CN103396963B - 一种土壤重金属镉、铜生物降解剂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤重金属镉、铜生物降解剂及其制造方法，该土壤重金属镉、铜生物降解剂主要成份为WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种以及炉灰、蛭石、活性有机物料。该土壤重金属镉、铜生物降解剂制造工艺步骤为：将WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种按配比混合成WH菌群，通过WH菌群二级培养基对WH菌群进行二级菌种培养，最后将炉灰、蛭石、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌按配方混合，常温下发酵10天以上、粉碎、包装制成土壤重金属镉、铜生物降解剂。利用该生物降解剂来降解土壤中的重金属镉、铜，其效果显著。

Description

一种土壤重金属镉、铜生物降解剂及其制造方法

技术领域

本发明涉及土壤重金属生物降解技术领域，特别涉及一种土壤重金属镉、铜生物降解剂及其制造方法。

背景技术

在上世纪末到本世纪初，是我们亚洲人进入工业化后，遭受重金属为害最严重的年代。首先是日本的水稻遭镉污染而有痛痛病等后遗症。台湾也不例外。所以在本世纪交替之时，重金属污染之研究特别受到重视。例如水稻品种间秈稻品系的糙米含镉量高于稉稻糙米含镉量。国际稻米重金属之安全品质标准台湾要由现行之0.45mg/g降到0.2mg/g。现国家抽查发现多宗的镉米事件，主要是大米的镉含量超标，对整个米业影响极大，国家也十分关注、重视，对各个加工厂进行整顿，并加大检查力度。台湾农田用不同淋洗剂处理来整治受重金属污染的土壤方法中以酸淋洗处理为工法简单，处理效果佳，所需时间短，经济效益较佳，及可调节处理量等特性而被接受。特别对镉污染之土壤，去除率可达到80%以上，对耕地在台湾土壤及灌溉用水都有含重金属的标准。

中国已成为环境问题最严重的国家。据统计截至上世纪末，我国受污染的耕地面积达2000多万顷，约占耕地面积的五分之一。每年因土壤污染粮食减产就达1000万吨，还有1200万吨粮食受污染。污染土壤的物质中，重金属污染占重要地位。调查显示，珠三角部分城市有近40%农田菜地土壤重金属污染超标，其中10%属严重超标。

重金属污染农田土壤的修复治理有多种途经。一是工程治理，例如翻土、换土，但实施复杂，费用高和易降低土壤肥力。二是化学治理，效果和费用都适中，缺点是容易再度活化。三是农业治理，易操作耗费较低，但周期长，效果不显著。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤重金属镉、铜生物降解剂及其制造方法，利用该生物降解剂来降解土壤中重金属镉、铜的含量。该生物降解剂所含的WH菌群是降解重金属镉、铜的微生物，该微生物的代谢活性可以导致溶解作用、沉降作用、螯合作用、生物性甲基化作用、细胞内累积或挥发作用，从而将土壤中重金属镉、铜降解。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种制造土壤重金属镉、铜生物降解剂的微生物，所述的微生物包含有地衣芽孢杆菌、Bacillus licheniformis、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所、保藏日期为2013年7月4日、保藏编号为CGMCC NO.7884、名为WH5菌种；蜡样芽孢杆菌、Bacillus cereus、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所、保藏日期为2013年7月4日、保藏编号为CGMCC NO.7885、名为WH6；米曲霉、Aspergillus oryzae、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所、保藏日期为2013年7月4日、保藏编号为CGMCC NO.7886、名为WH7菌种；铜绿假单胞菌、Pseudomonas aeruginosa、保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心、简称CGMCC、保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所、保藏日期为2013年7月4日、保藏编号为CGMCC NO.7883、名为WH4菌种。

采用上述微生物的土壤重金属镉、铜生物降解剂的主要成份为WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种以及炉灰、蛭石、活性有机物料。

该土壤重金属镉、铜生物降解剂内含菌种配比以重量百分比计为：

（1）WH5 菌种：10-45%；     （2）WH6 菌种：13-50%；

（3）WH7 菌种：8-40%；      （4）WH4 菌种：8-37%。

本发明的土壤重金属镉、铜生物降解剂的制造方法，包括菌种培养和配制，其工艺步骤为：

（1）将WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种按上述重量百分比配比混合均匀组成为WH菌群；

