構的複雜性，使得土壤重金屬汙染的治理變得十分困難。因此土壤系統中的有毒重金屬汙染和防治一直是土壤生態學研究的難點和熱點。目前，國內外用來降解或消除土壤重金屬汙染的方法基本上可分為物理法、化學法和生物修復法等3大類。採用物理法不僅成本昂貴，且需要特殊的儀器和經過培訓的專業人員，更主要的是無法從根本上解決問題。化學法主要採用添加外來物質，以改變土壤的化學性質，如通過調節土壤酸鹼度、氧化還原電位和陽離子交換量及其它化學性質(如土壤氧化鐵、氧化錳和氧化矽等的活性)，或者直接與重金屬相結合，從而改變重金屬的形態及其生物有效等，最終抑制或降低作物對重金屬的吸收。常見的添加物主要有有機物料、化學改良劑、沉澱劑和粘合劑等。1.施用有機物料來降解土壤中的重金屬已得到普遍認可。但有機物料對土壤中重金屬的影響極為複雜，隨其類型、土壤的性質以及重金屬種類的不同而異。2.施用的化學改良劑常有石灰性物質、鋼渣、高爐渣、粉煤灰及膨潤土等。施用石灰能顯著抑制水稻對鎘的吸收，但這種效果具有地帶性，僅適用於氫離子和非活性Al、Fe、Mn濃度高的土壤，而且效果在很大程度上取決於石灰的質量及其施用方法。3.添加化學沉澱劑如碳酸鹽對Pb、Cd、Hg、Zn可達到較好的防治效果,但對Fe、Mn、Cr等造成的汙染施用熔磷效果較好。或使用粘合劑使土壤、沉積物中的重金屬發生固定，使其不再向周圍環境遷移。水泥被認為是一種價廉、易得和有效的產品。4.利用輕金屬和重金屬之間的拮抗作用來減輕重金屬對植物的毒性。如鎘汙染區可通過施加鐵來減輕鎘對菸草的毒害。但以上方法不能從根本上治理重金屬汙染。鎘進入土壤後，由於土壤的固定作用很難消除，常用的物理、化學方法治理土壤重金屬汙染，不僅成本高，而且還會破壞土壤結構及有益微生物區系。植物提取修復重金屬汙染土壤技術由於其顯著的優越性而受到人們廣泛的關注。目前所發現的鎘超富集植物有十字花科遏藍菜屬(Thlaspi)植物、水蔥等，複合富集型植物如蜈蚣草、黑麥草、蘆竹、萎蒿等。我們進行土壤重金屬汙染修復所使用的魚腥草也是十字花科植物，生命力極強，直接用其根莖插於潮溼泥地，即可成活，對重金屬有較強的富集去除能力。但用於修復重金屬汙染土壤的植物(超積累植物)一般生長緩慢、植株矮小、地上部生物量小，限制了在實際中的應用。為了提高植物富集土壤中重金屬的效能，除了繼續尋找超積累植物種類外，人們還試圖通過在汙染土壤中加入天然或人工合成的螯合劑，如各種有機酸和EDTA等來強化超積累植物對重金屬的吸收能力。一些微生物能通過其代謝活動及代謝產物促進重金屬的溶解，使土壤中呈固態的重金屬活化成為可溶態或交換態，便於植物吸收富集，可大幅度提高植物修復效率。土壤重金屬汙染的生物修復以其低廉的成本、修復徹底等優點逐漸為人們所重視。但目前將微生物與植物聯合應用進行土壤重金屬汙染治理的實例還很少，多數方法是單一採用微生物吸附或單一採用植物修復。單一用微生物修復的局限在於微生物對環境的變化響應比較強烈，環境條件的改變能大大影響微生物修復效果。而植物-微生物聯合應用可彌補單一用微生物和單一用植物的不足，利用植物與微生物的共存關係，充分發揮植物與微生物修復技術各自的優勢，進而提高修復效率，加強修復效果。目前此修復的技術在我國還處於起步階段，現已公開的技術有1.植物與專性菌株的聯合修復在植物修復重金屬汙染土壤過程中向土壤中接種專性菌株，不僅可以提高植物生物量，而且還可以提高土壤中重金屬的生物可利用性。如盛下放等將3株Cd抗性菌株分別接種到高鎘土壤中的番茄中，增加了 Cd的吸收。江春玉等在盆栽試驗中加入鉛鎘抗性細菌，發現增加了印度芥菜和油菜的生長。以上所用的微生物菌群種類比較單一，使其在現場實際應用時適應土壤環境能力較差，修復效果沒有複合菌群好。2.植物與菌根的聯合修復含有大量微生物的菌根是一個複雜的群體，包括放射線菌、固氮菌和真菌，這些菌類有一定的降解汙染的能力，同時，菌根根際提供的微生態使菌根根際維持較高的微生物種群密度和生理活性，從而使微生物菌群更穩定。菌根表面的菌絲體可大增加根系的吸收面積，可為植物傳遞營養物質，提高植物的抗逆能力。陳秀華和趙斌盆栽試驗中在Cu2+汙染土壤中接種一種菌根真菌對紫雲英生長具有促進作用。雖然菌根化植物抗逆性強、吸收降解能力強，但不容易獲得。植物-微生物聯合修復技術通過發揮植物和微生物各自的優點，最大限度彌補其單方面在重金屬汙染修復中的不足，提高植物修復效果。但是，從植物及土壤微生物的種類和數量方面而言，構建植物-微生物修復重金屬汙染土壤有效配伍成為難點，也使得此技術實際應用還很少。

