CN103880486A - 微生物菌肥及其制备方法和治理重金属污染土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明在于提供一种微生物菌肥及其制备方法，以及在接种蚯蚓的重金属污染土壤中，混合使用该微生物菌肥，以治理土壤重金属污染的方法。所述微生物菌肥的制备方法，将蚯蚓粪过筛得到粘性土状的固体粉末；向所得粉末加入水，充分搅拌后，曝氧，得到蚯蚓粪混合物；向所得蚯蚓粪混合物中加入蔗糖，搅拌均匀，即得微生物菌肥。本发明所提供的治理土壤重金属污染的方法，能明显提高土壤脲酶活性，促进绿化植物根系有机酸分泌，降低重金属元素危害，因此具有明显的环境保护价值。

Description

微生物菌肥及其制备方法和治理重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及农业和环境污染治理技术领域，特别是涉及一种蚯蚓粪制备的微生物菌肥、其制备方法及其在治理重金属土壤污染中的应用。

背景技术

当前，环境已成为全球共同关注的重大问题。各种环境问题正越来越严重地威胁着人类的生存和发展，最近几十年来，污染物最终进入的宿体—土壤的环境质量正越来越得到人们更深入的认识与重视。各种工业废水、废气，城市生活垃圾、污水及污泥与畜禽粪便、化肥、农药等都可以对土壤造成污染，尤其是重金属污染。

重金属是指原子密度大于5g/cm³的一类金属元素，大约有40种，主要包括Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ag、Sn等。但是，从毒性角度一般把As、Se和Al等也包括在内。重金属离子（如Cu²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺和Co²⁺等）是植物代谢必需的微量元素，可是如果它们过量则具有相当毒性，早已引起了全世界社会和公众的高度重视。由于重金属污染土壤结构较差，养分缺乏，重金属以毒性较强的形态存在，从而影响植物的生长。土壤重金属离子对土壤酶活性产生抑制或激活作用，进而影响土壤养分释放及从土壤中获取养分的作物生长，因此，土壤酶活性的测定将有助于判断土壤重金属污染程度及其对作物生长的影响。研究结果表明，土壤酶，土壤脲酶活性与土壤重金属浓度显著相关，可表示出土壤受重金属污染程度。受重金属污染的土壤经过生物修复后，脲酶活性得到恢复，可根据脲酶活性恢复状况判断土壤重金属污染的生物修复效果。

为治理土壤重金属污染，通常要加入各种改良剂以改善土壤的物理化学性质，促进植物生长，增强植物修复的效果。除了必要的氮、磷、钾肥料外，常用的改良剂包括腐殖酸、石灰、磷矿物、铁锰氧化物、粉煤灰、生物活性污泥、猪粪、堆肥、合成锆石等。通常这些改良剂本身可降低重金属在土壤中的活性，在植物稳定中起着重要的作用。但是，这类改良剂治理重金属污染面积小，生产效率较低，在改善植物对土壤重金属污染的适应力方面效果不佳，更为重要的是，通常在制备过程中还易产生环境污染问题。

近几十年来，国际上大量开展了利用某些能够富集重金属的生物清除土壤重金属污染的设想—生物修复技术的思想。与传统治理方法相比，这类技术以其潜在的高效、经济及其生态协调性等优势显示出巨大的生命力，成为环境研究的热点。其中，蚯蚓已成为重金属污染下生物修复的重要技术来源（例如利用蚯蚓处理污水厂重金属污泥等），但是目前，以蚯蚓粪或以其为原料制备产品并用于重金属污染治理的方法还较少，相关生物修复技术仍然是空白。

