利用堿蓬與固定化微生物菌劑耦合修復(fù)稀土污染的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固定化混合菌劑加上堿蓬的吸附污染物來修復(fù)稀土污染土壤的技術(shù)及制備方法。該方法是利用堿蓬對(duì)稀土的高吸附性與固定化微生物混合菌相互耦合，來吸附稀土達(dá)到修復(fù)被稀土污染土壤的效果。聯(lián)合的固定化菌劑，以巨大芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌兩種硅酸鹽細(xì)菌為混合菌劑，采用農(nóng)作物副產(chǎn)品為固定化載體。上述堿蓬與微生物菌劑聯(lián)合對(duì)于土壤中稀土的吸附率達(dá)到68.91%。本發(fā)明選用植物與微生物菌劑耦合方式來吸附土壤污染，具有低碳、環(huán)保，環(huán)境友好，并且對(duì)原生地不造成破壞，可使用于大面積的污染治理等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】利用堿蓬與固定化微生物菌劑耦合修復(fù)稀土污染的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用堿蓬與固定化微生物菌劑耦合來修復(fù)稀土污染土壤的技術(shù)，具體來說是一種固定化混合菌劑加上堿蓬的吸附污染物來修復(fù)稀土污染土壤的技術(shù)及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土金屬又稱稀土元素，是元素周期表III B族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱，常用R或RE表示。在稀土農(nóng)用方面，我國稀土農(nóng)用始于1972年，30多年來取得了舉世矚目的成績，首先，稀土能促進(jìn)種子萌發(fā)，稀土能明顯提高種子發(fā)芽力和活力，促進(jìn)種子中的蛋白質(zhì)和脂肪降解，促進(jìn)胚芽對(duì)可溶性糖的吸收，提高種子淀粉酶活性，從而達(dá)到促進(jìn)種子萌發(fā)的目的，另外，稀土還能促進(jìn)植物根系的活力，還可以提高作物的抗病蟲害能力，可使肥料利用效率提高34%以上，不僅極大地減少了農(nóng)藥的損失和浪費(fèi)，還有效解決了農(nóng)藥殘留導(dǎo)致的食品安全性問題。然而，稀土在帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)稀土農(nóng)用產(chǎn)生了一定的影響，雖然實(shí)驗(yàn)證明稀土能提高作物的抗逆性，并能減少重金屬在作物體內(nèi)的富集，但在使用不當(dāng)?shù)那闆r下，會(huì)引起稀土元素在作物、動(dòng)物乃至人體中的富集和危害，這是因?yàn)橄⊥猎卮嬖贖ormesis現(xiàn)象，即低劑量時(shí)對(duì)生物體產(chǎn)生有益反應(yīng)(刺激作用)，而高劑量時(shí)則產(chǎn)生有害反應(yīng)(抑制作用)，也即“低促高抑”，而該地區(qū)正好處在稀土高含量區(qū)。實(shí)驗(yàn)證明，農(nóng)作物吸收稀土的能力與土壤可給態(tài)稀土含量間呈正相關(guān)，作物體各部位稀土含量分布一般根 > 葉 > 莖〉果實(shí)；單一稀土在根部的分布特征是La3+ >Ce3+> Nd3+ > Y3+ > Gd3+，在葉、莖、果實(shí)的分布特征是Ce3+〉La3+〉Nd3+〉Y3+> Gd3+，說明輕稀土較重稀土易被作物吸收；作物在不同生長期吸收稀土的能力為幼苗期 > 分枝期 > 成熟期。在稀土礦產(chǎn)開發(fā)方面，隨著經(jīng)濟(jì)的日益增長和稀土價(jià)值的不斷提升，工業(yè)上對(duì)稀土的開發(fā)也越來越擴(kuò)大，所以，稀土礦產(chǎn)資源的污染也日趨嚴(yán)重，治理稀土污染迫在眉睫，首當(dāng)其沖的就是治理被稀土污染的土壤。
