CN104096710B

CN104096710B - 一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法

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Publication number: CN104096710B
Application number: CN201410315289.6A
Authority: CN
Inventors: 贺新生; 张春霞; 杨东升; 张能; 赵苗; 谭娟; 张紫薇; 李浪; 郭军; 罗雪飞
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: CN104096710A

Abstract

本发明公开了一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法，首先准备紫纹羽卷担菌种；培养出三级液体菌种和三级固体菌种；均匀撒入天然有机物；在投料后的土壤中将三级固体菌种或三级液体菌种均匀接种；浇水后用农用薄膜覆盖土地；发菌管理，进行菌皮培养；菌皮厌氧液化处理；对厌氧液化的菌皮进行重金属回收；对土壤中紫纹羽卷担菌菌丝体的杀灭。本发明的有益效果是操作简便、生产成本低、适应范围广，没有二次污染。

Description

一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，涉及一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法。

背景技术

土壤中重金属污染严重，元素的种类有：汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、镉(Cd)、锰(Mn)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素，还有核素：铀(U)、铊(Tl)、钴(Co)，以盐类和离子状态存在于土壤中，这些元素在土壤中的含量范围为1～100mg/kg，特别严重污染的高达500～1000mg/kg，单位面积耕作层(20cm)土壤(300t)中重金属质量为300～3000g/666.7m²。污染的主要来源有：大气、灌溉用水、固体废物、农林业废料、农药、工业垃圾、废弃矿渣、生活垃圾等。污染土壤的工程治理措施主要包括：客土、换土、去表土和深耕翻土等措施；物理化学修复主要包括：固化/稳定化、电动修复、络合淋洗、蒸汽浸提、氧化还原、农业修复、生物修复等。其中生物修复以栽培高富集植物为主，但含有大量重金属的植物生物体是一个难处理的问题，常常会带来很大的二次污染。

专利200910194050.7公开了一种去除土壤中重金属的方法。该发明方法是将乔木、灌木和草本植物搭配种植。该发明方法易于实施，植被建立快，覆盖度大，稳定性好，适合大面积恢复。利用该发明方法，可在短时间内在重金属矿业排土场上建立起稳定的立体植被生态系统，能有效控制重金属污染源通过大气或水体途径的扩散和传播。一种去除土壤中重金属的方法，其特征在于该方法是将乔木、灌木和草本植物搭配种植；其中，乔木、灌木和草本植物的配置面积比例分别是10～20％、20～30％、50～70％。专利201110451738.6公开了一种重金属污染土壤生物淋滤修复方法。将经过改良察氏液体培养基培养的PenicilliumchrysogenumF1孢子液培养后，制备得到淋滤菌液；淋滤风干、破碎的重金属污染土壤。采用该发明修复重金属(Pb，Zn，Cd和Cu)复合污染土壤，土壤Pb的去除率达到14％，Cd的去除率达到63％，Zn的去除率达到54％，Cu的去除率达到56％。该发明修复重金属污染土壤见效快、重金属去除高效、不存在二次污染等优点。专利200710049533.9公开了一种重金属污染土壤的菌-草修复技术，在污染土壤上间作或轮作种植蕈菌和草本植物来富集重金属离子，成熟后的蕈菌经腐烂或经粉碎、匀浆、过滤，采用化学电泳或螯合沉淀方法将蕈菌浆液中的重金属离子去除。专利0710049531.X公开了一种双环蘑菇和皱环球盖菇联合修复重金属污染土壤的方法，是在污染土壤上间种双环蘑菇和皱环球盖菇，菌体成熟后，采收菌体并经处理得到富含重金属离子的菇浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。专利0710049530.5公开了一种长根菇与金福菇联合修复重金属污染土壤的方法，在污染土壤上同时种植长根菇和金福菇，当菌体成熟后，采收菌体并经处理得到富含重金属离子的菇浆液，再采用化学电泳或螯合沉淀方法将菇浆液中的重金属离子去除。专利200810197901.9公开了一株具有锰氧化能力的芽胞杆菌MK3-1及其在净化锰污染方面的应用。该发明的特征是从锰污染的土壤中分离得到一株对可溶二价锰有氧化作用的芽胞杆菌MK3-1。该菌株可以将锰污染环境中的二价锰离子氧化成不溶于水的锰氧化物沉淀，从而去除环境中的锰。该发明菌株被命名为芽胞杆菌(BACILLUSSP)MK3-1，属于一种锰氧化细菌，其保藏号为CCTCCNO:M208237。专利201310038710.9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。专利201310005250.X公开了一种用禾本科植物富集修复土壤重金属污染的方法，其特点包括如下步骤：a)土壤重金属含量的事先检测：b)土地的耕作：c)禾本科植物的选择及种植：d)沟槽的回填及拔除幼穗：e)重金属含量的过程检测：f)植物茎的回收：g)重金属含量的最终检测。

