CN104496725A - 用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法，其中用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥包括1～5质量份的基础营养液、20～25质量份的缓解性复合有机原料、70～75质量份的保水介质和3～5质量份的抗铅锌复合微生物菌剂，其制备方法包括混合和发酵步骤。本发明的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，具有持水保水、改良土壤、培肥地力等功效；另外，还可以有效缓解植物根际土壤铅锌元素毒性，提高有机肥功效，强化植物修复能力。

Description

用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，尤其涉及一种用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，还涉及该有机菌肥的制备方法。
背景技术
湖南省由有色金属矿山引起的重金属污染土壤面积占全省土地面积13％，矿区土壤主要污染元素为Pb、Zn、As、Cr、Cu、Cd，污染程度均远高于国家土壤环境质量二级标准，其中污染最为严重的为Pb、Zn、Cd。
铅锌矿山废弃地土壤表层破坏严重，水分、营养物质不足，铅锌等毒性物质含量过高导致大多数微生物和植物在此环境中难以生存，成为铅锌矿区污染土壤修复处理过程中的主要限制性因素。由于不同铅锌矿区不同土壤类型中重金属元素种类及污染程度不同，因此需要针对不同污染土壤特性，发明一种能有效降低植物根际土壤毒性，改善铅锌矿区植物根系生长环境的专用肥。此外，在我国南方矿区植物修复中，水分条件通常是植物成活与生长限制因子，铅锌尾矿渣贫瘠、持水性能差。因此，要求专用肥同时具有供肥、保水和缓解重金属毒性的复合功能。
但是目前并没有一种专门应用于铅锌矿区污染土壤的有机菌肥，因此需要发明一种针对铅锌矿区污染土壤特性，专门应用于铅锌矿区污染土壤的专用有机菌肥，用以提高污染土壤的保水、保温性能，增强土壤肥力，有效降低土壤铅锌毒性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有持水保水、改良土壤、培肥地力等功效；还可以有效缓解植物根际土壤铅锌元素毒性，提高有机肥功效，强化植物修复能力的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，还提供了有机菌肥的制备方法。
为解决上述技术问题，提供了一种用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，包括1～5质量份的基础营养液、20～25质量份的缓解性复合有机原料、70～75质量份的保水介质和3～5质量份的抗铅锌复合微生物菌剂。
前述的有机菌肥，优选的，抗铅锌复合微生物菌剂包括虫生轮枝菌菌剂和米曲霉菌剂，虫生轮枝菌菌剂和米曲霉菌剂的质量比为2∶1。
前述的有机菌肥，优选的，虫生轮枝菌菌剂的制备方法包括以下步骤：
(1)驯化培养：将虫生轮枝菌在虫生轮枝菌驯化液体培养基中摇床培养2～3天，然后转入虫生轮枝菌驯化固体培养基中培养得到菌落；
(2)连续驯化：挑取菌落继续按照步骤(1)驯化培养方法连续驯化3～5次，最后接种到富集培养基中得到虫生轮枝菌菌剂。
前述的有机菌肥，优选的，虫生轮枝菌驯化液体培养基的配方为：葡萄糖10g/L、蛋白胨5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、Pb(NO3)2100mg/L、Zn(NO3)2·6(H2O)100mg/L，pH调节至5。
前述的有机菌肥，优选的，米曲霉菌剂的制备方法包括以下步骤：
(3)驯化培养：将米曲霉在米曲霉驯化液体培养基中摇床培养2～3天，然后转入米曲霉驯化固体培养基中培养得到菌落；
(4)连续驯化：挑取菌落继续按照步骤(3)驯化培养方法连续驯化3～5次，最后接种到富集培养基中得到米曲霉菌剂。
前述的有机菌肥，优选的，米曲霉驯化液体培养基配方为：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、Pb(NO3)2100mg/L、Zn(NO3)2·6(H2O)100mg/L，pH调节至5.5。