[0003]目前，針對(duì)土壤中稀土污染的修復(fù)，按原理大致分為:物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)等幾種類型。而微生物作為一種新興的修復(fù)方法，特點(diǎn)是成本低廉、環(huán)境友好，但微生物生存生長受到環(huán)境影響大，在應(yīng)用過程中受到限制。其中，微生物修復(fù)這種方法研究的最多，一般是根據(jù)土壤污染狀況，富集、馴化污染土壤中的土著微生物，或人工接種具有降解能力的高效微生物，以研究土壤微生物受土壤污染的影響變化，及土壤的污染物含量變化。
[0004]在我們調(diào)研及取樣的過程中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的植被種類甚少，但是一種草本植物——堿蓬，卻在該地區(qū)覆蓋面積較廣，生長趨勢良好；堿蓬:藜科、堿蓬屬一年生草本，莖直立，圓柱形，高達(dá)30?100厘米，花單生或2?3朵有柄簇生于葉腋的短柄上，呈團(tuán)傘狀，花被于果期呈五角星狀，是典型鹽生植物，其栽培技術(shù)比較粗放，主要分布于東北、西北、華北和河南、山東、江蘇、浙江等地。
[0005]在微生物菌劑的選擇方面，考慮到綜合效應(yīng)，我們選用巨大芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌兩種硅酸鹽細(xì)菌為混合菌劑，硅酸鹽細(xì)菌具有解磷、解鉀、固氮能力等，上述兩種菌不僅可以吸附稀土離子而且均具備硅酸鹽細(xì)菌的特征。這兩種混合菌劑對(duì)于土壤中稀土的吸附率達(dá)到50.48 %，修復(fù)后土壤中速效鉀的含量占全鉀的48.2%。而膠質(zhì)芽孢桿菌分泌的胞外多糖物質(zhì)還可作為一種保水劑，能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，防止土壤板結(jié)；破壞土壤毛細(xì)現(xiàn)象，防止土壤水分蒸發(fā)。
[0006]本發(fā)明采用的是利用堿蓬與固定化微生物菌劑耦合修復(fù)法，該方法是利用堿蓬對(duì)稀土的高吸附性與固定化之后的微生物混合菌相互耦合，來吸附稀土達(dá)到修復(fù)被稀土污染土壤的效果。
[0007]為解決上述問題，發(fā)明人發(fā)明了一種利用堿蓬與固定化混合菌劑耦合作用來修復(fù)稀土污染土壤的技術(shù)。植物以堿蓬作為標(biāo)本植物，以巨大芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌兩種硅酸鹽細(xì)菌為混合菌種，以農(nóng)作物副產(chǎn)品為固定化載體，制備植物與固定化混合菌劑耦合用以修復(fù)稀土污染土壤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明為克服植物與微生物菌劑耦合程度上，植物生長時(shí)，通過根系提供了微生物旺盛的生活場所；反過來，微生物的旺盛生長，增強(qiáng)了對(duì)污染物的降解，促使植物有更加優(yōu)越的生長空間，這樣的植物一微生物聯(lián)合體系就促進(jìn)了污染物的快速降解、礦化。
[0009]一種利用堿蓬與微生物菌劑聯(lián)合修復(fù)稀土污染土壤的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟，
(一)采集尾礦庫周邊稀土污染的土壤，滅菌后，測量其中的稀土含量；
(二)取堿蓬幼苗若干，植株聞低大體一致，等量分成9份，每份5株；
(三)取制作好的固定化混合菌，等量分成9份，待用；以巨大芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌作為修復(fù)稀土污染土壤的混合菌劑，以20-30%麥麩、15-20%糠、40-45%廢糖蜜、2_3%豆餅粉、0.05-0.1% Κ2ΗΡ04、0.03-0.05% MgSO4.7H20作為固定化載體，培養(yǎng)混合菌種一級(jí)種子液，將一級(jí)種子液按比例l:10(v/w)接入處理好的固定化載體中，保持水分50-55%，在28-30°C條件下吸附、固定、增值3-5天；按上述方法增值3次，即得固定化混合菌劑；
