鎘污染土壤微生物修復劑及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于修復被鎘污染的土壤的微生物修復劑，以及這種微生物修復 劑在土壤修復中的應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬污染是指比重大于5或4(主要包括&1、211、0(1、？13、取、038、附、(：〇)的 金屬或其化合物在環(huán)境中所造成的污染。重金屬元素按其生物化學質(zhì)可分為兩類：一類是 在一定濃度范圍內(nèi)可以維持生物機體正常生理活動的必需元素，但如果其濃度超過一定范 圍，就會導致機體中毒，如銅、鋅等；另一類則是生物體正常生理活動的非必需元素，也就是 有害的元素，如鎘、汞、鉛等。鎘（cd)是生物毒性極強的重金屬元素，與Pb、cr、As和Hg合 稱為"五毒"，位列第二。
[0003] 土壤是人類生存環(huán)境的重要組成部分，土壤能吸持進入其內(nèi)部的各種污染物，特 別是重金屬元素，進而在土壤中發(fā)生累積，當累積量超過土壤自身的承受能力和允許容量 時，就會造成土壤污染。而且土壤重金屬污染相比大氣污染和水體污染而言，具有長期性、 隱蔽性、不可逆性、以及不能完全被分解或消逝等特點，并直接與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)，因此危害 嚴重、治理困難。如何有效地防治和解決土壤重金屬污染問題越來越受到世界各國的重視。 近年來，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及鎘在冶煉、化工、造紙和電子工業(yè)等方面的廣泛應用，使得土 壤Cd污染日趨嚴重，研宄發(fā)現(xiàn)，排放到環(huán)境中的Cd有82. 94 %進入土壤。
[0004] 鎘類化合物具有較大脂溶性、生物富集性和毒性，是一種劇毒物，也是土壤中最具 運動性的重金屬之一。早在1974年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和國際勞動衛(wèi)生重金屬委員會就將 其定為重點污染物，美國毒物管理委員會（ATSDR)己將其列為第六位危及人類健康的有毒 物質(zhì)，被國際癌癥研宄機構(gòu)確定為人類的肺癌和前列腺癌的確認致癌物。鎘是機體生長發(fā) 育非必需元素，少量進入人體即可通過生物放大和生物積累，對腎、肺、肝、睪丸、腦、骨骼以 及血液系統(tǒng)產(chǎn)生一系列損傷。食用含過量鎘食品而造成的中毒大多是急性的，主要癥狀是 惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛。鎘對人體的毒害引起了世界各國的重視，在我國也出現(xiàn)了許多污染 區(qū)鎘中毒的情況。
[0005] 在受重金屬鎘污染的土壤上種植作物，可直接導致糧食減產(chǎn)，而且Cd能使糙米中 的粗蛋白、粗淀粉、直鏈淀粉、賴氨酸等含量減少，降低作物的品質(zhì)。另外許多地方的糧食、 蔬菜和水果等食物中Cd含量超標和接近臨界值。我國許多農(nóng)產(chǎn)品由于鎘含量過高而被拒 之于外國的國門之外。如何有效的處理環(huán)境中的鎘污染，減少鎘在農(nóng)產(chǎn)品中的富集，已成為 近年來環(huán)境保護領(lǐng)域的突出問題。
