利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法

2023-08-03 23:02:56

專利名稱：利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法
技術領域：
本發明涉及生態環保領域，具體是一種利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法。
背景技術：
土壤汙染是指人類活動所產生的汙染物通過各種途徑進入土壤，其數量和速度超過了土壤的容納和淨化能力，從而使土壤的性質、組成及性狀等發生變化，使汙染物質的積累過程逐漸佔據優勢，破壞了土壤的自然生態平衡，並導致土壤的自然功能失調、土壤質量惡化的現象。土壤汙染的明顯標誌是土壤生產力下降。土壤有機汙染物主要是化學農藥。 目前大量使用的化學農藥達數百種，其中主要包括有機磷農藥、有機氯農藥、氨基甲酸酶類、苯氧羧酸類、苯酚、胺類。此外，石油、多環芳烴、多氯聯苯、甲烷、有害微生物等也是土壤中常見的有機汙染物。有機氯農藥(organo-chlorine pesticides,OCPs)是一類重要的難降解有機汙染物，具有致癌、致畸和致突變效應，對人類健康構成潛在危害。中國的有機氯農藥生產已有很長一段歷史，有機氯農藥逐漸禁用和停止生產後遺留了大量的有機氯汙染場地。一般農藥生產企業的汙染場地土壤受汙染時間長，其深層土壤因缺少光照和微生物作用，有機氯農藥的光解和生物降解較困難，所以與表層土壤相比修復難度較大。植物修復是利用根系的吸收作用和體內發達的酶系統對汙染進行治理的一種修複方式。植物以太陽能作為驅動力，在修復土壤的同時還能淨化空氣和水體、美化環境、防止水土流失，無二次汙染，特別適用於大面積汙染區域的治理。由於植物新陳代謝的差異，所以植物修復的作用機理也不盡相同，但總體上可分為5種(I)植物揮發利用植物將一些揮發性汙染物吸收到植物體內，然後將其轉化為氣態物質釋放到大氣中；(2)植物提取植物直接吸收一種或幾種汙染物並在植物體內蓄積，之後將植物收穫進行處理；(3)植物降解植物利用本身產生的各種酶的作用，將吸收到植物體內的汙染物進行轉化和降解的一種方式；(4)植物根際作用利用植物根際微生物及根釋放的各種酶的降解作用來轉化有機汙染物；(5)植物穩定又稱植物鈍化，通過植物與土壤的共同作用，將汙染物吸附於根系及土壤表面，從而降低汙染物的有效形態。紫花苜蓿(Medicago sativa L.)為豆科蝶形花亞科苜蓿屬植物，因其產草量高、富含蛋白質、適口性好、適應性強等特點而被稱為「牧草之王」。紫花苜蓿是多年生植物，一般生長年限可達到10年左右，根系發達，莖葉繁茂。夏季它的茂密枝葉可以阻擋雨水對土壤的物理衝刷和地面徑流，秋冬季地表覆蓋度高，不會使表土受到大風的侵蝕，減少空氣中風沙含量。在水土流失嚴重的黃土高原區被譽為「水保先鋒」。紫花苜蓿根系發達入土深，一般可達到3-5米，最長可以達到10米以上，因此能吸收土壤深層的水分，抗旱能力自然就很高，而且龐大的根系上著生的大量根瘤，會進行生物固氮，每畝約固氮32. 9公斤，相當於2460kg的硫酸銨，這樣大大提高了土壤肥力，這一特性對草田輪作非常有利，可顯著提高後茬作物的產量和品質，並減少了肥料的投入，降低了因大量的肥料投入而引起的環境汙染。此外，近年來，用紫花苜蓿進行有機農藥汙染土壤修復的方法常有報導，如專利文獻I (CN 101966529A)中公開了使用紫花苜蓿修復多氯聯苯汙染土壤的方法，專利文獻2 (CN102228899A)中公開了使用紫花苜蓿修復苯胺類化合物汙染土壤的方法。然而，目前國內外對有機氯農藥汙染土壤實施生物修復的有效案例還很少，尤其在植物種類選擇及植物修復機制研究上還缺乏深入系統的研究。

發明內容
本發明的目的在於提供一種修復有機氯農藥汙染土壤的有效方法。具體而言，本發明的方法是一種利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟( I)對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水；(2)在紫花苜蓿種子上包覆含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑；(3)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(4)將包衣的紫花苜蓿種子播種到有機氯農藥汙染土壤中；(5)出苗後進行田間管理。步驟(I)中，優選在對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水之前，在有機氯農藥汙染土壤表面均勻噴灑質量濃度為0. 5%的十二烷基硫酸鈉溶液，並均撒膨潤土。其 中，所述膨潤土的用量優選為100公斤/畝，並優選在十二烷基硫酸鈉溶液噴灑後24小時以內進行耕翻、平整和灌水。