但是，目前用蚯蚓粪来治理重金属污染方面的专利申请，相关专利申请都旨在提供以蚯蚓粪为原料进行污染物吸附或者蚯蚓直接吞噬污染泥土，均未涉及将蚯蚓接种与使用蚯蚓粪制备微生物菌肥来协同的工艺和方法，进而改善绿化植物在重金属污染下生长的作用。例如专利201210014161.7（一种重金属污染土壤的生物修复方法）公开了一种重金属污染土壤的生物修复方法，在重金属污染土壤中放入蚯蚓养殖，并收集蚓粪、成蚓、幼蚓和蚓卵，采用动物、植物和微生物联合实现对土壤修复，特别适合于轻度或中度铜、镉、铅复合污染土壤。这和我们申请接种蚯蚓并同时施用蚓粪制备微生物菌肥来改善重金属污染下绿化植物生长的内容完全不同，处理的污染面积也远远小于我们的申请；专利201010565619.9（用蚯蚓处理污水处理厂重金属污泥的方法）通过制备蚯蚓床和进行蚯蚓接种来处理污水处理厂的重金属污泥，是通过蚯蚓直接吞噬污泥方法来完成重金属治理，方式简单，效果单一；专利201210001405.8（一种利用蚯蚓粪制取蚓粪活性炭的方法）公开了一种利用蚯蚓粪制取蚓粪活性炭的方法，通过制备蚓粪活性炭来实现对废水、重金属和恶臭气体的的吸附作用，与本申请相比，原理完全不同，而且处理能力弱，也不具备在污染场地原位现场处理的工艺要求；专利：03133750.3（一种蚯蚓粪生物复合肥）通过微生物对蚯蚓粪发酵获得生物复合肥，能够改善植物活性，不涉及重金属污染，也不涉及接种蚯蚓与微生物的协同效果。

发明内容

基于此，本发明的目的之一，在于提供一种使用蚯蚓粪所制备微生物菌肥，从而改善重金属污染土壤条件下绿化植物生长的方法，其方法较为简单易操作，且所得的微生物菌肥具有充当增产保肥的优质肥料和治理修复重金属污染影响的天然改良剂的双重效果。

本发明提供一种用于治理接种有蚯蚓的重金属污染土壤的微生物菌肥的制备方法，包括以下步骤：

将蚯蚓粪过筛得到粘性土状的固体粉末；

按照所得粉末：水=1：5～20的比例向所得粉末加入水，充分搅拌后，曝氧20-30小时，得到蚯蚓粪混合物；

向所得蚯蚓粪混合物中加入蔗糖，其中所述蚯蚓粪混合物与蔗糖的质量比例为150～300：1，在常温下充分搅拌，即得微生物菌肥。

在其中一些实施例中，按照所得粉末：水=1：8～12的质量比例向所得粉末加入水；所述蚯蚓粪混合物与蔗糖的质量比为180～210：1

在其中一些实施例中，上述制备方法中，所述蚯蚓粪是在垃圾填埋场的土壤中培养蚯蚓得到的蚯蚓粪。

本发明还提供根据上述方法制得的微生物菌肥。

本发明还提供一种治理重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

选用赤子爱胜蚓，接入重金属污染土壤中，接种量为5～8条/kg干土；

将权利要求4中所述的微生物菌肥稀释500-1000倍制成水溶液，并对每亩重金属污染土壤施用400～600kg所述水溶液。

在其中一些实施例中，上述治理方法中所述重金属为镉或铅。

优选地，上述治理方法中所选用的接种蚯蚓为具有环带的蚯蚓。

本发明所提供的接种蚯蚓协同使用蚯蚓粪制备微生物菌肥的方法，资源利用率高，生产设备较简单，生产效率高，无环境污染。按照该方法所制备的微生物菌肥，能明显促进植物根系有机酸分泌，提高土壤脲酶活性，降低重金属元素为害，另外，还能改善植物对土壤重金属污染的适应力和抗性，因此本方法具有明显的农业与环境保护价值。同时，将该微生物菌肥与常规的接种蚯蚓治理重金属污染土壤的操作相结合，还为接种在土壤中的蚯蚓提供了营养，从而在自身起到治理重金属污染的作用的同时，提高接种蚯蚓治理重金属污染的功效。另外，本发明中制备微生物菌肥的材料可以来自于蚯蚓吞噬了垃圾土壤后形成的蚓粪，一举两得。本申请的方法填补了以蚯蚓粪为原料通过制备菌肥来与接种蚯蚓同时使用，进行重金属污染污染下促进绿化植物生长的生物技术的空白。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和实验数据，对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

