一種土壤重金屬修復(fù)劑及其制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土壤重金屬生物修復(fù)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎘污染修復(fù)劑的制 備與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬鎘及其化合物均具有一定的毒性，曾是引起日本"痛痛病"污染公害事件的 污染源。2013年2月，南方日報刊發(fā)了《湖南問題大米流向廣東餐桌》的文章，耕地土壤受 重金屬鎘的污染引起廣泛關(guān)注。而根據(jù)全國土壤污染調(diào)查公報，在鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、 鎳8種重金屬污染物中，鎘污染居首位，其點位超標(biāo)率達到7 %。鎘是耕地的首要污染物，鎘 污染主要存在于礦區(qū)、污灌區(qū)、城郊農(nóng)用地，總體來說南方污染重于北方。我國污灌農(nóng)田已 擴大到1. 4X107hm2,其中鎘污染耕地1. 3X104hm2,涉及11個省市25個地區(qū)，每年生產(chǎn)鎘米 (鎘含量超過lmg/kg的糙米）5. 0X107kg(馬彩云，2013)。水、大氣等受體的污染物最終將 會陸續(xù)轉(zhuǎn)移到土壤中，鑒于我國的土壤重金屬污染現(xiàn)狀，以及我國人均耕地資源短缺的現(xiàn) 狀，開展土壤重金屬污染修復(fù)，保障食品安全和人體健康已刻不容緩。
[0003] 植物修復(fù)受超積累植物的生物量限制，修復(fù)時間較長。有機、無機化學(xué)鈍化修 復(fù)，容易對土壤環(huán)境造成一定的破壞，在鈍化重金屬的同時易使土壤中的營養(yǎng)元素活性降 低，而微生物修復(fù)因具有成本低、環(huán)境友好及改善地力等優(yōu)點受到廣泛的重視，中國專利 201410101334. 8提供了一種鎘耐性細菌及其抑制水稻吸收重金屬鎘的方法，公開了一種假 單胞菌液修復(fù)稻田鎘污染的方法，因菌株發(fā)酵產(chǎn)品直接施用，未與載體復(fù)配，存在著微生物 活性低的弊端，同時單種功能菌修復(fù)效果穩(wěn)定性低。中國專利201410681387. 1提供了一種 鎘污染土壤微生物修復(fù)劑及其應(yīng)用，僅簡單的將微生物吸附于固體基質(zhì)膨潤土、海泡石上， 不能促進微生物的增殖，且將微生物和營養(yǎng)物質(zhì)氮、磷、鋅、鐵直接復(fù)配容易降低微生物活 性。中國專利201310251933. 3提供了一種土壤重金屬生物固定劑及其應(yīng)用方法，采用納豆 芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和康氏木霉等復(fù)配而成，制備方法復(fù)雜成本較高， 所用菌種對重金屬的耐受性不明，因此適用范圍窄，同時自然界中存在重金屬活化菌株，相 關(guān)文獻報道，巨大芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌對土壤鎘均有活化作用，巨大芽孢桿菌能 夠使磷酸鹽溶解，使得磷酸鹽固定的Cd2+釋放出來，膠凍樣類芽孢桿菌有較好的礦解作用， 能將土壤中的1(、51111、1%、0 &等元素釋放出來，這些陽離子將與0(12+競爭吸附點位，且由于 K+濃度增加使得土壤離子強度增加，這兩個因素都會降低土壤對鎘的吸附（王小敏，2013)， 菌株隨意復(fù)配容易降低施用效果、提高生產(chǎn)成本。中國專利201410829632. 9提供了一種土 壤修復(fù)的微生物復(fù)合菌劑及制備方法和用途，復(fù)合菌劑由一定比例的光合細菌、保加利亞 乳桿菌、枯草芽孢桿菌、啤酒酵母菌組成，對重金屬鎘的耐受范圍較窄，施用方法為撒施和 噴灑在土壤表層，也容易造成菌劑生物活性降低。