（2）所述WH菌群二级培养基按重量百分比配方：

活性有机物料  35—45%；米糠  35—45%；大豆粉 15—17%；奶粉   1.5—2.5%；糖 0.5—1.5%；其余水；

（3）二级菌种培养：先将WH菌群二级培养基按所述配方混合拌匀，常温下接种WH菌群，二级培养基温度范围30℃—60℃，PH值6.5—7.5，培养时间7-15天，培养成熟后获得WH菌群的活性糠菌，其含活菌数5亿—30亿个/克；

（4）将炉灰、蛭石、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵10天以上、粉碎、包装制成土壤重金属镉、铜生物降解剂：

炉灰               10-70%；

蛭石               5-10%；

活性有机物料       15-40%；

WH菌群活性糠菌     10-40%。

本发明是利用生物工程技术研制成的一种土壤重金属镉、铜生物降解剂，它利用了WH菌群对重金属镉、铜的强烈吸收效力而实现降解的。本微生物降解剂是由经过严格筛选的多种有益微生物经纯培养后复合而成，施入土壤后可以降低土壤中重金属镉、铬的毒性；可以明显改善土壤养分供应状况，主要通过WH菌群的各种菌剂促进土壤中重金属镉、铜的溶解和释放。菌剂在代谢过程中同时释放出大量的无机有机酸性物质，促进土壤中微量元素硅、铝、铁、镁、钼等的释放及螯合，改善土壤养分的供应情况。

本发明所提供的土壤重金属镉、铜生物降解剂是一种经过多年的探索与研究，从自然界分离、诱变、筛选驯化出性能显著的微生物，运用先进技术生产应用于治理重金属镉、铜污染的生物制剂，可降低土壤中重金属镉、铜的毒性，能显著降低植物对重金属镉、铜的摄取量。同比于化学法降解重金属镉、铜污染，本生物制剂更加有效、更安全、更经济、更实用，而且在降解重金属镉、铜的同时还能有效改善土壤的物理、化学与生物特性，有利于作物生长与农业生产。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

（1）本土壤重金属镉、铜生物降解剂，在WH菌群作用下，有效降低了污泥、土壤中重金属镉、铜的毒性，显著降低植物对重金属镉、铜的摄取量，修复、改良被重金属镉、铜污染的土壤，保护了环境。

（2）使用本土壤重金属镉、铜生物降解剂能持续地改良土壤，增加土壤有机质，提高土壤保水保肥和透气能力，促进作物生长。

（3）施用本土壤重金属镉、铜生物降解剂对降低农产品的重金属镉、铜含量效果明显，能降低到对人体健康无害的水平，有益于人体健康。

本发明涉及的生物材料样品保藏单位名称、地址、保藏日期和编号，以及该生物材料的分类命名如下表：                                                

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

一种土壤重金属镉、铜生物降解剂的主要成份为WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种以及炉灰、蛭石、活性有机物料。

上述微生物中， WH5菌种为地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）；WH6菌种为蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）；WH7菌种为米曲霉（Aspergillus oryzae）；WH4菌种为铜绿假单胞菌（Pseudomonas Aeruginosa）。

本土壤重金属镉、铜生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）：

（1）WH5菌种：10%；       （2）WH6菌种：13%；

（3）WH7菌种：40%；       （4）WH4菌种：37%。

本土壤重金属镉、铜生物降解剂的制造方法包括菌种培养和配制，其工艺步骤为：

（1）将上述WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种按上述重量百分比的配比混合均匀组成为WH菌群；

（2）WH菌群二级培养基配方（重量百分比）为：

活性有机物料40%、米糠40%、大豆粉16%、奶粉2%、糖1%、其余水；

（3）二级菌种培养，先将WH菌群二级培养基按上述配方混合拌匀，常温下接种WH菌群，培养基温度60℃，PH值7.0，培养时间7天，培养成熟后获得WH菌群的活性糠菌，含活菌可达30亿个/克；

（4）将炉灰、蛭石、活性有机物料、WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵10天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属镉、铜生物降解剂：

炉灰                    10%；

蛭石                    10%；

活性有机物料            40%；

WH菌群的活性糠菌        40% 。

 实施例2

本实施例的土壤重金属镉、铜生物降解剂各成份的配比及参数与例1不同之处为：

1、本土壤重金属镉、铜生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）：

（1）WH5菌种：26%；        （2）WH6菌种：50%；

（3）WH7菌种：8%；         （4）WH4菌种：16%。

2、二级菌种培养基的配比（重量百分比）为：活性有机物料35%、米糠45%、大豆粉17%、奶粉1.5%、糖0.5%、其余水。

3、二级菌种培养基温度为45℃，PH值6.5，培养时间10天，含活菌数可达20亿个/克。

4、将炉灰、蛭石、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵10天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属镉、铜生物降解剂：