步驟(2)中，所述紫花苜蓿種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子，所述有機氯農藥降解菌優選假單胞菌(Pseudomonas)和鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis),所述苜猜根瘤菌優選苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium moliloti)。步驟(2)的工藝流程優選如下把含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻後，再加入紫花苜蓿種子，反覆攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑，種子與菌劑的質量比為I : 7-10。其中，使用的粘著劑優選為選自羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、澱粉、明膠、阿拉伯樹膠中的I種或2種以上。步驟(3)的工藝流程優選如下把由步驟(2)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反覆震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最後將種子放於通風處，陰乾待用。其中，所述包衣材料優選為選自滑石粉、雲母粉、陶土粉中的I種或2種以上。步驟(4)中，優選的播種條件如下播種方式為條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3釐米。本發明的方法能夠有效進行土壤中有機氯農藥的分解、降解和吸附，減少土壤中有機氯農藥殘留，並且具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易於人工掌握等特點，為大面積修復有機氯農藥汙染土壤提供了有效方法。


圖I是表示本發明實施例具體步驟的流程圖。
具體實施例方式本發明是一種利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟( I)對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水；(2)在紫花苜蓿種子上包覆含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑；(3)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(4)將包衣的紫花苜蓿種子播種到有機氯農藥汙染土壤中；(5)出苗後進行田間管理。
本發明利用紫花苜蓿多年生、根系發達、可生物固氮以及可對汙染土壤進行修復等生物特性並結合微生物修復技術進行有機氯農藥汙染土壤的生物修復。含有有機氯農藥降解菌的菌劑通過包覆在紫花苜蓿種子上並通過包衣材料進一步的包裹作用，牢固地結合在紫花苜蓿種子上。當種子播入土壤中後，菌劑中包括有機氯農藥降解菌在內的微生物就會隨著種子的發芽、根系的生長和延伸，沿著紫花苜蓿的根系進行分布、繁殖。在有機氯農藥降解菌的微生物修復和紫花苜蓿的植物修復的雙重作用下，可有效分解、降解和吸附土壤表層乃至土壤深層汙染的有機氯農藥，從而有效減少土壤中有機氯農藥殘留。本發明的方法具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易於人工掌握等特點，是一種用於大面積修復有機氯農藥汙染土壤的有效方法。在上述步驟(I)中，十二烷基硫酸鈉(SDS)表面活性劑可促進有機氯農藥在紫花苜蓿體內的吸收和蓄積，從而提高有機氯農藥汙染土壤的生物修復效果。另外，膨潤土(Bentonite)是以蒙脫石為主的含水粘土礦，具有膨潤性、粘結性、吸附性、催化性、觸變性、懸浮性以及陽離子交換等特性。向土壤中加入膨潤土作為吸附劑，可以有效抑制降雨過程導致的土壤中有機氯農藥的滲濾。膨潤土的用量一般為75-150公斤/畝，優選100公斤/畝。另外，優選在十二烷基硫酸鈉溶液噴灑後24小時以內對土壤進行耕翻、平整和灌水。耕翻深度一般為15-30釐米，優選為20釐米。在上述步驟(2)中，紫花苜蓿種子優選成熟、飽滿、無蟲蛀的種子。使用這樣的種子，可以得到更好的土壤修復效果。另外，為了避免灰塵等對菌劑包覆的影響，優選將種子在常溫的清水中進行清洗，之後自然條件下乾燥。苜蓿根瘤菌是與苜蓿共生形成根瘤並將空氣中的氮還原成氨供植物營養的一類革蘭氏陰性菌。通過在菌劑中加入苜蓿根瘤菌，可促進紫花苜蓿根系的生長和固氮，從而提高土壤的修復效果。作為苜猜根瘤菌，優選苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium moliloti)。對使用的有機氯農藥降解菌沒有特別限制，可以列舉吉氏擬桿菌(Bacteroidesdistasonis)、假單胞菌(Pseudomonas)、鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)、金孢展齒革菌(Phanerochaete Chrysosprium Burdsall)等,但從適應農藥能力以及易誘發突變的角度來講，優選假單胞菌。