前述的有机菌肥，优选的，基础营养液包括过磷酸钙、硫酸钾、氢氧化钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠，质量比为4∶3∶6∶5∶2。
前述的有机菌肥，优选的，缓解性复合有机原料由甘蔗渣与米糠按照重量比为3∶7混合后进行发酵制备得到。
前述的有机菌肥，优选的，保水介质为泥炭土。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述的有机菌肥的制备方法，包括以下步骤：将基础营养液、缓解性复合有机原料和保水介质混合均匀后，再加入抗铅锌复合微生物菌剂，然后于30℃下发酵15天，完成用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥的制备。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，包括基础营养液、缓解性复合有机原料、保水介质和抗铅锌复合微生物菌剂，其中基础营养液为植物生长所必须的营养物质，能迅速补充植物生长所需的基本营养元素；缓解性复合有机原料一方面可以增加土壤的有机质含量，为植物的生长提供了营养元素，也保证了抗铅锌复合微生物菌剂中微生物得以存活，另一方面缓解性复合有机原料可通过吸附、氧化还原、络合等作用降低土壤中重金属元素的含量水平，从而降低植物根系区重金属的毒性，促使植物正常生长；保水介质具有吸附和保水性能，它可以降低根际土壤重金属元素的毒性，同时具有保湿和调节土壤温度的作用，可缓解干旱和高温对植物的胁迫影响；抗铅锌复合微生物菌剂一方面可以改善土壤微生物的生物多样性及微生物数量，另一方面其对土壤中铅锌有吸附和吸收的作用，从而降低铅锌在土壤中的活度。
(2)本发明将虫生轮枝菌和米曲霉进行驯化培养后制备成菌剂，经驯化培养后的虫生轮枝菌和米曲霉具有良好的耐铅锌性能，在铅锌浓度为600mg/L时也能够生长。
(4)本发明的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥可迅速改良铅锌矿区土壤土质，基础营养液、缓解性复合有机原料、保水介质肥和复合微生物菌剂能为植物不同时期提供良好的生长条件，对改良矿区污染土壤，修复当地生态环境有显著作用。
(5)本发明提供了一种用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥的制备方法，具有制备工艺简单，生产成本低等优势，可适应与大规模工业生产。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。其中虫生轮枝菌和米曲霉均筛选自湖南资兴铅锌矿区土壤，但是其菌落形态、遗传特性、功效等与市售的虫生轮枝菌、米曲霉一致。市售的虫生轮枝菌、米曲霉同样能制备本发明的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，并达到相同或相似的技术效果。
实施例1：
一种本发明的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，对实施例中土壤污染程度进行测定后，确定的有机菌肥成份为包括1质量份的基础营养液、25质量份的缓解性复合有机原料、74质量份的保水介质(本实施例采用的保水介质是泥炭土)和5质量份的抗铅锌复合微生物菌剂。
前述实施例1中用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)配制基础营养液：将过磷酸钙、硫酸钾、氢氧化钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠混合得到基础营养液；基础营养液中，过磷酸钙、硫酸钾、氢氧化钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的质量比为4∶3∶6∶5∶2。
(2)配制缓解性复合有机原料：将甘蔗渣与米糠按照重量比为3∶7混合，然后堆放于35℃环境中发酵15天(发酵12～15天均可实施)，堆放前1周每隔2天翻堆一次，第二周再翻堆一次，得到缓解性复合有机原料。