炉灰                    38%；

蛭石                    7%；

活性有机物料            30%；

WH菌群的活性糠菌        25%。

其余各成份的配比、各参数及工艺步骤同例1。

 实施例3

本实施例的土壤重金属镉、铜生物降解剂各成份的配比及各参数与例1不同之处为：

1、本土壤重金属镉、铜生物降解剂内含菌种的配比为（重量百分比）：

（1）WH5菌种：45%；       （2）WH6菌种：30%；

（3）WH7菌种：17%；       （4）WH4菌种：8%。

2、二级菌种培养基的配比（重量百分比）为：活性有机物料45%、米糠35%、大豆粉15%、奶粉2.5%、糖1.5%、其余水。

3、二级菌种培养基温度为30℃，PH值7.5，培养时间15天，含活菌数可达5亿个/克。

4、将炉灰、蛭石、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵10天以上、粉碎、包装制成活性微生物土壤重金属镉、铜生物降解剂：

炉灰                  70%；

蛭石                  5%；

活性有机物料          15%；

WH菌群的活性糠菌      10%。

其余各成份的配比、各参数及工艺步骤同例1。

 实施例4：应用对比实例之一

试验名称：本土壤重金属镉、铜生物降解剂降解污泥重金属镉、铜盆栽水稻试验

试验目的：探索经过添加本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的土壤与未经处理的土壤用于盆栽水稻时，植株与土壤重金属镉、铜含量的差异。

一、     材料与方法

1、试验材料

（1）试验用盆：塑料圆大盆，盆口直径60厘米，高20厘米，装土壤20公斤。

（2）试验基质：重金属镉、铜污染土壤。

（3）指示作物：水稻。

（4）供试药剂：本土壤重金属镉、铜生物降解剂。

2、试验设计与方法

本试验设两个处理，三次重复。

处理一：本土壤重金属镉、铜生物降解剂10克/公斤土壤（土壤混合本土壤重金属镉、铜生物降解剂预先处理10天）。

处理二：（CK）空白土壤。

各处理每盆装污泥20公斤，杆插水稻苗15株/盆，均配合常规施肥（三元复合肥）。

二、结果与分析

1、2012年6月16日割取水稻测定重金属镉、铜含量，结果如下表：

 2、2012年6月16日抽取盆中土壤测定重金属六价铬含量及PH值，结果如下表：

 3、结果分析

（1）从收取的水稻检测结果可看出，经本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的水稻对镉、铜的含量有大幅度降低，分别降低了100%、97.88%，效果非常显著。

（2）从盆泥测定结果可看出，施用本土壤重金属镉、铜生物降解剂后，栽培基质（土壤）中镉、铜的含量分别降低了50.65%、60.33%，效果显著。从PH值看，施用本土壤重金属镉、铜生物降解剂与CK没有明显差异。

三、结论

    用本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的土壤能有效降低土壤中重金属镉、铜含量，也能有效地减少水稻对重金属镉、铜的摄取量，效果显著。

 实施例5：应用对比实例之二

试验名称：本土壤重金属镉、铜生物降解剂降解污泥重金属镉、铜试验

1、试验时间：2012年3月8日—2012年5月9日

2、试验样品：河涌污泥。

3、试验设计：本试验设2个处理，三次重复。

处理一：本土壤重金属镉、铜生物降解剂10克/公斤污泥。

处理二：（CK）空白对照。

4、处理60天后，于2012年5月9日抽取样测定各处理污泥重金属镉、铜含量，结果如下表：

 5、结果分析

从测定结果可看出，使用本土壤重金属镉、铜生物降解剂后污泥中重金属镉、铜含量得到一定程度降低，其幅度分别为48.02%、48.18%，效果明显。  

实施例6：应用对比实例之三

试验名称：本土壤重金属镉、铜生物降解剂降解污泥重金属镉、铜盆栽菠菜试验

试验目的：探索经过加本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的污泥与未经处理的污泥在菠菜种植中菜株重金属镉、铜含量的差异。