[0004] 鑒于農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)的最終目的在于阻斷重金屬污染物到食用作物的迀移， 因此尋找一種不占用農(nóng)田、對農(nóng)田無二次污染、適用范圍廣、效果好的土壤重金屬修復(fù)劑尤 為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種土壤重金屬修復(fù)劑的制備與應(yīng)用。
[0006] 所述的重金屬修復(fù)劑由淡紫擬青霉發(fā)酵液、東方伊薩酵母發(fā)酵液、地衣芽孢桿菌 發(fā)酵液和有機活性載體復(fù)配組成，按質(zhì)量百分比的組成為淡紫擬青霉發(fā)酵液2-% -3%、 東方伊薩酵母發(fā)酵液2-% -3%、地衣芽孢桿菌發(fā)酵液6-% -14%、有機活性載體 80-% -90 % 〇
[0007] 其中，淡紫擬青霉（Paecilomyceslilacinus)優(yōu)選為三炬03號菌株、保藏機構(gòu)： 中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏地點：湖北省武漢市，.武漢大學(xué)；保藏時間2010年6月30 日，保藏編號CCTCCN0:2010165 ;
[0008] 東方伊薩酵母（Issatchenkiaorientalis)優(yōu)選三炬-06菌株，保藏機構(gòu)：中國典 型培養(yǎng)物保藏中心，保藏地點：湖北省武漢市，武漢大學(xué)；保藏時間2012年11月21日；保 藏編號CCTCCN0:2012470
[0009] 地衣芽孢桿菌（Baclicuslincheniformis)優(yōu)選三炬-10菌株，保藏機構(gòu)：中國微 生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏地點，北京市朝陽區(qū)，中國科學(xué)院微生物研 究所，保藏時間2015年4月24日；保藏編號為CGMCCNo. 10741。
[0010] 所述的有機活性載體由菇渣、海藻渣復(fù)配組成，按質(zhì)量百分比的組成為菇渣 70% -100%、海藻渣0% -30%，優(yōu)選為菇渣70% -99%，海藻渣1% -30%。其中，所述的菇 渣優(yōu)選包括木耳、香菇、鳳尾菇、金針菇、杏鮑菇等種類中的至少一種，海藻渣優(yōu)選包括龍須 菜、海帶、紫菜、裙帶菜中的至少一種。菇渣和海藻渣優(yōu)選為粉碎使用，粉碎的目數(shù)優(yōu)選為過 60目篩。合適的有機載體對功能微生物存活與功能的發(fā)揮具有重要作用，本發(fā)明中的載體 解決了功能微生物對粗礦受污染土壤存活與適應(yīng)問題。
[0011] 三株菌具有重金屬鎘的耐受性：東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌、淡紫擬青霉在Cd2+ 濃度為〇--lg/L的固態(tài)培養(yǎng)基上生長良好，如圖1所示，三株菌對鎘的具有較強的耐受性。 同時三株菌能在含有不同Cd2+濃度0-lg/L的液體培養(yǎng)基中生長，進一步證明了三種菌種為 高耐受鎘的菌株，為制備土壤重金屬修復(fù)劑提供了良好的菌種來源。
[0012] 三株菌具有重金屬鎘的吸附性：東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌、淡紫擬青霉分別以 10%的接種量接種到在含有Cd2+濃度為0. 2-lg/L的發(fā)酵液中，發(fā)酵24h之后，對鎘的去除 率多50%。在0. 4g/L的鎘溶液中，東方伊薩酵母對鎘的去除率最大可達到74. 25%，地衣 芽孢桿菌對鎘的去除率可到達75. 45%，淡紫擬青霉對鎘的去除率最大可達到85. 13%，且 隨著發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵液中Cd2+濃度保持穩(wěn)定，具有吸附穩(wěn)定性。