专利201010248855.8是一种处理重金属污染物的土壤修复方法，按土壤中的重金属含量高低，将土壤分成三类，即重度污染土壤、中度污染土壤和轻微污染土壤，所述的针对重度污染土壤的土壤修复方法包括先进行化学淋洗，再进行蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对中度污染土壤的土壤修复方法包括蚯蚓富集修复和植物修复；所述的针对轻微污染土壤的土壤修复方法为植物修复。专利201110334587.6公开了一种用于修复重金属污染土壤的化学淋洗修复方法，利用Na₂EDTA溶液淋洗重金属污染土壤，有效去除土壤中有效态镉和铅，并利用Na₂S·9H₂O来沉淀滤液中的重金属，使Na₂EDTA重新得到释放，从而达到Na2EDTA溶液的多次循环利用，回收后的Na₂EDTA溶液淋洗重金属污染土壤，污染土壤中有效态Cd的去除率达到81.6～81.8％，有效态Pb的去除率达到55.9～60.1％。专利200910194051.1公开了一种重金属污染土壤的改良方法。该改良方法包括如下步骤：(1)对重金属污染土壤进行整土；(2)向土壤中添加土壤改良剂；(3)覆土、混合均匀后，平衡0～6个月。专利201310298759.8提出一种微生物-化学法联合修复矿区重金属污染土壤的方法，该方法利用硫酸盐还原菌还原硫酸盐的方法来产出硫化氢，作为重金属的沉淀剂。先利用表面活性剂化学淋洗的方法先将土壤中的重金属转移到液相中，再向土壤和淋洗液中分别加入硫酸盐还原菌液，将土壤中残余的重金属从可交换态转化为稳定态，从而达到有效处理矿区重金属污染土壤的目的。专利200610014736.X涉及原位、高效、无二次污染修复重金属污染土壤技术。该发明将电动力和铁PRB原位联用两种技术原位联用，在受处理的土壤两侧安装石墨电极，两电极和待处理土壤间安放上铁墙(PRB)，接通直流电，在电场作用下金属阴离子如CR(VI)迁移到阳极附近，金属阳离子如Cd²⁺，Hg²⁺等迁移到阴离子附近，当重金属通过铁PRB时与之发生反应，将重金属原位吸附、还原、沉淀下来。

紫纹羽卷担菌是一种常见的菌物，学名HelicobasidiummompaNobuj.Tanaka,JournaloftheColl.ofSci.,Imp.Univ.Japan:193-201(1891)。同物异名：Septobasidiummompa(Tanaka)Racib.,Bull.int.Acad.Sci.Lett.Cracovie,Cl.sci.math.nat.Sér.B,sci.nat.3:365(1909)，分类地位是：菌物界(Fungi)，担子菌门(Basidiomycota)，柄锈菌亚门(Pucciniomycotina)，柄锈菌纲(Pucciniomycetes)，卷担菌目(Helicobasidiales)，卷担菌科(Helicobasidiaceae)。全球广泛分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法，解决了现有技术去除土壤中重金属的方法复杂，成本高，且造成二次污染的问题。

在重金属土壤中培养紫纹羽卷担菌菌丝体后，土壤表面的干菌皮中Cd含量可以达到50～750mg/kg，其他重金属元素的含量为40～550mg/kg，是土壤中重金属浓度的50～100倍。