(3)驯化虫生轮枝菌：
3.1驯化培养：将虫生轮枝菌在虫生轮枝菌驯化液体培养基中摇床培养3天得到菌液(摇床培养2～3天均可实施)，挑取菌液置于虫生轮枝菌驯化固体培养基中培养5天(培养3～5天均可实施)，直到虫生轮枝菌驯化固体培养基中出现菌落。虫生轮枝菌驯化液体培养基的配方为：将10g葡萄糖、5g蛋白胨、0.5g MgSO4·7H2O溶于950mL超纯水中；然后加入Pb(NO3)2、Zn(NO3)2·6(H2O)母液，并液定容至1000mL得到混合溶液；前述混合溶液中Pb(NO3)2浓度100mg/L；Zn(NO3)2·6(H2O)浓度100mg/L，pH调节至5。虫生轮枝菌驯化固体培养基的配方为在虫生轮枝菌驯化液体培养基的配方中加入15g/L的琼脂(配方中加入15～20g/L的琼脂均可)。
3.2连续驯化：挑取固体培养基中的菌落继续接种于虫生轮枝菌驯化液体培养基中，重复3.1步骤5次(重复驯化3～5次均可实施)。
3.3制备虫生轮枝菌菌剂：挑取虫生轮枝菌驯化液体培养基的菌落接种到固体富集培养基中得到菌落，然后刮取所述固体富集培养基中的菌落配制成虫生轮枝菌菌剂。固体富集培养基的配方与虫生轮枝菌驯化固体培养基相同。
(4)驯化米曲霉：
4.1驯化培养：将米曲霉在米曲霉驯化液体培养基中摇床培养2天得到菌液(摇床培养2～3天均可实施)，挑取菌液置于米曲霉驯化固体培养基中培养3天(培养时间为3～5天均可实施)，直到米曲霉驯化固体培养基中出现菌落。米曲霉驯化液体培养基的配方为：将3g的牛肉膏，10g的蛋白胨，5g的NaCl溶于950mL超纯水中；然后加入Pb(NO3)2、Zn(NO3)2·6(H2O)母液，并液定容至1000mL得到混合溶液；前述混合溶液中Pb(NO3)2浓度100mg/L；Zn(NO3)2·6(H2O)浓度100mg/L，pH调节至5.5。米曲霉驯化固体培养基的配方为：为在米曲霉驯化液体培养基的配方中加入15g/L的琼脂(配方中加入15～20g/L的琼脂均可)。
4.2连续驯化：挑取固体培养基中的菌落继续接种于米曲霉驯化液体培养基中，重复4.1步骤5次(重复驯化3～5次均可实施)。
4.3制备米曲霉菌剂：挑取米曲霉驯化液体培养基的菌落接种到固体富集培养基中得到菌落，然后刮取固体富集培养基中的菌落配制成米曲霉菌剂。固体富集培养基的配方与米曲霉驯化固体培养基相同。
(5)制备抗铅锌复合微生物菌剂：将步骤(3)制备得到的虫生轮枝菌菌剂和步骤(4)制备得到的米曲霉菌剂按照质量比2∶1混合，得到抗铅锌复合微生物菌剂，其中虫生轮枝菌含量为4×1010个/mL；米曲霉含量为2×1010个/mL。
(6)堆肥：将基础营养液、缓解性复合有机原料和保水介质混合均匀后，再加入抗铅锌复合微生物菌剂，然后于30℃下发酵15天，完成用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥的制备。
实施例1仅为本发明的优选实施例，在本发明中，有机菌肥的配方为：1～5质量份的基础营养液、20～25质量份的缓解性复合有机原料、70～75质量份的保水介质和3～5质量份的抗锰复合微生物菌剂，均可实施，并达到与实施例1相同或相似的技术效果。
实施例2
一种实施例1的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥在修复铅锌矿污染土壤中的应用，以自湖南某铅锌尾矿库采集的矿渣作为基质开展盆栽试验。
实验组：将实施例1的有机菌肥与铅锌尾矿库的矿渣按照质量比1∶4均匀混合装盆。共设8盆平行样。
对照组：在铅锌尾矿的矿渣中添加与实施例1的有机菌肥中等量的N、P、K化肥，并装盆。共设8盆平行样。
每盆移植三株筛选的植物苗木。种植一年后考察试验植物株高与生物量的增量的变化，考察结果列于表1中。
表1：盆栽试验植物生长增量对比表
从表1的考察结果可知：不同处理中不同植物种类的成活率有差异，施加实施例1中有机肥处理中植物成活率大于82％，成活植物生长良好。对照组处理植物最大成活率为51％，成活植物叶黄，生长几乎停滞。
实施例3：将实施例1的用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥用于铅锌尾矿污染区生态修复工程。