(四)將滅菌的箱子分成3組，每組3個(gè)，將步驟(一)中準(zhǔn)備好的土壤裝入箱子中；a組使用堿蓬與微生物菌劑耦合種植；b組僅種植堿蓬；c組僅使用經(jīng)馴化過的固定化微生物菌劑；
(五)將步驟(四)的箱子放置在室溫下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中的第30、60、90天分別取樣，取箱子中的土壤、植物、微生物，測量土壤中的稀土含量、植物中的稀土含量。
[0010]所述土壤優(yōu)選為稀土污染的鹽堿土。
[0011]本發(fā)明具有如下的有益效果:
(I)本發(fā)明選用植物與微生物菌劑耦合方式來吸附土壤污染，其具有利用太陽能作驅(qū)動(dòng)力；能量消耗和費(fèi)用少；對(duì)環(huán)境的破壞?。豢墒褂糜诖竺娣e的污染治理等優(yōu)點(diǎn)。
[0012](2)本發(fā)明同時(shí)選用兩種硅酸鹽細(xì)菌為修復(fù)菌種，不僅可以修復(fù)稀土污染土壤，而且還可以解鉀、解磷、固氮，增加土壤肥力。其中選用的膠質(zhì)芽孢桿菌，還可作為一種保水齊U，能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，防止土壤板結(jié)；破壞土壤毛細(xì)現(xiàn)象，防止土壤水分蒸發(fā)。為堿蓬創(chuàng)造了更好的生活環(huán)境，促進(jìn)其生長，從而提高吸附能力。[0013](3)本發(fā)明采用植物-微生物耦合修復(fù)污染土壤，比物理化學(xué)法的處理費(fèi)用低、對(duì)環(huán)境影響小、效率高，而且不會(huì)造成二次污染。
[0014](4)本發(fā)明的操作工藝簡單，生產(chǎn)成本低。
[0015]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的堿蓬與固定化細(xì)胞耦合修復(fù)稀土污染土壤的效果。
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的堿蓬與固定化細(xì)胞耦合吸附稀土離子的效果。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:
a、將預(yù)處理好的稀土污染土壤裝到寬80cm，長150cm的箱子中，取培養(yǎng)好的堿蓬幼苗(15cm左右)，移植到稀土污染土壤中。每株幼苗間隔30cm，利于分支的生長。
[0020]b、將制備好的固定化菌劑1:10 v/w撒到a步驟制備好的箱子中，保持水分20-30%,溫度28°C，培養(yǎng)90天，每隔10天測定土壤中的稀土殘余量，在幼苗期、分支期和成熟期測定堿蓬中的稀土總量。生長期間，無需施肥，因固定化載體為農(nóng)作物副產(chǎn)品，而所選固定化混合菌還具有解磷，解鉀的作用，可以釋放載體中的磷和鉀等元素，足夠植物生長了。
[0021]實(shí)施例2:
a、取堿蓬的種子，培養(yǎng)至種子發(fā)芽，將發(fā)芽的種子移載到預(yù)處理好的稀土污染土壤中。保持水分20-30%，溫度28°C。計(jì)算成活率。培養(yǎng)到幼苗生長到15cm左右。
[0022]b、將制備好的固定化菌劑1:10 v/w撒到a步驟制備好的箱子中，保持水分20-30%,溫度28°C，培養(yǎng)120天(培養(yǎng)時(shí)間加長主要是增加了堿蓬從發(fā)芽到長幼苗高15cm的時(shí)間)，每隔10天測定土壤中的稀土殘余量，在幼苗期、分支期和成熟期測定堿蓬中的稀土總量。生長期間，無需施肥，因固定化載體為農(nóng)作物副產(chǎn)品，而所選固定化混合菌還具有解磷，解鉀的作用，可以釋放載體中的磷和鉀等元素，足夠植物生長了。
[0023]比較例1-1
將預(yù)處理好的稀土污染土壤裝到寬80cm，長150cm的箱子中，取培養(yǎng)好的堿蓬幼苗(15cm左右)，移植到稀土污染土壤中。每株幼苗間隔30cm，利于分支的生長。
[0024]比較例1-2
a、將預(yù)處理好的稀土污染土壤裝到寬80cm，長150cm的箱子中。