發明內容
本發明的目的是提供一種成本低，使用方便，無二次汙染，具有較好鎘汙染土壤生物修復效果的微生物複合菌劑，以及應用微生物複合菌劑與植物聯合修復鎘汙染土壤的方法，本方法通過在重金屬汙染土壤中栽種魚腥草，並接種微生物複合菌劑，通過細菌增強植物的耐鎘能力，增強植物對重金屬的吸收，實現土壤重金屬鎘汙染的高效快速的修復。為了達到上述的技術效果，本發明採取以下技術方案
—種微生物複合菌劑，包括下述數量計的組分突光假單胞菌(Pseudomonasf luorescens) I X IO9 9 X 109CFU/m3,瘤胃厭氧菌(Actinomyces Ruminicola) I X IO8 6 X 108CFU/m3,叢植菌根真菌(Glomus mosseae) I X IO9 9 X 109CFU/m3。進一步的技術方案是所述的微生物複合菌劑可以作為菌種保存，使用時取出進行活化、擴大培養。應用上述的微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法，包括以下步驟步驟一在含鎘土壤中栽種魚腥草，再將微生物複合菌劑接種到土壤中，或將魚腥草在微生物複合菌劑浸泡後，栽種於含鎘土壤中；步驟二 待魚腥草生長至枝葉繁茂時，收割魚腥草枝葉，去除土壤中的鎘。在上述修複方法的步驟一中所述的微生物複合菌劑接種到土壤中的用量為
O.5 lL/m2，可分1-2次接種，魚腥草對鎘的富集能力隨著微生物複合菌劑的加入而提高，同時魚腥草的生長量也隨之增加。進一步的技術方案是所述的魚腥草在微生物複合菌劑浸泡的時間為2 6h。本發明提供的微生物複合菌劑為耐鎘微生物複合菌劑，微生物複合菌劑與植物聯合作用能增強魚腥草對重金屬汙染土壤的生物修復作用，促進魚腥草對重金屬的耐性，複合菌劑中的微生物不僅能夠刺激並保護植物的生長，而且還具有活化土壤中重金屬汙染物的能力。同時，微生物通過刺激植物根系的生長發育影響植物對重金屬的吸收，間接地促進植物對重金屬的修復作用。因此，加入了耐鎘微生物複合菌劑後魚腥草對重金屬去除作用的效果增強。發明與現有技術相比，其優點及技術效果可進一步概括為1.本發明提供的耐鎘微生物複合菌劑，其基本組分為複合菌群，比單一用一種菌株或菌群強化魚腥草對重金屬汙染效果好，並且微生物對土壤環境適應能力強，各種組分微生物協同作用，能更好地增加魚腥草的耐性，促進植物在高鎘土壤中生長，提高植物對鎘的吸收能力，加強土壤重金屬去除效果。2.採用本發明提供的耐鎘微生物複合菌劑和魚腥草修複方法，環境友好，不帶來二次汙染，無毒性，對土壤作物和生態環境具有可靠的生物安全性。3.本發明提供的耐鎘微生物複合菌劑，其微生物菌群組成配方與魚腥草的搭配達到最佳，能有效強化魚腥草的重金屬修復作用。實驗表明，在鎘含量為200mg/kg的土壤中，加入該菌劑后土壤中的鎘含量可下降65 - 79%，魚腥草中的鎘含量比不加入微生物菌劑的對照增加了 50倍左右，鎘富集率增加了 70%左右，加快了修復速度，修復徹底。4.本發明提供的耐鎘微生物複合菌劑與魚腥草聯合應用於土壤重金屬汙染修復成本低、大約每平方公裡魚腥草只需費用幾十萬元，易於實施。適用範圍廣，既可用於原位修復，又可用於異位修復，是一種安全、環保、高效、經濟和實用的重金屬汙染土壤植物-微生物聯合修複方法，具有重要的應用價值。
具體實施例方式下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。實施例1 :