在湖南资兴铅锌尾矿库区，配置了I、II、III、IV、V个植物群落，每个植物群落建立了1hm2生态修复示范工程。
在修复前期，测定分析工程区矿渣样本，矿渣地养分水平、污染元素种类及其污染程度，在0～50cm剖面中土壤Pb和Zn元素的含量分别为2684.2mg/Kg和3433.8mg/Kg，远高于湖南省和中国背景值。
实验区：造林方法为挖穴0.5m×0.5m×0.5m，然后在穴内加入实施例1的用于修复抗铅锌污染土壤的有机菌肥，使有机菌肥与穴内矿渣基质按照质量比为1：4混合均匀，接着移植一年生木本植物苗木。
对照区：同样以相同的方式造林，施加与实施例1的有机菌肥中N、P、K等量的化肥。
考察实验区和对照区中各种植物的生长情况和存活状态，表2为实验区的木本植物生长状态。
表2：实验区木本植物生长状况表
表2中1a表示一年生植物，2a表示两年生植物。种植一年后，对照区的木本植物成活率小于3％，次年全部死亡。实验区种植的木本植物第一年成活率达到85％左右，次年补种，植物的成活率达到100％，植物生长状况良好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥，其特征在于，包括1～5质量份的基础营养液、20～25质量份的缓解性复合有机原料、70～75质量份的保水介质和3～5质量份的抗铅锌复合微生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的有机菌肥，其特征在于，所述的抗铅锌复合微生物菌剂包括虫生轮枝菌菌剂和米曲霉菌剂，所述虫生轮枝菌菌剂和米曲霉菌剂的质量比为2∶1。
3.根据权利要求2所述的有机菌肥，其特征在于，所述虫生轮枝菌菌剂的制备方法包括以下步骤：
(1)驯化培养：将虫生轮枝菌在虫生轮枝菌驯化液体培养基中摇床培养2～3天，然后转入虫生轮枝菌驯化固体培养基中培养得到菌落；
(2)连续驯化：挑取所述菌落继续按照步骤(1)所述驯化培养方法连续驯化3～5次，最后接种到虫生轮枝菌富集培养基中得到虫生轮枝菌菌剂。
4.根据权利要求3所述的有机菌肥，其特征在于，所述虫生轮枝菌驯化液体培养基的配方为：葡萄糖10g/L、蛋白胨5g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、Pb(NO3)2100mg/L、Zn(NO3)2·6(H2O)100mg/L，pH调节至5。
5.根据权利要求2所述的有机菌肥，其特征在于，所述米曲霉菌剂的制备方法包括以下步骤：
(3)驯化培养：将米曲霉在米曲霉驯化液体培养基中摇床培养2～3天，然后转入米曲霉驯化固体培养基中培养得到菌落；
(4)连续驯化：挑取所述菌落继续按照步骤(3)所述驯化培养方法连续驯化3～5次，最后接种到米曲霉富集培养基中得到米曲霉菌剂。
6.根据权利要求5所述的有机菌肥，其特征在于，所述米曲霉驯化液体培养基配方为：牛肉膏3g/L、蛋白胨10g/L、NaCl 5g/L、Pb(NO3)2100mg/L、Zn(NO3)2·6(H2O)100mg/L，pH调节至5.5。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的有机菌肥，其特征在于，所述的基础营养液包括包括质量比为4∶3∶6∶5∶2的过磷酸钙、硫酸钾、氢氧化钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的有机菌肥，其特征在于，所述的缓解性复合有机原料由甘蔗渣与米糠按照重量比为3∶7混合后进行发酵制备得到。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的有机菌肥，其特征在于，所述保水介质为泥炭土。
10.一种权利要求1至9中任一项所述有机菌肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将基础营养液、缓解性复合有机原料和保水介质混合均匀后，再加入抗铅锌复合微生物菌剂，然后于30℃下发酵15天，完成用于铅锌矿污染土壤修复的有机菌肥的制备。
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