CN103071672A

CN103071672A - 微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法

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Publication number: CN103071672A
Application number: CN2013100387109A
Authority: CN
Inventors: 陈文清; 周丽蓉
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103071672B

Abstract

本发明公开了一种微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法，微生物复合菌剂包括下述数量计的组分：荧光假单胞菌1×10⁹～9×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌1×10⁸～6×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌1×10⁹～9×10⁹CFU/m³；所述修复土壤的方法，包括以下步骤：在含镉土壤中栽种鱼腥草，再将微生物复合菌剂接种到土壤中，或将鱼腥草在微生物复合菌剂浸泡后，栽种于含镉土壤中；待鱼腥草长至枝叶繁茂时，收割鱼腥草枝叶，即可去除土壤中的镉。本发明提供的微生物复合菌剂能更好地增加鱼腥草的耐性，促进植物在高镉土壤中生长，提高植物对镉的吸收能力，加强土壤重金属去除效果；本发明提供的修复土壤的方法是一种安全环保高效经济实用的重金属污染土壤植物-微生物联合修复方法，具有重要的应用价值。

Description

微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种采用植物-微生物联合生物修复重金属污染土壤技术，更具体地说，涉及一种用于镉污染土壤的微生物复合菌剂，及其微生物复合菌剂与植物联合修复镉污染土壤的方法，该微生物复合菌剂可强化鱼腥草对重金属污染土壤的吸收作用，从而实现重金属污染土壤的生物修复目的。

背景技术

随着现代经济的高速发展，人类的活动造成了镉、铅、锌和铬等重金属不断地向环境中释放，在土壤中积累，并通过食物链对人体产生危害，给人尖赖以生存的土壤带来了严重的污染。作为剧毒重金属元素，全球每年释放到环境中的镉高达3.9×10⁴t。据统计，我国约有1万多公顷土地受镉的污染，而每年因污染而损失的粮食约1200万吨，严重影响了我国的粮食生产和食物安全。由于重金属进入土壤后不易分解、转化或富集，以及土壤系统本身结构的复杂性，使得土壤重金属污染的治理变得十分困难。因此土壤系统中的有毒重金属污染和防治一直是土壤生态学研究的难点和热点。

目前，国内外用来降解或消除土壤重金属污染的方法基本上可分为物理法、化学法和生物修复法等3大类。采用物理法不仅成本昂贵，且需要特殊的仪器和经过培训的专业人员，更主要的是无法从根本上解决问题。化学法主要采用添加外来物质，以改变土壤的化学性质，如通过调节土壤酸碱度、氧化还原电位和阳离子交换量及其它化学性质（如土壤氧化铁、氧化锰和氧化硅等的活性），或者直接与重金属相结合，从而改变重金属的形态及其生物有效等，最终抑制或降低作物对重金属的吸收。常见的添加物主要有有机物料、化学改良剂、沉淀剂和粘合剂等。

1.施用有机物料来降解土壤中的重金属已得到普遍认可。但有机物料对土壤中重金属的影响极为复杂，随其类型、土壤的性质以及重金属种类的不同而异。

2.施用的化学改良剂常有石灰性物质、钢渣、高炉渣、粉煤灰及膨润土等。施用石灰能显著抑制水稻对镉的吸收，但这种效果具有地带性，仅适用于氢离子和非活性Al、Fe、Mn浓度高的土壤，而且效果在很大程度上取决于石灰的质量及其施用方法。

3.添加化学沉淀剂如碳酸盐对Pb、Cd、Hg、Zn可达到较好的防治效果，但对Fe、Mn、Cr等造成的污染施用熔磷效果较好。或使用粘合剂使土壤、沉积物中的重金属发生固定，使其不再向周围环境迁移。水泥被认为是一种价廉、易得和有效的产品。

4.利用轻金属和重金属之间的拮抗作用来减轻重金属对植物的毒性。如镉污染区可通过施加铁来减轻镉对烟草的毒害。

但以上方法不能从根本上治理重金属污染。镉进入土壤后，由于土壤的固定作用很难消除，常用的物理、化学方法治理土壤重金属污染，不仅成本高，而且还会破坏土壤结构及有益微生物区系。植物提取修复重金属污染土壤技术由于其显著的优越性而受到人们广泛的关注。

目前所发现的镉超富集植物有十字花科遏蓝菜属（Thlaspi）植物、水葱等，复合富集型植物如蜈蚣草、黑麦草、芦竹、蒌蒿等。我们进行土壤重金属污染修复所使用的鱼腥草也是十字花科植物，生命力极强，直接用其根茎插于潮湿泥地，即可成活，对重金属有较强的富集去除能力。但用于修复重金属污染土壤的植物(超积累植物)一般生长缓慢、植株矮小、地上部生物量小，限制了在实际中的应用。