[0013] 有機活性載體具有重金屬鎘的吸附性：投加lg/L的有機活性載體于0. 01g/L的 Cd2+溶液中，吸附開始時去除率增加速度較快，在10min內(nèi)去除率已經(jīng)達到60. 0%，至40min 時去除率達到98. 5%。隨后，反應(yīng)速率減慢，去除率效率緩慢上升后趨于平衡。
[0014] 所述重金屬修復(fù)劑的制備方法，具體步驟如下：
[0015] 1)淡紫擬青霉、東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌活化后分別接種在roB、YPD、營養(yǎng)瓊 脂液體培養(yǎng)基上制備種子液；
[0016] 2)淡紫擬青霉、東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌種子液分別以8% -15%接種量接種 至H)B、YPD、營養(yǎng)瓊脂二級發(fā)酵培養(yǎng)基中，28°C、180rpm發(fā)酵2-3d;
[0017] 3)所述的土壤重金屬修復(fù)劑由淡紫擬青霉發(fā)酵液、東方伊薩酵母發(fā)酵液、地衣 芽孢桿菌發(fā)酵液和有機活性載體復(fù)配組成，按質(zhì)量百分比的組成為淡紫擬青霉發(fā)酵液 2% -5%、東方伊薩酵母發(fā)酵液2 % -5%、地衣芽孢桿菌發(fā)酵液6 % -14%、有機活性載體 80% -90%。
[0018] 土壤重金屬修復(fù)劑為粉劑，有效活菌數(shù)多2億/g，水分20% -25%，有機質(zhì)含量 彡55%，pH值范圍在8-8. 5。
[0019] 所述重金屬修復(fù)劑的應(yīng)用，具體方法如下：
[0020] 施用量為100_300kg/畝，若為旱地土壤，翻耕前均勻的撒施在土壤表層后，翻耕 混勻，避免土壤干旱，配施有機肥效果更佳。若為水田，翻耕前均勻的撒施在土壤表層后，翻 耕混勻，平衡20-30d后插秧。最優(yōu)施用方法為：施用量300kg/畝，均勻撒施后翻耕混勻，水 田翻耕混勻后平衡30d。
[0021] 土壤重金屬修復(fù)劑的應(yīng)用效果：土壤重金屬修復(fù)劑以2g/L的接種量投加到含不 同的Cd2+濃度（0. 2-lg/L)的培養(yǎng)液中，經(jīng)過72h后，發(fā)酵液中鎘的去除率都大于60%，最 大值都可以達到85%以上。施用土壤重金屬修復(fù)劑后，油麥菜的鎘含量比空白對照組降低 了 49. 73%，稻米中鎘含量比空白對照組降低了 51. 10%，稻米產(chǎn)量增加26. 70%。
[0022] 本發(fā)明采用的淡紫擬青霉、東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌對重金屬鎘具有較強的 耐受性和吸附性。且三種菌株能夠相互協(xié)同又不產(chǎn)生拮抗作用，采用的有機活性載體也具 備較強的重金屬吸附性。本發(fā)明的土壤重金屬修復(fù)劑pH值范圍在8-8. 5,有效改良土壤酸 化情況，更有利于重金屬的鈍化。有效活菌數(shù)多2億/g，能鈍化土壤中的有效鎘，進而有效 阻斷土壤中的鎘流向植物中，還兼具提升地力、促生防病的功能，增產(chǎn)效果顯著。本發(fā)明成 本低、效果好，能夠原位修復(fù)土壤重金屬污染，切合我國耕地資源緊缺的國情，對農(nóng)田重金 屬防治具有重要的經(jīng)濟價值和深遠的生態(tài)意義。
[0023] 綜上，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點：
[0024] 1)本發(fā)明采用的淡紫擬青霉、東方伊薩酵母、地衣芽孢桿菌對重金屬鎘具有較 強的耐受性和鈍化功能，是重金屬修復(fù)的有效菌株，能夠使有效態(tài)鎘轉(zhuǎn)化為碳酸鹽結(jié)合態(tài) (同時也包括磷酸鹽態(tài)）、鐵錳（鋁）氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)等，菌株活性強， 適應(yīng)鎘范圍較廣。
[0025] 2)本發(fā)明采用的有機