CN105713840A - 地表球囊霉制剂及其在修复污染土壤方面的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种地表球囊霉制剂，该制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤，所述的制剂为颗粒制剂，其所含孢子数目为5?100个/g。本发明还提出了上述地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用，该制剂主要应用在修复被重金属污染的土壤方面，该应用具有以下效果：促进植物的生长，提高植物的生物量，改善植物的营养状况，提高其对有毒物质的耐受性，显著地增加其对有毒物质的吸附量，提高修复土壤的效率。

Description

地表球囊霉制剂及其在修复污染土壤方面的应用

技术领域

本发明涉及土壤修复技术，具体涉及地表球囊霉制剂及其在修复污染土壤方面的应用。

背景技术

锑(Sb)是一种有毒致癌元素，它在地壳中的含量约为 0.2-0.3 mg/kg，土壤背景值约为 0.3-2.3 mg/kg。锑及锑化物已被证实是一类具有基因毒性的物质，并对人体具有致癌作用，同时也是一种具有长距离传输特点的全球性污染物，目前美国环境保护署和欧共体理事会已将锑列为优先治理的污染物。随着现代工业的发展，锑的需求量急剧增加，释放到环境中的锑大部分在陆地生态系统中富集和传递，并通过食物链在人体内积累，最终影响蛋白质及糖的代谢，损害肝脏、心脏、呼吸和神经系统。因此，锑污染已引起国际科学界的高度关注。

我国是世界上锑矿资源最为丰富的国家，年均锑产量约为 15 万 t，占世界总产量的 70%以上，采矿和冶炼活动、燃煤、及锑产品的广泛应用使我们国家面临着严重的锑污染威胁。我国《重金属污染综合防治“十二五”规划》中把锑列为主要控制污染物之一。

传统的物理、化学修复方法因其成本高、效率低、容易引发二次污染等问题很难大面积应用。因此，很多学者致力于研发适合锑污染土壤修复的植物修复技术。而单纯的植物修复技术经常由于生物量小、适应性差导致修复效率较低。AM真菌强化植物修复复合重金属污染土壤技术充分发挥微生物和植物联合修复的优势，弥补植物单独修复的不足，提高植物对锑的抗性，促进植物生物量的提高以及对锑的吸收，解决了植物单独修复的一些劣势。

狗牙根别名百慕大草、绊根草(上海)、爬根草(南京)。拉丁文名:Cynodondactylon(Linn.)Pers.，属于禾本科狗牙根属，狗牙根属草坪草是最具代表性的暖季型草坪草，广泛分布于欧洲、亚洲的热带及亚热带地区。原产非洲，我国黄河流域以南各地均有野生种，新疆伊犁、喀什、和田亦有野生种。

狗牙根为多年生草本植物，具有根状茎和匍匐枝，须根细而坚韧。匍匐茎平铺地面或埋入土中，长10~110cm，光滑坚硬，节处向下生根，株高10~30cm。叶片平展、披针形，长3.8~ 8cm，宽1~3mm，前端渐尖，边缘有细齿，叶色浓绿。穗状花序3~6枚呈指状排列于茎顶，小穗排列于穗轴一侧，有时略带紫色。

狗牙根性喜温暖湿润气候，耐阴性和耐寒性较差，生长温度为20~32℃，在6~9℃时几乎停止生长，它适应的土壤范围很广，但最适于生长在排水较好、肥沃、较细的土壤上。它较耐淹，在水淹条件下生长变慢，耐盐性也较好。它耐践踏，侵占能力强。繁殖能力强，但种子不易采收，多采用分根茎法繁殖。

在一篇申请号为201510360012.X的发明专利申请中，公开了一种微生物复合制剂，该微生物复合制剂主要含有丛植菌根真菌3-8份，地表球囊霉1-5份，该申请同时提出了该微生物复合制剂的制备方法，并主要同园艺植物配合使用。

在一篇申请号为201410078286.5的发明专利申请中，公开了一种地表球囊霉菌LCGX-58，并提出了该霉菌的培养方法，其主要应用在甘蔗的生产中来抑制病原菌的繁殖和侵染，降低连作病虫害的危害。

在上述两篇专利申请中，主要涉及的都是地表球囊霉促进其对土壤中养分的吸收，促进植物的生长和改良土壤结构等，并未涉及到通过地表球囊霉同寄主植物联合修复重金属污染土壤方面的问题。

由于人们对于环保意识的不断增强和国内重金属污染的日益严重，促使科研人员研发适合修复重金属污染土壤的技术来解决该污染问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地表球囊霉制剂。

本发明的另一个目的是提供一种地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种地表球囊霉制剂，该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。