为了提高植物富集土壤中重金属的效能，除了继续寻找超积累植物种类外，人们还试图通过在污染土壤中加入天然或人工合成的螯合剂，如各种有机酸和EDTA等来强化超积累植物对重金属的吸收能力。一些微生物能通过其代谢活动及代谢产物促进重金属的溶解，使土壤中呈固态的重金属活化成为可溶态或交换态，便于植物吸收富集，可大幅度提高植物修复效率。土壤重金属污染的生物修复以其低廉的成本、修复彻底等优点逐渐为人们所重视。但目前将微生物与植物联合应用进行土壤重金属污染治理的实例还很少，多数方法是单一采用微生物吸附或单一采用植物修复。单一用微生物修复的局限在于：微生物对环境的变化响应比较强烈，环境条件的改变能大大影响微生物修复效果。而植物-微生物联合应用可弥补单一用微生物和单一用植物的不足，利用植物与微生物的共存关系，充分发挥植物与微生物修复技术各自的优势，进而提高修复效率，加强修复效果。目前此修复的技术在我国还处于起步阶段，现已公开的技术有：

1.植物与专性菌株的联合修复

在植物修复重金属污染土壤过程中向土壤中接种专性菌株，不仅可以提高植物生物量，而且还可以提高土壤中重金属的生物可利用性。如盛下放等将3株Cd抗性菌株分别接种到高镉土壤中的番茄中，增加了Cd的吸收。江春玉等在盆栽试验中加入铅镉抗性细菌，发现增加了印度芥菜和油菜的生长。以上所用的微生物菌群种类比较单一，使其在现场实际应用时适应土壤环境能力较差，修复效果没有复合菌群好。

2.植物与菌根的联合修复

含有大量微生物的菌根是一个复杂的群体，包括放射线菌、固氮菌和真菌，这些菌类有一定的降解污染的能力，同时，菌根根际提供的微生态使菌根根际维持较高的微生物种群密度和生理活性，从而使微生物菌群更稳定。菌根表面的菌丝体可大增加根系的吸收面积，可为植物传递营养物质，提高植物的抗逆能力。陈秀华和赵斌盆栽试验中在Cu²⁺污染土壤中接种一种菌根真菌对紫云英生长具有促进作用。

虽然菌根化植物抗逆性强、吸收降解能力强，但不容易获得。

植物-微生物联合修复技术通过发挥植物和微生物各自的优点，最大限度弥补其单方面在重金属污染修复中的不足，提高植物修复效果。但是，从植物及土壤微生物的种类和数量方面而言，构建植物-微生物修复重金属污染土壤有效配伍成为难点，也使得此技术实际应用还很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，使用方便，无二次污染，具有较好镉污染土壤生物修复效果的微生物复合菌剂，以及应用微生物复合菌剂与植物联合修复镉污染土壤的方法，本方法通过在重金属污染土壤中栽种鱼腥草，并接种微生物复合菌剂，通过细菌增强植物的耐镉能力，增强植物对重金属的吸收，实现土壤重金属镉污染的高效快速的修复。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种微生物复合菌剂，包括下述数量计的组分：荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)1×10⁹～9×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌(Actinomyces Ruminicola)1×10⁸～6×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌(Glomus mosseae)1×10⁹～9×10⁹CFU/m³。

进一步的技术方案是：所述的微生物复合菌剂可以作为菌种保存，使用时取出进行活化、扩大培养。

应用上述的微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法，包括以下步骤：

步骤一：在含镉土壤中栽种鱼腥草，再将微生物复合菌剂接种到土壤中，或将鱼腥草在微生物复合菌剂浸泡后，栽种于含镉土壤中；

步骤二：待鱼腥草生长至枝叶繁茂时，收割鱼腥草枝叶，去除土壤中的镉。

在上述修复方法的步骤一中所述的微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5～1L/m²，可分1-2次接种，鱼腥草对镉的富集能力随着微生物复合菌剂的加入而提高，同时鱼腥草的生长量也随之增加。

进一步的技术方案是：所述的鱼腥草在微生物复合菌剂浸泡的时间为2～6h。

本发明提供的微生物复合菌剂为耐镉微生物复合菌剂，微生物复合菌剂与植物联合作用能增强鱼腥草对重金属污染土壤的生物修复作用，促进鱼腥草对重金属的耐性，复合菌剂中的微生物不仅能够刺激并保护植物的生长，而且还具有活化土壤中重金属污染物的能力。同时，微生物通过刺激植物根系的生长发育影响植物对重金属的吸收，间接地促进植物对重金属的修复作用。因此，加入了耐镉微生物复合菌剂后鱼腥草对重金属去除作用的效果增强。