本发明采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：准备紫纹羽卷担菌种；

步骤2：菌种培养；培养出三级液体菌种和三级固体菌种；

步骤3：土壤投料，均匀撒入天然有机物；

步骤4：土壤接种，在投料后的土壤中将三级固体菌种或三级液体菌种均匀接种；

步骤5：土壤覆盖，浇水后用农用薄膜覆盖土地；

步骤6：发菌管理，进行菌皮培养；

步骤7：菌皮采收；

步骤8：菌皮厌氧液化处理；

步骤9：对厌氧液化的菌皮进行重金属回收；

步骤10：对土壤中紫纹羽卷担菌菌丝体的杀灭，当土壤中重金属含量达到国家标准后，不需要让活的紫纹羽卷担菌菌丝继续残留在土壤中，可将菌丝体杀灭。

本发明的有益效果是操作简便、生产成本低、适应范围广，没有二次污染。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种新的原位富集和去除污染土壤中重金属的方法，具体而言，其包括如下步骤：

(1)准备紫纹羽卷担菌种：菌种来源：紫纹羽卷担菌菌种可在国家菌种保藏中心购买，或自行分离、纯化。紫纹羽卷担菌是一种常见的、全球广泛分布的土生菌物，容易培养，菌丝体生长速度快，琼脂培养基上生长速度可达5～10mm/d。在土壤、石块、木材、秸秆等固体材料表面形成一层2～12mm厚的完整的皮状子实体，即菌皮。紫纹羽卷担菌的菌皮呈布状，紫色、紫红色或紫褐色、褐色，质地结实、坚韧，容易与基物分离。紫纹羽卷担菌的菌丝体耐受重金属离子的能力很强，汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、镉(Cd)、锰(Mn)、砷(As)、铜(Cu)等重金属元素浓度达100～300mg/kg也可正常生长，形成菌皮。特别能够适应有多种重金属污染的土壤中生长。重金属富集后，干菌丝体和干菌皮中Cd含量可以达到50～750mg/kg，其他重金属元素的含量为40～550mg/kg，是土壤中重金属浓度的50～100倍。

(2)菌种培养：一级斜面菌种：培养基配方：土壤或其他天然原料200～250g，葡萄糖或蔗糖或红糖20～25g，蛋白胨或酵母粉1～2g，琼脂20g，pH自然。土壤或其他天然原料加1100～1200ml清水，煮沸20min，过滤后在滤液中加入葡萄糖或蔗糖或红糖其中任一和琼脂，溶解后分装在试管中，高压灭菌后做成试管斜面、柱状培养基。无菌接种，25℃培养3～4d，使斜面长满菌丝。菌丝体为紫褐色、紫红色、紫色，试管壁上有气生菌丝。

二级液体菌种：培养基配方：200～250g土壤或其他天然原料提取液1000ml，葡萄糖或蔗糖或红糖20～31g，蛋白胨或酵母粉1.5～2.5g，pH自然。装入各种体积的三角瓶、输液瓶中灭菌、冷却5-25℃后无菌条件下接入一级斜面菌种，斜面长度5～10mm，25℃、100-150r/m震荡培养2～3d，使菌丝球长满培养液。

二级固体菌种：培养基配方：培养基含水量含水量62％，其余48％部分中含有麦粒49％、草粉或木屑50％、石膏1％，pH自然。装入玻璃或聚丙烯菌种瓶中，封口，灭菌，无菌条件下接入一级斜面菌种，斜面长度5～10mm。25℃避光条件下培养15～25d，菌丝满瓶后备用。

三级液体菌种：培养基配方：200～250g土壤或其他天然原料提取液1000ml，葡萄糖或蔗糖或红糖20～31g，蛋白胨或酵母粉1.5～2.5g，pH自然。装入发酵罐中灭菌、冷却5-25℃后无菌条件下接入二级液体菌种，接种量5％～7.5％，通气培养2～3d，使菌丝球长满培养液。

三级固体菌种：培养基配方中含水量60％～65％，其余部分中包含木屑75％、麸皮或米糠24％、石膏1％，pH自然。培养料拌合均匀后装入菌袋中，菌袋大小为长50～60cm，宽15～25cm的聚乙烯或聚丙烯食用菌菌袋，用橡皮筋或细绳扎紧袋口，常规常压或高压灭菌。冷却5-25℃后，在无菌条件下在菌袋两端接入二级固体菌种，接种量3％～5％。25℃避光条件下培养15～25d，使菌丝体长满培养基。