本发明所采用的地表球囊霉（BGC XJ08F）购自北京市农林科学研究院植物营养与资源研究所。

本发明提供的地表球囊霉制剂可以采用以下的方法(但不限于以下方法)制得：

（1）将5-10重量份的土壤和0.6-5重量份的有机肥灭菌，然后混合作为基质备用；

（2）在上述基质中种植寄主植物，同时接种地表球囊霉如BGC XJ08F，接种量为基质重量的5%-10%；

（3）接种地表球囊霉以后，繁殖2-3个月，得到其中含有地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤的混合接种剂即为所述的地表球囊霉制剂。

其中，所述的寄主植物包括但不限于狗牙根、苜蓿、向日葵、芦苇和苎麻中的一种或多种。如果寄主植物是苜蓿、向日葵或苎麻等种子较易采集的植物，也可以将地表球囊霉制剂和这些植物的种子拌在一起种植。

进一步地，所述的地表球囊霉制剂是颗粒制剂；所述的颗粒制剂所含孢子数目为5-100个/克。

进一步地，所述的地表球囊霉制剂可以应用于修复被重金属污染的土壤上；所述的重金属包括但不限于锑、镉、铅和铜中的一种或多种。

另一方面，本发明还提供了上述地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用，该应用包括以下步骤：

（1）使用5%-10%的H₂O₂溶液或0.01%-0.2%的KMnO₄对寄主植物进行消毒，消毒时间为5-20min；

（2）用压力为0.1-0.2MPa的高压蒸汽将寄主植物的原根土20-250g灭菌，然后取上述地表球囊霉制剂5-40g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕寄主植物根系，种植在被污染土壤中，种植深度为1-3cm，株间距为2-5cm，行间距为5-20cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10-20%，外界温度20-32℃，光照时间在8-14h；

（4）上述地表球囊霉侵染寄主植物后，进入寄主植物根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接寄主植物根系和被污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被污染土壤中的重金属；

（5）在前述的条件下，寄主植物生长3-6个月后采收，得到富集的重金属，即降低土壤中的重金属含量。

进一步地，在所述的地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用中，所述的寄主植物包括但不限于狗牙根、苜蓿、向日葵、芦苇和苎麻中的一种或多种。

在本发明提供的地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用中，也可以使用寄主植物种子进行培养并种植在被污染土壤中，吸收被污染土壤中的重金属。

本发明的有益效果是：

1.寄主植物在接种地表球囊霉制剂以后，相对于不接种该制剂的植物，能显著增强植物对营养元素和水分的吸收，增强叶片的光合作用，促进植物的生长，提高植物的生物量。

2.寄主植物在接种地表球囊霉制剂以后，能显著地增加其对有毒物质的吸附量，改善植物的营养状况，在促进生长的同时形成稀释效应，降低植物中重金属的浓度，提高其对有毒物质的耐受性。

3.通过植物对重金属的吸收，能够显著改善被重金属污染的土壤，提高修复土壤的效率。

附图说明

图1A和图1B分别为接种实施例3中的地表球囊霉制剂和未接种的狗牙根地上和地下部分生物量的对比图，其中，+M为接种，-M为未接种；

图2A和图2B分别为接种实施例3中的地表球囊霉制剂和未接种的狗牙根地上和地下部分锑浓度的对比图，其中，+M为接种，-M为未接种。

具体实施方式

通过以下给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但他们不是对本发明的限定。

没有具体或特殊说明，本发明中的%均表示重量百分比。

实施例1

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为5个/g，寄主植物为狗牙根，该制剂主要应用在修复锑污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用5%的H₂O₂溶液对狗牙根进行消毒，消毒时间为5min；

（2）用压力为0.12MPa的高压蒸汽将狗牙根的原根土20g灭菌，然后取地表球囊霉制剂5g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕狗牙根根系，种植在被锑污染土壤中，种植深度为1cm，株间距为2cm，行间距为5cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10%，外界温度20℃，光照时间在8h；

（4）地表球囊霉侵染狗牙根后，进入狗牙根根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接狗牙根根系和被锑污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被锑污染土壤中的重金属锑；

（5）在前述的条件下，狗牙根生长3个月后采收，得到富集的重金属锑，即降低土壤中的重金属锑的含量。

实施例2

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为100个/g，寄主植物为狗牙根，该制剂主要应用在修复锑污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用10%的H₂O₂溶液对狗牙根进行消毒，消毒时间为20min；

（2）用压力为0.13MPa的高压蒸汽将狗牙根的原根土250g灭菌，然后取地表球囊霉制剂40g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕狗牙根根系，种植在被锑污染土壤中，种植深度为3cm，株间距为5cm，行间距为20cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到20%，外界温度32℃，光照时间在14h；

（4）地表球囊霉侵染狗牙根后，进入狗牙根根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接狗牙根根系和被锑污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被锑污染土壤中的重金属锑；