发明与现有技术相比，其优点及技术效果可进一步概括为：

1.本发明提供的耐镉微生物复合菌剂，其基本组分为复合菌群，比单一用一种菌株或菌群强化鱼腥草对重金属污染效果好，并且微生物对土壤环境适应能力强，各种组分微生物协同作用，能更好地增加鱼腥草的耐性，促进植物在高镉土壤中生长，提高植物对镉的吸收能力，加强土壤重金属去除效果。

2.采用本发明提供的耐镉微生物复合菌剂和鱼腥草修复方法，环境友好，不带来二次污染，无毒性，对土壤作物和生态环境具有可靠的生物安全性。

3.本发明提供的耐镉微生物复合菌剂，其微生物菌群组成配方与鱼腥草的搭配达到最佳，能有效强化鱼腥草的重金属修复作用。实验表明，在镉含量为200mg/kg的土壤中，加入该菌剂后土壤中的镉含量可下降65－79％，鱼腥草中的镉含量比不加入微生物菌剂的对照增加了50倍左右，镉富集率增加了70%左右，加快了修复速度，修复彻底。

4.本发明提供的耐镉微生物复合菌剂与鱼腥草联合应用于土壤重金属污染修复成本低、大约每平方公里鱼腥草只需费用几十万元，易于实施。适用范围广，既可用于原位修复，又可用于异位修复，是一种安全、环保、高效、经济和实用的重金属污染土壤植物-微生物联合修复方法，具有重要的应用价值。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1：

将本发明的微生物复合菌剂和鱼腥草用于镉污染土壤盆栽实验中。

1、具体实施方法：

1）本底检测：取接种前土样检测镉含量，鱼腥草根、茎中镉含量，植物生长量及土壤各项理化指标。

2）配制微生物复合菌剂。微生物复合菌剂包括下述数量计的组分，荧光假单胞菌7.5×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌3.8×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌6.3×10⁸CFU/m³。将复合菌剂作为菌种保存，使用时取出一点活化扩大培养，扩大培养后用于直接浸泡植物的根。复合菌剂活化扩大培养的步骤如下：提取适量复合菌剂以体积比1：400到无菌BP培养基中培养1周，即可将菌剂直接用于土壤修复。上述的BP培养基包括下述重量的组分：蛋白胨10g，氯化钠5g。

3）接种微生物复合菌剂。将鱼腥草清洗干净并用酒精消毒后将根部在微生物复合菌剂中浸泡4小时，并不断晃动（54rpm左右）。

4）种植鱼腥草到含镉土壤中。

2、修复效果

1）土壤重金属污染修复效果：

在镉含量（200mg/kg）的土壤中分别种植浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草和未浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草，两个月后，前者的土壤中含镉量下降了68.5%，而后者的含镉量只下降了46.7%，结果表明浸泡了微生物复合菌剂的鱼腥草对镉的去除能力更强。

2）对植物生长的促进效果：

盆栽两个月后浸泡过微生物复合菌剂的鱼腥草的生物量明显高于未浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草，见表1，表明微生物复合菌剂能促进鱼腥草的生长和对镉的耐性。

表1和表2中：R1为无镉污染，种有鱼腥草的土壤；A为含镉量为50mg/kg、种有浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草的土壤；B为含镉量为50mg/kg、未加微生物复合菌剂、种有鱼腥草的土壤；C为含镉量为200mg/kg，种有浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草的土壤；D为含镉量为200mg/kg、未加复合菌剂、种有鱼腥草的土壤。

表1：土壤中鱼腥草生物量（单位：g）的变化

培养周数	R1	A	B	C	D
						0	1.0085	1.0085	1.0085	1.0085	1.0085
2	1.3492	0.6515	0.4855	1.1003	0.852
						4	1.8793	1.4594	1.086	1.1474	1.0793
6	2.6386	1.7024	1.5949	1.447	1.0934
						8	2.0362	2.9591	2.3855	2.8144	2.3013

3）对鱼腥草富集能力的影响：

盆栽实验两个月后浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草中的镉含量明显高于未浸泡微生物复合菌剂的鱼腥草中的镉含量，见表2，表明微生物复合菌剂能提高鱼腥草的镉富集能力。

表2：鱼腥草中镉含量的变化（mg/kg）

培养周数	R1	A	B	C	D
						0	6.926	6.926	6.926	6.926	6.926
2	7.007	40.88	36.3	29.29	31.22
						4	7.081	77.97	54.07	189.6	192.6
6	6.233	78.91	68.66	263.3	221.7
						8	6.806	96.7	85.56	338.7	242.7