[0025]b、將制備好的固定化菌劑1:10 v/w撒到a步驟制備好的箱子中，保持水分20-30%，溫度28°C，培養(yǎng)90天，每隔10天測定土壤中的稀土殘余量，在幼苗期、分支期和成熟期測定堿蓬中的稀土總量。生長期間，無需施肥，因固定化載體為農(nóng)作物副產(chǎn)品，而所選固定化混合菌還具有解磷，解鉀的作用，可以釋放載體中的磷和鉀等元素，足夠植物生長了。
[0026]比較例2-1
將預(yù)處理好的稀土污染土壤裝到寬80cm，長150cm的箱子中。取堿蓬的種子，培養(yǎng)至種子發(fā)芽，將發(fā)芽的種子移載到箱子中。保持水分20-30%，溫度28°C，培養(yǎng)到幼苗生長到15cm左右。計(jì)算成活率。
[0027]比較例2-2
a、將預(yù)處理好的稀土污染土壤裝到寬80cm，長150cm的箱子中。
[0028]b、將制備好的固定化菌劑1:10 v/w撒到a步驟制備好的箱子中，保持水分20-30%，溫度28°C。培養(yǎng)120天(培養(yǎng)時(shí)間加長主要是增加了堿蓬從發(fā)芽到長幼苗高15cm的時(shí)間。)每隔10天測定土壤中的稀土殘余量，在幼苗期、分支期和成熟期測定堿蓬中的稀土總量。生長期間，無需施肥，因固定化載體為農(nóng)作物副產(chǎn)品，而所選固定化混合菌還具有解磷，解鉀的作用，可以釋放載體中的磷和鉀等元素，足夠植物生長了。
[0029]稀土污染土壤的修復(fù)效果:
(I)用ICP-MS測得土壤稀土總量為272.30 mg/kg。
[0030](2)按上述實(shí)施例和比較例的方法修復(fù)稀土污染土壤，修復(fù)結(jié)果如表1所示。
[0031]表1
【權(quán)利要求】
1.一種利用堿蓬與微生物菌劑聯(lián)合修復(fù)稀土污染土壤的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟， (一)采集尾礦庫周邊稀土污染的土壤，滅菌后，測量其中的稀土含量； (二)取堿蓬幼苗若干，植株聞低大體一致，等量分成9份，每份5株； (三)取制作好的固定化混合菌，等量分成9份，待用；以巨大芽孢桿菌和膠質(zhì)芽孢桿菌作為修復(fù)稀土污染土壤的混合菌劑，以20-30%麥麩、15-20%糠、40-45%廢糖蜜、2_3%豆餅粉、0.05-0.1% Κ2ΗΡ04、0.03-0.05% MgSO4.7H20作為固定化載體，培養(yǎng)混合菌種一級(jí)種子液，將一級(jí)種子液按比例l:10(v/w)接入處理好的固定化載體中，保持水分50-55%，在28-30°C條件下吸附、固定、增值3-5天；按上述方法增值3次，即得固定化混合菌劑； (四)將滅菌的箱子分成3組，每組3個(gè)，將步驟(一)中準(zhǔn)備好的土壤裝入箱子中；a組使用堿蓬與微生物菌劑耦合種植；b組僅種植堿蓬；c組僅使用經(jīng)馴化過的固定化微生物菌劑； (五)將步驟(四)的箱子放置在室溫下培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中的第30、60、90天分別取樣，取箱子中的土壤、植物、微生物，測量土壤中的稀土含量、植物中的稀土含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用堿蓬與微生物菌劑聯(lián)合修復(fù)稀土污染土壤的方法，其特征在于:所述方法的稀土去除率最高可達(dá)69.23 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用堿蓬與微生物菌劑聯(lián)合修復(fù)稀土污染土壤的方法，其特征在于:所述稀土污染土壤為稀土污染的鹽堿土。
【文檔編號(hào)】B09C1/10GK104028550SQ201410237103
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】鄭春麗, 張雪峰, 司萬童, 王建英, 陳敏潔, 王亞琴, 聶立, 程昊 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)