[0006] 芽孢桿菌屬為革蘭氏陽性桿菌，在自然界分布比較廣泛，對不良環(huán)境有較強的抗 性。目前已有將芽孢桿菌作為生物吸附劑吸附重金屬Pb2+、Cu2+、Cd2+和Zn2+的報道。另 夕卜，芽孢桿菌的細胞壁與其他細菌相比，厚度大（20_80nm)，化學成分簡單，一般含有90% 肽聚糖和10%的磷壁酸。國內(nèi)外很多學者對細菌吸附重金屬的機理進行了大量的研宄，認 為革蘭氏陽性細菌對重金屬的吸附位點是細胞壁肽聚糖、磷壁酸上的羧基和糖醛酸上的磷 酸基。細菌細胞壁是由肽聚糖與磷壁酸連接而成的聚合體組成的，肽聚糖是NAM(N-乙酰胞 壁酸）和NAG(N-乙酰氨基葡萄糖）交替的高聚物。這些高聚物并列在一起并且進行交聯(lián)， 從而形成吸附層。N-乙酰胞壁酸是唯一存在于細菌細胞壁的物質(zhì)，附著在N-乙酰胞壁酸 上的是四個短鏈氨基酸，包括L-丙胺酸、D-丙胺酸、D-谷氨酸和二氨基庚二酸，這些短的多 肽鏈包含有自由的羧基和氨基官能團。細菌細胞壁的另一個結(jié)構(gòu)就是磷壁酸，是由短鏈的 甘油磷酸鹽組成，因此具有大量的負電荷，這是細菌細胞壁帶有大量負電荷，吸附重金屬能 力強的主要原因。酵母菌也具有高效抗重金屬的能力，并且抗性機理與細菌有很大的差別。 通常認為酵母菌）主要通過利用金屬硫蛋白螯合體內(nèi)重金屬，以減少破壞性較大的活性游 離態(tài)重金屬的存在。
[0007] 微生物修復措施的優(yōu)點是實施較簡單、投資較少和對環(huán)境破壞小，缺點是治理效 果至今不顯著，因為微生物修復容易受各種環(huán)境因素的影響，如溫度、氧氣、水分等均可影 響微生物活性，進而影響修復效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種鎘污染土壤微生物修復劑，以及這種復合微生物修復劑在土壤修 復中的應用，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
[0009] 本發(fā)明首先是提供一種鎘污染土壤微生物修復劑，其包括如下組分：短芽孢桿菌、 熱帶假絲酵母、營養(yǎng)物質(zhì)和載體。
[0010] 各組分的重量份數(shù)如下：短芽孢桿菌10-30份、熱帶假絲酵母5-10份、營養(yǎng)物質(zhì) 10-30份和載體50-200份。
[0011] 所述短芽孢桿菌選自保藏號CMCC63201、保藏號CMCC63202、保藏號CMCC63203、保 藏號保藏號CMCC63204、保藏號CMCC63205中的至少一種菌株；
[0012] 所述熱帶假絲酵母選自保藏號ACCC20004、保藏號ACCC20005、保藏號ACCC20006、 保藏號ACCC20148中的至少一種菌株；
[0013] 所述短芽孢桿菌的有效菌落數(shù)為20-80X108cfu/g，所述熱帶假絲酵母的有效菌 落數(shù)為 30-50X108cfu/g。
[0014] 所述營養(yǎng)物質(zhì)為氮，磷，鉀，鋅和鐵；各營養(yǎng)物質(zhì)優(yōu)選的配比為：所述氮，磷，鉀，鋅 和鐵的重量比例為N:P205:K20:ZnO:Fe203= 1. 1 :1. 8 :1. 5 :3 :1。
[0015] 所述載體為膨潤土、海泡石的至少一種，優(yōu)選采用膨潤土和海泡石的混合物，兩者 的重量比為0.3-0. 8 :1。
[0016] 作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，短芽孢桿菌、熱帶假絲酵母采用其經(jīng)如下方法生長培 養(yǎng)后得到的培養(yǎng)菌素：將短芽孢桿菌和熱帶假絲酵母的原始菌種在無菌條件下分別依次進 行斜面培養(yǎng)、搖床培養(yǎng)、發(fā)酵罐培養(yǎng)后，將得到的發(fā)酵液經(jīng)過濃縮干燥得到所述培養(yǎng)菌素。
[0017] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備所述鎘污染土壤微生物修復劑的方法，其是 將按短芽孢桿菌、熱帶假絲酵母、營養(yǎng)物質(zhì)和載體按比例混合攪拌均勻而得。
[0018] 本發(fā)明還有一個目的，是提供一種上述鎘污染土壤微生物修復劑在鎘污染土壤修 復中的應用中，該鎘污染土壤微生物修復劑為粉狀或顆粒狀劑型，在土地翻耕時拌細黃土 或摻入基肥中均勻撒施，平整土地，一般用量為10-80kg/m2。
[0019] 本發(fā)明所使用的微生物能迅速在土壤中定植生長并形成強大菌落，能直接吸附重 金屬離子，尤其是鎘到微生