本实施例所述的以蚯蚓粪制备的微生物菌肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）取来自于城市卫生垃圾填埋场或农村简易垃圾填埋场的垃圾土壤喂养的蚯蚓所产出的蚓粪，经10-40目筛得到粘性土状的固体粉末；

（2）按照所得粉末：水=1：10质量分数比例加入水，在容器内充分搅拌后曝氧24小时；

（3）按照所得溶液：蔗糖=200：1的质量分数比例加入蔗糖，充分搅拌，即得茶黄色微生物菌肥。

经测定，上述方法所制得的菌肥有效活菌数≥30亿/克，其中包含：70%芽孢杆菌，20%固氮菌，剩余10%为光合细菌、曲霉和长柄木霉。

实施例2

本实施例是使用蚯蚓接种并协同实施例1所得蚓粪微生物菌肥治理重金属污染土壤的方法，包括以下步骤。

（1）采用赤子爱胜蚓，挑取活性强、个体壮、体重基本一致的具有环带的蚯蚓个体，接入重金属污染土壤中，接种量为6条/kg干土（相当于1.2g±0.1/kg干土）；

（2）将实施例1所制备得到的微生物菌肥溶液作为基肥，加水稀释700-800倍，制成水溶液；

（3）采用开沟或挖坑基施的方法，按照每亩重金属污染土壤施用500千克水溶液的用量进行，并注意均匀混入土中。

使用结果表明，施用这种肥料可使重金属污染土壤中生长的绿化植物及草坪植物的生理活性及生物量明显增加。

实施例3

本实施例是使用蚯蚓接种并协同实施例1所得蚓粪微生物菌肥治理重金属污染土壤的方法，考察对土壤酶活性和绿化木本植物和草坪植物生理活性的影响的检验实验。

一、实验方法：

1、以常规菜园土为试验用土壤，运回室内自然风干，剔除砾石、塑料袋、植物根系碎屑等杂质，充分混合，过2mm筛，装袋备用。

2、于大棚内进行植物盆栽试验，用塑料盆装土，每盆装土1kg。选择长势一致的绿化和草坪植株移栽于塑料盆中，每盆1株，每处理5盆，分为重金属镉污染、重金属铅污染和对照，预培养3个月；

对于重金属镉和铅污染土壤，分别用3CdSO₄·8H₂O（分析纯）和Pb（NO₃）₂与去离子水配成母液，然后稀释成所需的镉和铅处理浓度，并分别一次性施入相应的盆栽土壤中；试验Cd处理浓度为50mg·kg^-1、Pb处理浓度为1000mg·kg^-1；

对于对照土壤，采用常规菜园土；

预培养期间，采取人工拔草除虫等常规栽培措施，并采用称重法补充消耗的水分。

3、预培养完成后，分别以常规菜园土及市场销售的微生物菌肥肥料(微生物菌肥购自北京华夏康源科技有限公司)为对照，对重金属污染的菜园土及接种蚯蚓及蚯蚓粪制备的微生物菌肥进行实验，实验采用的具体处理如下：

1、菜园土；

2、镉处理菜园土；

3、镉处理菜园土+接种蚯蚓+蚓粪制备微生物菌肥；

4、镉处理菜园土+常规微生物菌肥；

5、铅处理菜园土；

6、铅处理菜园土+接种蚯蚓+蚓粪制备微生物菌肥；

7、铅处理菜园土+常规微生物菌肥。

其中，接种蚯蚓和施用蚓粪制备的微生物菌肥的方法如实施例2所述，即：选用赤子爱胜蚓,挑取活性强、个体壮、体重基本一致的具有环带的蚯蚓，接入重金属污染土壤中,接种量为6条/kg干土（相当于1.2g±0.1/kg干土）;实施例1所制备得到的微生物菌肥溶液作为基肥，加水稀释700-800倍，制成水溶液，并经计算，以与实施例2中所述用量相当的水平进行施用，然后进行培养，培养时间为30天；培养期间，采取人工拔草除虫等常规栽培措施，并采用称重法补充消耗的水分。