固体培养基长满菌丝后，表面黄褐色、褐色、紫褐色。培养料紧实、较坚实，敲击声音清脆。

上述天然原料也可以是麸皮，或米糠，或小麦粒，或黄豆粉，或木屑，或松针，或马铃薯，或干麦芽，或鲜麦芽，可以是一种或者多种的组合。

(3)土壤投料：每666.7m²土地均匀撒入天然有机物的粉料或1～20cm的节料，用量为1000～3000kg(以风干料计算，含水量12％～15％)，用机具翻耕1～2次，用耙子耙细，让有机物与表层15～20cm的土壤混合均匀。上述天然有机物可以是：各种木屑、植物秸秆、园林树枝、桑树枝条、果树枝条、树叶、杂草、有机垃圾、禽畜粪便、酒糟、甘蔗渣、甜菜渣、中药渣、废纸渣、河塘或废水处理的淤泥，单一一种或多种原料混合。可以是粉碎料、细节料、细片料等。可以是新鲜、半干燥、干燥的原料。

(4)土壤接种：在投料后的土壤中将三级固体菌种或三级液体菌种均匀接种，采用条播(间距20～50cm)、窝播(间距30～40cm)或混播的方法，三级固体菌种用量为100～150袋/666.7m²，每袋湿重为1.5～2.5kg。三级液体菌种的用量为200～500L/666.7m²，均匀喷洒。播种后灌水，每666.7m²土地用水2000～3000kg。

(5)土壤覆盖：浇水后用农用薄膜覆盖土地，塑料薄膜宽1～1.2m，条状覆盖，四周用石块或土块压实，以免风吹。薄膜上用树枝、稻草、草帘等覆盖。

(6)发菌管理播种后7～10d内不揭薄膜。之后气温如果在20℃以上，每天揭膜1～5次，通风5～10min，气温如果在20℃以下，注意保温，可以用草帘或秸秆进行覆盖保温。一般情况下，经过20～40d菌丝体会布满土壤表面，再过10～15d后形成紫红色的菌皮。菌皮形成后每天喷水1～2次，用水量100～200kg/666.7m²，喷水后通风10～20min，继续覆盖。在培养菌皮的过程中，可以在土面插放石板、塑料板，高度为20～25cm，长度不限，依操作方便为度，板材间的间距为20～30cm。板材表面可以覆盖塑料薄膜或遮阳网，以便保湿。菌皮可以在板材的两边形成，可以提高紫纹羽卷担菌菌皮产量50％～100％。

(7)菌皮采收：当土壤表面形成的紫红色菌皮变硬，厚度达到5～15mm后，即可采收菌皮。采收方法是：轻轻揭起菌皮一角，将菌皮卷成卷状，连续卷动，菌皮就与土壤分离。菌皮采收后继续浇水，覆盖，当第二次的菌皮长出后继续采收。每年可以采收6～8次。每次产量为40～50kg/666.7m²，年合计300～400kg/666.7m²。菌皮中重金属离子浓度为土壤中浓度的10～100倍，干菌丝体中含量为50～750mg/kg。

(8)菌皮厌氧液化处理：将采收后的新鲜菌皮用粉碎机粉碎，装入可密闭的塑料袋、塑料桶或水泥池中，加入湿菌皮质量1:1的清水，完全封闭，在厌氧条件下常温培养，经过10～20d后菌皮90％以上变成液体。

(9)重金属回收：将液化后的菌皮液体加热烘干，得到富集的重金属废料。可以集中固化填埋，或通过化学方法回收其中的各种元素。

(10)土壤中紫纹羽卷担菌菌丝体的杀灭：播种1次，可以连续多次收获菌皮。当土壤中重金属含量达到国家标准后，不需要让活的紫纹羽卷担菌菌丝继续残留在土壤中，可将菌丝体杀灭。具体方法是：用二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸钠为主要成分的消毒剂1～2kg/666.7m²兑水100～200kg，均匀喷洒在土壤中，再用薄膜进行覆盖。处理时间最好是夏天的晴天，翻耕后连续处理2～3次，即可杀灭紫纹羽卷担菌菌丝体。杀灭了紫纹羽卷担菌菌丝体的土壤可以栽培各种农作物、经济植物、树木。