將本發明的微生物複合菌劑和魚腥草用於鎘汙染土壤盆栽實驗中。1、具體實施方法:I)本底檢測:取接種前土樣檢測鎘含量，魚腥草根、莖中鎘含量，植物生長量及土壤各項理化指標。2)配製微生物複合菌劑。微生物複合菌劑包括下述數量計的組分，螢光假單胞菌
7.5X 109CFU/m3，瘤胃厭氧菌3.8 X 108CFU/m3，叢植菌根真菌6.3X 108CFU/m3。將複合菌劑作為菌種保存，使用時取出一點活化擴大培養，擴大培養後用於直接浸泡植物的根。複合菌劑活化擴大培養的步驟如下:提取適量複合菌劑以體積比1:400到無菌BP培養基中培養I周，即可將菌劑直接用於土壤修復。上述的BP培養基包括下述重量的組分:蛋白腖10g，氯化鈉5g。3)接種微生物複合菌劑。將魚腥草清洗乾淨並用酒精消毒後將根部在微生物複合菌劑中浸泡4小時，並不斷晃動(54rpm左右)。4)種植魚腥草到含 鎘土壤中。2、修復效果I) 土壤重金屬 汙染修復效果:在鎘含量(200mg/kg)的土壤中分別種植浸泡微生物複合菌劑的魚腥草和未浸泡微生物複合菌劑的魚腥草，兩個月後，前者的土壤中含鎘量下降了 68.5%，而後者的含鎘量只下降了 46.7%，結果表明浸泡了微生物複合菌劑的魚腥草對鎘的去除能力更強。2)對植物生長的促進效果:盆栽兩個月後浸泡過微生物複合菌劑的魚腥草的生物量明顯高於未浸泡微生物複合菌劑的魚腥草，見表1，表明微生物複合菌劑能促進魚腥草的生長和對鎘的耐性。表I和表2中:R1為無鎘汙染,種有魚腥草的土壤；A為含鎘量為50mg/kg、種有浸泡微生物複合菌劑的魚腥草的土壤；B為含鎘量為50mg/kg、未加微生物複合菌劑、種有魚腥草的土壤；C為含鎘量為200mg/kg，種有浸泡微生物複合菌劑的魚腥草的土壤；D為含鎘量為200mg/kg、未加複合菌劑、種有魚腥草的土壤。表1:土壤中魚腥草生物量(單位:g)的變化
權利要求
1.一種微生物複合菌劑，其特徵在於包括下述數量計的組分:螢光假單胞菌IXIO9 9X109CFU/m3，瘤胃厭氧菌 IXlO8 6 X 108CFU/m3，叢植菌根真菌 IXlO9 9X109CFU/m3。
2.根據權利要求1所述的微生物複合菌劑，其特徵在於所述的微生物複合菌劑作為菌種保存，使用時取出進行活化、擴大培養。
3.應用權利要求1或2所述的微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一:在含鎘土壤中栽種魚腥草，再將微生物複合菌劑接種到土壤中，或將魚腥草在微生物複合菌劑浸泡後，栽種於含鎘土壤中； 步驟二:待魚腥草長至枝葉繁茂時，收割魚腥草枝葉，去除土壤中的鎘。
4.根據權利要求3所述的微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於步驟一中所述的微生物複合菌劑接種到土壤中的用量為0.5 lL/m2。
5.根據權利要求3所述的微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法，其特徵在於步驟一中所述的魚腥草在微生物複合菌劑浸泡的時間為2 6h。
全文摘要
本發明公開了一種微生物複合菌劑與魚腥草聯合修復鎘汙染土壤的方法，微生物複合菌劑包括下述數量計的組分螢光假單胞菌1×109～9×109CFU/m3，瘤胃厭氧菌1×108～6×108CFU/m3，叢植菌根真菌1×109～9×109CFU/m3；所述修復土壤的方法，包括以下步驟在含鎘土壤中栽種魚腥草，再將微生物複合菌劑接種到土壤中，或將魚腥草在微生物複合菌劑浸泡後，栽種於含鎘土壤中；待魚腥草長至枝葉繁茂時，收割魚腥草枝葉，即可去除土壤中的鎘。本發明提供的微生物複合菌劑能更好地增加魚腥草的耐性，促進植物在高鎘土壤中生長，提高植物對鎘的吸收能力，加強土壤重金屬去除效果；本發明提供的修復土壤的方法是一種安全環保高效經濟實用的重金屬汙染土壤植物-微生物聯合修複方法，具有重要的應用價值。
文檔編號B09C1/10GK103071672SQ201310038710
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者陳文清, 周麗蓉 申請人:四川大學