4、取样测定各项生理指标和土壤指标，具体测定方法如下：

根系活力：采用氯化三苯基四氮唑法测定；

叶片叶绿素：用丙酮提取，分光光度计在665和645nm处测定含量；

叶片丙二醛（MDA）含量：采用硫代巴比妥酸比色法测定；

叶片细胞膜透性：用相对电导率表示，采用电导率仪测定；

根系有机酸分泌相对百分数，采用NaOH滴定法测定有机酸含量：

不同处理的土壤脲酶活性相对百分数：采用靛酚蓝比色法测定脲酶活性；

微生物菌肥的有效活菌数：采用菌悬液稀释后的平板计数法测定；

5、计算植物样品在试验前后各生理指标的相对百分数以及土壤脲酶活性相对百分数，计算公式为：

生理指标相对百分数（%）=实验后生理指标/实验前生理指标×100%；

土壤脲酶活性相对百分数（%）=实验后脲酶活性/实验前脲酶活性×100%。

二、实验结果：

实验结果见表1-表6所示。

由表1和表2可知，与对照相比，重金属污染菜园土培养下植物根系活力和叶绿素含量降低，接种蚯蚓与蚓粪制备微生物菌肥协同使用和常规微生物菌肥均能不同程度增加绿化及草坪植物的叶绿素含量（P<0.05）。微生物菌肥处理能较好地缓解植物叶绿素含量因重金属处理下降的趋势，以蔓花生效果最明显。微生物菌肥处理都促进了植物根系活力，但常规微生物菌肥的效果明显差于接种蚯蚓与蚓粪制备微生物菌肥协同使用的效果。

表1不同植物样品的根系活力相对百分数

表2不同植物样品的叶片叶绿素相对百分数

如表3结果显示，重金属污染菜园土处理能够破坏植物叶片的细胞膜结构，增加质膜透性，植物叶片电导率较对照有明显增加。蚓粪制备的微生物菌肥与接种蚯蚓协同作用能改善重金属污染处理下植物质膜透性增加的趋势。常规微生物菌肥对于改善垃圾土环境对植物叶片质膜伤害方面作用与微生物菌肥与接种蚯蚓协同作用相比不明显。

表3不同植物样品的叶片电导率相对百分数

丙二醛含量的高低可以反映生物膜脂过氧化强度和膜系统受伤害的程度，是逆境生理研究中的一项重要指标。从表4结果可以看出，与相对电导率结果类似，重金属污染菜园土种植下植物叶片MDA含量都有所增加。蚓粪制备的微生物菌肥与接种蚯蚓共同处理下，植物叶片MDA含量都有降低趋势，效果好于常规微生物菌肥处理。

表4不同植物样品的叶片MDA相对百分数

另外，从表5和表6的结果可以看出，与此相类似的是，接种蚯蚓及蚓粪制备的微生物菌肥共同处理能明显促进植物根系有机酸的分泌量，改善重金属污染菜园土处理下土壤脲酶活性下降的趋势，效果明显好于常规微生物菌肥处理。

表5不同植物样品的根系有机酸分泌量相对百分数

表6不同处理的土壤脲酶活性相对百分数

实施例4

本实施例是使用蚯蚓接种并协同实施例1制得的蚓粪微生物菌肥治理重金属污染土壤的方法，对重金属污染菜园土培养下的绿化木本植物和草坪植物生长的影响的测试实验。

一、实验方法：

按照实施例3中所描述的实验处理方法，使用蚯蚓接种并协同实施例1制得的蚓粪微生物菌肥，对重金属污染菜园土处理60天后收获绿化木本及草坪植物植株，测量植株高度、冠幅和根长。采用便携式叶面积仪测定试验植物平均叶面积，并按照实施例3中的公式计算植物样品在试验前后各生长指标的相对百分数，即：生理指标相对百分数（%）=实验后生理指标/实验前生理指标×100%。