假單胞菌降解有機氯農藥的主要機理為通過自然突變形成新的變種，並由基因調控產生誘導酶，在新的微生物酶作用下產生與環境相適應的代謝功能，從而對有機氯農藥進行降解。另外，還可以在菌劑中添加鞘氨醇單胞菌。鞘氨醇單胞菌是在環境保護及工業生產方面具有巨大應用潛力的一類細菌，對芳香化合物有極為廣泛的代謝能力。作為菌劑，例如可以分別將苜蓿中華根瘤菌在YMA液體培養基中、假單胞菌在LB液體培養基中、鞘氨醇單胞菌在LB液體培養基中進行培養，收集各菌後進行混合，得到複合菌劑。各菌的混合比(質量比)優選為，苜蓿中華根瘤菌假單胞菌鞘氨醇單胞菌=1 : 3 5 : 2 3，更優選為I : 5 : 3。對步驟(2)的具體工藝沒有特別限制，但優選使用如下方法把含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻後，再加入紫花苜蓿種子，反覆攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑。通過使用該方法，菌劑可通過粘著劑的作用牢固地粘附於種子上，菌劑在播種過程中不易從種子上脫落，播種後菌劑中的微生物可有效地沿著紫花苜蓿的根系進行分布、繁殖，從而提高了土壤的生物修復效果。在上述方法中，種子與菌劑的質量比優選為I : 7-10，更優選為I : 8。
對使用的粘著劑沒有特別限制，但從防止土壤汙染的角度來講，優選來源於植物或動物的粘著劑或者對這些粘著劑進行改性得到的粘著劑。作為這樣的粘著劑，可以列舉羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、澱粉、明膠、阿拉伯樹膠等。這些粘著劑可單獨使用或兩種以上混合使用。對步驟(3)的具體工藝沒有特別限制，但優選使用如下方法把由步驟(2)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反覆震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最後將種子放於通風處，陰乾待用。通過使用該方法，可以使包衣材料均勻地包裹在種子外粘附的菌劑上，從而更有效地改善了菌劑與種子之間的複合作用，提高土壤的生物修復效果。對使用的包衣材料沒有特別限制，但從防止土壤汙染的角度來講，優選天然的礦物質材料。作為這樣的包衣材料，可以列舉滑石粉、雲母粉、陶土粉等。這些包衣材料可單獨使用或兩種以上混合使用。從材料來源廣泛、價格便宜的角度來講，優選滑石粉。步驟(4)的播種條件優選如下播種方式為條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3釐米。步驟(5)中的田間管理是指及時的灌水、雜草防除和病蟲害防治等。實施例下面的實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實驗分析所用的農藥標準品a -、0 -、Y -、S -六六六標準樣品，除草劑2，4-D標準樣品，純度〉99. 99%，均購於北京化學試劑公司。實驗分析方法採用《有機氯農藥六六六汙染土壤的植物修復研究》(生態環境，2007年16卷第5期，1436-1440頁)和《氣相色譜-負化學源質譜法對水中2-甲-4-氯和2,4-滴的測定》(分析測試學報，2008年27卷第8期，816-819頁)。具體步驟如下(如圖I所示)①有機氯汙染土壤製作試驗地選擇在大連民族學院環境與資源學院實驗基地，試驗地面積400平方米,2010年6月5日用a-、0-、y-、S -六六六的1000倍稀釋液、除草劑2，4-D的500倍稀釋液進行均勻噴灑，噴灑後耕翻20釐米。隨機取5個土樣進行有機氯分析。②有機氯汙染土壤處理和耕作土壤表面噴灑質量濃度為0. 5%的SDS溶液，均撒膨潤土 100公斤/畝，之後進行20釐米耕翻、平整和灌水。
③紫花苜蓿種子的篩選、清洗和乾燥篩選成熟、飽滿、無蟲蛀的公農一號紫花苜猜(Medicago sativa L. cv. Gongnong NO. I)種子0. 9公斤(購自吉林省農業科學院畜牧科學分院草地研究所)，在常溫的清水中進行清洗後，自然條件下乾燥。④菌株培養和菌劑製作取苜猜中華根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)(購自上海艾研生物科技有限公司)、假單胞菌(Pseudomonns)(購自上海志研生物科技有限公司)和鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)(購自上海撫生實業有限公司),分別在28°C的條件下於液體培養基中搖床培養48h後，收集各菌，混合各菌得到複合菌劑。所用菌株和使用的培養基為苜蓿中華根瘤菌-YMA液體培養基(800ml)、假單胞菌-LB液體培養基(4000ml)、鞘氨醇單胞菌-LB液體培養基(2400ml);苜蓿中華根瘤菌假單胞菌鞘氨醇單胞菌(質量比)=1 : 5 : 3。⑤包覆菌劑粘著劑使用羥甲基纖維素鈉，取上述複合菌劑(約7200克)加入到質量濃度為5%的羥甲基纖維素鈉水溶液(6000ml)中，攪拌均勻後，再加入種子，反覆攪拌，使每一粒種子都粘有複合菌劑。 ⑥種子包衣包衣材料為滑石粉，把上述粘附有複合菌劑的種子放入到裝有滑石粉的包衣機中，經過包衣機反覆震蕩混合包衣，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最後將種子放於通風處，陰乾待用。⑦播種2010年6月15日進行條播播種，播種量I. 5-2公斤/畝，播種深度2_3釐米。⑧田間管理出苗後及時進行灌水、雜草防除和病蟲害防治。檢測分析結果如下2011年6月15日隨機取5個土樣進行有機氯消解分析，土壤中農藥六六六及其4種異構體的總含量降低幅度為48. 35%-67. 12%，除草劑2，4-D的總含量降低40. 17% ；2012年6月15日隨機取5個土樣進行有機氯消解分析，土壤中農藥六六六及其4種異構體的總含量降低幅度為65. 22%-83. 05%,除草劑2，4-D的總含量降低59. 33% ;說明本發明的方法能夠有效修復有機氯農藥汙染土壤。
權利要求
1.一種利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟 (1)對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水； (2)在紫花苜蓿種子上包覆含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑； (3)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣； (4)將包衣的紫花苜蓿種子播種到有機氯農藥汙染土壤中； (5)出苗後進行田間管理。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(I)中，在對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水之前，在有機氯農藥汙染土壤表面均勻噴灑質量濃度為0. 5%的十二烷基硫酸鈉溶液，並均撒膨潤土。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述膨潤土的用量為100公斤/畝，在十二烷基硫酸鈉溶液噴灑後24小時以內進行所述耕翻、平整和灌水。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述紫花苜蓿種子為成熟、飽滿、無蟲蛀的種子。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述有機氯農藥降解菌為假單胞菌和鞘氨醇單胞菌。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述苜蓿根瘤菌為苜蓿中華根瘤菌。
7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(2)的工藝流程如下把含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑加入到粘著劑中，攪拌均勻後，再加入紫花苜蓿種子，反覆攪拌，使每一粒種子上都粘有菌劑，種子與菌劑的質量比為1:7-10。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述粘著劑為選自羥甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、澱粉、明膠、阿拉伯樹膠中的I種或2種以上。
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟(3)的工藝流程如下把由步驟(2)得到的紫花苜蓿種子放入包衣機中，經過包衣機反覆震蕩混合，使每一粒種子都裹上一層包衣材料，最後將種子放於通風處，陰乾待用。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述包衣材料為選自滑石粉、雲母粉、陶土粉中的I種或2種以上。
11.根據權利要求1-10中任意一項所述的方法，其特徵在於，步驟(4)中，播種方式為條播，播種量為I. 5-2公斤/畝，播種深度為2-3釐米。
全文摘要
本發明公開了一種利用紫花苜蓿-有機氯農藥降解菌聯合修復有機氯農藥汙染土壤的方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)對有機氯農藥汙染土壤進行耕翻、平整和灌水；(2)在紫花苜蓿種子上包覆含有有機氯農藥降解菌和苜蓿根瘤菌的菌劑；(3)對包覆有菌劑的紫花苜蓿種子進行包衣；(4)將包衣的紫花苜蓿種子播種到有機氯農藥汙染土壤中；(5)出苗後進行田間管理。本發明能夠有效進行土壤中有機氯農藥的分解、降解和吸附，減少土壤中有機氯農藥殘留，具有修復速度快、效果好、操作簡單、處理量大、易於人工掌握等特點，為大面積修復有機氯農藥汙染土壤提供了有效方法。
文檔編號B09C1/10GK102744250SQ20121027395
公開日2012年10月24日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者劉淼, 姜健, 楊寶靈, 溫小紅, 王冰, 範方 申請人:大連民族學院