实施例2：

本实施例采用微生物复合菌剂中各细菌的其他比例用于镉污染土壤盆栽实验。

1、具体实施方法

1）本底检测。于接种复合菌剂前取土样检测镉含量，鱼腥草根、茎中镉含量，植物生物量及土壤各项理化指标。

2）制备微生物复合菌剂。微生物复合菌剂包括下述数量计的组分：荧光假单胞菌1.2×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌4.5×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌3.4×10⁷CFU/m³。

3）接种微生物复合菌剂。将微生物复合菌剂浇灌于土壤上，微生物复合菌剂与土壤的比例为0.6L/m²。

4）鱼腥草清洗干净并用酒精消毒，种植鱼腥草到含镉土壤中。

2、修复效果

1）土壤重金属污染修复效果：

在加入和不加入微生物复合菌剂的含镉200mg/kg的土壤中分别种植鱼腥草，两个月后，前者的土壤中含镉量下降了67.8%，后者的含镉量只下降了45.4%，结果表明加入了微生物复合菌剂后鱼腥草对镉的去除能力更强。

2）对植物生长的影响：

在加入和不加入微生物复合菌剂的含镉200mg/kg的土壤中分别种植鱼腥草，两个月后，前者的鱼腥草的生物量为2.9130g，明显高于后者的鱼腥草的生物量2.0789g，表明复合菌剂能促进鱼腥草的生长和对镉的耐性。

3）对鱼腥草镉富集能力的影响：

盆栽实验两个月后加入微生物复合菌剂的鱼腥草中的镉含量为356.4mg/kg，明显高于未加入微生物复合菌剂的鱼腥草中的镉含量235.6mg/kg，表明复合菌剂能提高鱼腥草的镉富集能力。

实施例3：

本实施例为微生物复合菌剂的其他比例用于镉污染土壤盆栽实验。

1、具体实施方法

2）制备微生物复合菌剂。微生物复合菌剂包括下述数量计的组分：荧光假单胞菌3.3×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌1.2×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌1.3×10⁷CFU/m³。

3）接种微生物复合菌剂。将微生物复合菌剂浇灌于土壤上，微生物复合菌剂与土壤的比例为0.9L/m²。

2.修复效果

1）土壤重金属污染修复效果：

在加入和不加入微生物复合菌剂的含镉200mg/kg的土壤中分别种植鱼腥草，两个月后，前者的土壤中含镉量下降了65.9%，后者的含镉量只下降了43.8%，结果表明加入微生物复合菌剂的后鱼腥草对镉的去除能力更强。

2）对植物生长的影响：

在加入和不加入微生物复合菌剂的含镉200mg/kg的土壤中分别种植鱼腥草，两个月后，前者的鱼腥草的生物量为2.896g，明显高于后者的鱼腥草的生物量2.106g，表明复合菌剂能促进鱼腥草的生长和对镉的耐性。

3）对鱼腥草镉富集能力的影响：

盆栽实验两个月后加入微生物复合菌剂的土壤中种植的鱼腥草中的镉含量为367.2mg/kg，明显高于未加入微生物复合菌剂的土壤中的鱼腥草中的镉含量为228.9mg/kg，表明复合菌剂能提高鱼腥草的镉富集能力。

本发明的实施例还采用了下述微生物复合菌剂进行修复实验，均取得了较好的修复效果。微生物复合菌剂包括下述数量计的组分：

1)荧光假单胞菌2.5×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌1.8×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌7×10⁷CFU/m³；

2)荧光假单胞菌5.8×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌2.6×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌6×10⁷CFU/m³；

3)荧光假单胞菌4.3×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌5.8×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌2.2×10⁷CFU/m³；

4)荧光假单胞菌6.4×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌2.3×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌4.1×10⁷CFU/m³。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims

1.一种微生物复合菌剂，其特征在于包括下述数量计的组分：荧光假单胞菌1×10⁹～9×10⁹CFU/m³，瘤胃厌氧菌1×10⁸～6×10⁸CFU/m³，丛植菌根真菌1×10⁹～9×10⁹CFU/m³。

2.根据权利要求1所述的微生物复合菌剂，其特征在于所述的微生物复合菌剂作为菌种保存，使用时取出进行活化、扩大培养。

3.应用权利要求1或2所述的微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤二：待鱼腥草长至枝叶繁茂时，收割鱼腥草枝叶，去除土壤中的镉。

4.根据权利要求3所述的微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于步骤一中所述的微生物复合菌剂接种到土壤中的用量为0.5～1L/m²。

5.根据权利要求3所述的微生物复合菌剂与鱼腥草联合修复镉污染土壤的方法，其特征在于步骤一中所述的鱼腥草在微生物复合菌剂浸泡的时间为2～6h。