二、实验结果：

实验结果如表7-表10所示。

叶面积大小是衡量植物长势优劣的重要形态指标。由表7结果可知，重金属污染菜园土处理下叶面积降低最明显的植物是镉处理下的龙船花（35%）。蚓粪制备微生物菌肥作用下，植物叶面积降低的趋势得到有效缓解。接种蚯蚓协同蚓粪制备微生物菌肥处理效果均好于常规微生物菌肥处理。

表7不同植物样品的叶面积相对百分数

由表8结果可知，重金属污染菜园土培养下植株根长明显降低（P＜0.05），其中降低最明显的是镉处理下的白蝴蝶，达到45%，其次是台湾草，达到40%，试验过程中出现了白蝴蝶等植物顶端叶片衰败及大量凋落的现象。接种蚯蚓蚓粪制备微生物菌肥处理有效增加了植物根长（P＜0.05），效果明显好于常规微生物菌肥。

表8不同植物样品的根长相对百分数

由表9、表10可知，重金属污染土与蚯蚓及微生物菌肥处理对冠幅和株高的影响与根长变化趋势与表8类似。

表9不同植物样品的冠幅相对百分数

表10不同植物样品的株高相对百分数

实施例5

本实施例是使用蚯蚓接种并协同实施例1制得的蚓粪微生物菌肥处理重金属污染土壤的方法，对重金属污染菜园土培养下的绿化木本植物和草坪植物生物量积累的影响的测试实验。

一、实验方法：

1、按照实施例3中所描述的实验处理方法，使用蚯蚓接种并协同按照实施例1所述方法用蚓粪制备的微生物菌肥，实施例处理60天后，收获绿化植物植株；

2、用自来水将植株洗净后，去离子水清洗2～3遍，晾干后于105℃下杀青30min，然后在65℃下烘干至恒重，分别测定植株地上部分、根部和总生物量;

3、按照实施例3中的公式计算各指标的相对百分数，即：

生理指标相对百分数（%）=实验后生理指标/实验前生理指标×100%。

二、实验结果：

实验结果见表11所示。

从表11可以看出，在重金属污染菜园土的作用下，试验植物根部、地上部分生物量及总生物量较对照都出现下降现象。在重金属污染菜园土上添加微生物菌肥的作用下，绿化草坪植物的生物量积累均有较明显提高，接种蚯蚓协同蚓粪制备微生物菌肥处理效果明显好于常规微生物菌肥处理。

表11不同植物样品的生物量相对百分数

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种微生物菌肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将蚯蚓粪过筛得到粘性土状的固体粉末；

按照所得粉末：水=1：5～20的质量比例向所得粉末加入水，充分搅拌后，曝氧20-30小时，得到蚯蚓粪混合物；

向所得蚯蚓粪混合物中加入蔗糖，其中所述蚯蚓粪混合物与蔗糖的质量比为150～300：1，在常温下搅拌均匀，即得微生物菌肥。

2.根据权利要求1所述微生物菌肥的制备方法，其特征在于，按照所得粉末：水=1：8～12的质量比例向所得粉末加入水；所述蚯蚓粪混合物与蔗糖的质量比为180～210：1。

3.根据权利要求1所述微生物菌肥的制备方法，其特征在于，所述蚯蚓粪是在垃圾填埋场的土壤中培养蚯蚓得到的蚯蚓粪。

4.根据权利要求1-3任一项所述方法制备的微生物菌肥。

5.一种治理重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

选用赤子爱胜蚓，接入重金属污染土壤中，接种量为5～8条/kg干土；

将权利要求4所述的微生物菌肥稀释500-1000倍制成水溶液，然后对每亩重金属污染土壤施用400～600kg所述水溶液。

6.根据权利要求5所述的治理方法，其特征在于，所述重金属为镉或铅。

7.根据权利要求5所述的治理方法，其特征在于，所选用的接种蚯蚓为具有环带的蚯蚓。