一、     材料与方法

一、     试验材料

（1）试验用盆：瓦盆，盆口直径20厘米，高18厘米，装污泥3.0公斤。

（2）试验基质：河涌污泥。

（3）指示作物：菠菜。

（4）供试药剂：本土壤重金属镉、铜生物降解剂。

2、试验设计与方法

本试验设两个处理：

处理一：本土壤重金属镉、铜生物降解剂10克/公斤污泥（污泥混合本土壤重金属镉、铜生物降解剂预先处理10天）。

处理二：（CK）空白污泥。

二、结果与分析

1、各处理于2012年1月13日播种，均配合常规施肥，2012年4月9日割取菜苗测定重金属镉、铜含量，结果如下表：

 2、结果分析

从检测结果可看出，经本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的菠菜苗重金属镉、铜含量比CK有所降低（分别降低65.71%、77.84%），降低效果明显。

三、结论

    经过初步试验，本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的污泥用于种植菠菜能有效地降低菜株中重金属镉、铜含量。

实施例7：应用对比实例之四

试验名称：本土壤重金属镉、铜生物降解剂降解土壤重金属镉、铜盆栽小白菜试验

试验目的：探索经过加本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的土壤与未处理的土壤在小白菜种植中菜株重金属镉、铜含量的差异。

一、     材料与方法

1、试验材料

（1）试验用盆：瓦盆，盆口直径20厘米，高18厘米，装土壤3.0公斤。

（2）试验基质：受污染的土壤。

（3）指示作物：小白菜。

（4）供试药剂：本土壤重金属镉、铜生物降解剂。

2、试验设计与方法

本试验设两个处理，三次重复，两处理均配合常规施肥（三元复合肥）。

处理一：本土壤重金属镉、铜生物降解剂1克/公斤土壤。

处理二：（CK）空白土壤。

二、结果与分析

1、2012年4月13日播种，6月8日割取菜苗测定重金属镉、铜含量，结果如下表：

 2、株重测定结果如下表： 

3、结果分析

（1）从检测结果可看出，经本土壤重金属镉、铜生物降解剂处理的菜苗重金属镉、铜含量比CK分别降低了49.43%、47.08%，降低效果较显著。

（2）从株重测定结果看，施用本土壤重金属镉、铜生物降解剂株重增加非常明显，增幅达60.42%。

三、结论

   土壤中施用本土壤重金属镉、铜生物降解剂种植小白菜对于菜株重金属镉、铜含量降低效果显著，且能显著提高产量。

Claims (4)

1.一种制造土壤重金属镉、铜生物降解剂的微生物菌群，其特征在于：所述微生物菌群由地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis），保藏编号为CGMCC NO.7884，名为WH5菌种；蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus），保藏编号为CGMCC NO.7885，名为WH6菌种；米曲霉（Aspergillus oryzae），保藏编号为CGMCC NO.7886，名为WH7菌种；铜绿假单胞菌（Pseudomonas Aeruginosa），保藏编号为CGMCC NO.7883，名为WH4菌种组成。

2.采用权利要求1所述微生物菌群的土壤重金属镉、铜生物降解剂，其特征在于：它的主要成份为WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种以及炉灰、蛭石、活性有机物料。

3.根据权利要求2所述的土壤重金属镉、铜生物降解剂，其特征在于：该土壤重金属镉、铜生物降解剂内含菌种配比以重量百分比计为：

（1）WH5菌种：10-45%；     （2）WH6菌种：13-50%；

（3）WH7菌种：8-40%；      （4）WH4菌种：8-37%。

4.一种根据权利要求2所述土壤重金属镉、铜生物降解剂的制造方法，包括菌种培养和配制，其特征在于：制造所述土壤重金属镉、铜生物降解剂的工艺步骤为：

（1）将WH5菌种、WH6菌种、WH7菌种、WH4菌种按权利要求3所述的重量百分比配比混合均匀组成为WH菌群；

（2）所述WH菌群二级培养基按重量百分比配方：

活性有机物料  35—45%；米糠  35—45%；大豆粉 15—17%；奶粉 1.5—2.5%；糖 0.5—1.5%；其余水；

（3）二级菌种培养：先将WH菌群二级培养基按所述配方混合拌匀，常温下接种WH菌群，二级培养基温度范围30℃—60℃，pH值 6.5—7.5，培养时间7-15天，培养成熟后获得WH菌群的活性糠菌，其含活菌数5亿—30亿个/克；

（4）将炉灰、蛭石、活性有机物料和WH菌群的活性糠菌，按以下重量百分比配方混合、常温发酵10天以上、粉碎、包装制成土壤重金属镉、铜生物降解剂：

炉灰                    10-70%；

蛭石                    5-10%；

活性有机物料            15-40%；

WH菌群活性糠菌          10-40%。