处理效果验证：菌皮中重金属浓度为土壤中浓度的10～100倍，干菌丝体中Cd含量可以达到50～750mg/kg，其他重金属元素的含量为40～550mg/kg。收获的菌皮在厌氧条件下发酵液化，将菌皮液体浓缩干燥后得到各重金属元素浓度在5％以上的混合物。每年可以采收6～8次菌皮，其年产量可以达到300～400kg，单一的重金属元素或核素回收量可以达到50～400g/666.7m²。连续2～3年重复收获紫纹羽卷担菌菌皮后，土壤中重金属元素的去除率可以达到70％～90％。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种培养紫纹羽卷担菌菌皮原位去除土壤中重金属的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：准备紫纹羽卷担菌种；

步骤2：菌种培养；培养出三级液体菌种和三级固体菌种；所述菌种培养具体按照以下步骤操作：一级斜面菌种：培养基配方：土壤或其他天然原料200～250g，葡萄糖或蔗糖或红糖20～25g，蛋白胨或酵母粉1～2g，琼脂20g，pH自然；土壤或其他天然原料加1100～1200ml清水，煮沸20min，过滤后在滤液中加入葡萄糖或蔗糖或红糖其中任一、蛋白胨或酵母粉其中任一和琼脂，溶解后分装在试管中，高压灭菌后做成试管斜面培养基；无菌接种，25℃培养3～4d，使斜面长满菌丝；菌丝体为紫褐色、紫红色、紫色，试管壁上有气生菌丝；

二级液体菌种：培养基配方：200～250g土壤或其他天然原料提取液1000ml，葡萄糖或蔗糖或红糖20～31g，蛋白胨或酵母粉1.5～2.5g，pH自然；装入各种体积的三角瓶、输液瓶中灭菌、冷却至5-25℃后无菌条件下接入一级斜面菌种，斜面长度5～10mm，25℃、100-150r/min震荡培养2～3d，使菌丝球长满培养液；

二级固体菌种：培养基配方：培养基含水量62％，其余38％部分中含有麦粒49％、草粉或木屑50％、石膏1％，pH自然；装入玻璃或聚丙烯菌种瓶中，封口，灭菌，无菌条件下接入一级斜面菌种，斜面长度5～10mm；25℃避光条件下培养15～25d，菌丝满瓶后备用；

三级液体菌种：培养基配方：200～250g土壤或其他天然原料提取液1000ml，葡萄糖或蔗糖或红糖20～31g，蛋白胨或酵母粉1.5～2.5g，pH自然；装入发酵罐中灭菌、冷却至5-25℃后无菌条件下接入二级液体菌种，接种量5％～7.5％，通气培养2～3d，使菌丝球长满培养液；

三级固体菌种：培养基配方中含水量60％～65％，其余部分中包含木屑75％、麸皮或米糠24％、石膏1％，pH自然；培养料拌合均匀后装入菌袋中，菌袋大小为长50～60cm，宽15～25cm的聚乙烯或聚丙烯食用菌菌袋，用橡皮筋或细绳扎紧袋口，常规常压或高压灭菌；冷却至5-25℃后，在无菌条件下在菌袋两端接入二级固体菌种，接种量3％～5％；25℃避光条件下培养15～25d，使菌丝体长满培养基；

步骤3：土壤投料，均匀撒入天然有机物；具体为：每666.7m²土地均匀撒入天然有机物的粉料或1～20cm的节料，用量为1000～3000kg，以风干料计算，含水量12％～15％，用机具翻耕1～2次，用耙子耙细，让有机物与表层15～20cm的土壤混合均匀；

步骤4：土壤接种，在投料后的土壤中将三级固体菌种或三级液体菌种均匀接种；具体为：采用间距为20～50cm的条播、间距为30～40cm的窝播或混播的方法，三级固体菌种用量为100～150袋/666.7m²，每袋湿重为1.5～2.5kg；三级液体菌种的用量为200～500L/666.7m²，均匀喷洒；播种后灌水，每666.7m²土地用水2000～3000kg；

步骤5：土壤覆盖，浇水后用农用薄膜覆盖土地；

步骤6：发菌管理，进行菌皮培养；

步骤7：菌皮采收；

步骤8：菌皮厌氧液化处理；

步骤9：对厌氧液化的菌皮进行重金属回收；

步骤10：对土壤中紫纹羽卷担菌菌丝体的杀灭，当土壤中重金属含量达到国家标准后，不需要让活的紫纹羽卷担菌菌丝继续残留在土壤中，将菌丝体杀灭。