（5）在前述的条件下，狗牙根生长6个月后采收，得到富集的重金属锑，即降低土壤中的重金属锑的含量。

实施例3

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为50个/g，寄主植物为狗牙根，该制剂主要应用在修复锑污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用7%的H₂O₂溶液对狗牙根进行消毒，消毒时间为10min；

（2）用压力为0.14MPa的高压蒸汽将狗牙根的原根土150g灭菌，然后取地表球囊霉制剂20g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕狗牙根根系，种植在被锑污染土壤中，种植深度为2cm，株间距为3cm，行间距为10cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到15%，外界温度25℃，光照时间在10h；

（4）地表球囊霉侵染狗牙根后，进入狗牙根根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接狗牙根根系和被锑污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被污染土壤中的重金属锑；

（5）在前述的条件下，狗牙根生长4个月后采收，得到富集的重金属锑，即降低土壤中的重金属锑的含量。

实施例4

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为80个/g，寄主植物为狗牙根，该制剂主要应用在修复锑污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用5%的H₂O₂溶液对狗牙根进行消毒，消毒时间为5min；

（2）用压力为0.15MPa的高压蒸汽将狗牙根的原根土20g灭菌，然后取地表球囊霉制剂5g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕狗牙根根系，种植在被锑污染土壤中，种植深度为1cm，株间距为2cm，行间距为5cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10%，外界温度20℃，光照时间在8h；

（4）地表球囊霉侵染狗牙根后，进入狗牙根根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接狗牙根根系和被锑污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被锑污染土壤中的重金属锑；

（5）在前述的条件下，狗牙根生长3个月后采收，得到富集的重金属锑，即降低土壤中的重金属锑的含量。

实施例5

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为80个/g，寄主植物为苜蓿，该制剂主要应用在修复锑污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用5%的H₂O₂溶液对苜蓿进行消毒，消毒时间为8min；

（2）用压力为0.16MPa的高压蒸汽将苜蓿的原根土30g灭菌，然后取地表球囊霉制剂8g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕苜蓿根系，种植在被锑污染土壤中，种植深度为2cm，株间距为3cm，行间距为4cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10%，外界温度27℃，光照时间在12h；

（4）地表球囊霉侵染苜蓿后，进入苜蓿根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接苜蓿根系和被锑污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被锑污染土壤中的重金属锑；

（5）在前述的条件下，苜蓿生长4个月后采收，得到富集的重金属锑，即降低土壤中的重金属锑的含量。

实施例6

该地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。该地表球囊霉制剂为颗粒制剂，所含孢子的数量为80个/g，寄主植物为向日葵，该制剂主要应用在修复铅污染的土壤方面。

地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用的具体步骤包括：

（1）使用5%的H₂O₂溶液对向日葵进行消毒，消毒时间为5min；

（2）用高压蒸汽将向日葵的原根土20灭菌，然后取地表球囊霉制剂5g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕向日葵根系，种植在被铅污染土壤中，种植深度为1cm，株间距为2cm，行间距为5cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10%，外界温度20℃，光照时间在8h；

（4）地表球囊霉侵染向日葵后，进入向日葵根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接向日葵根系和被铅污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被铅污染土壤中的重金属铅；

（5）在前述的条件下，向日葵生长3个月后采收，得到富集的重金属铅，即降低土壤中的重金属铅的含量。

下面以地表球囊霉制剂强化狗牙根修复锑污染土壤为例说明试验效果。

试验设0、500、1000mg/kg三个锑含量水平，分别在三个锑含量水平下根据实施例3中步骤来接种进行试验，过程中补加同样的基础养分以保证狗牙根的正常生长，狗牙根的地上部分和地下部分分开收获，得到如下试验结果：

表1 接种和未接种该制剂得到的狗牙根地上、地下部分生物量

注：G0、G500、G1000代表接种，0、500、1000代表未接种

由表1可知，在实施例3中，接种了地表球囊霉制剂的狗牙根地上部分的生物量比未接种该制剂的狗牙根地上部分的生物量分别增加了1.22g、1.74g、2.16g（均为干重），即相比于未接种的狗牙根分别增加了9.8%、15.3%、21.2%；地下部分的生物量分别增加了0.61g、1.47g、1.97g（均为干重），即相比于未接种的狗牙根分别增加了8.3%、15.3%、21.2%。从以上数据可以看出，通过接种地表球囊霉菌制剂能够显著地增加狗牙根地上及地下部分的生物量。

表2 接种和未接种该制剂得到的狗牙根地上、地下部分锑浓度数据

注：锑浓度单位为mg/kg。

由表2可知，在实施例3中，接种了地表球囊霉制剂的狗牙根地上部分的锑浓度比未接种该制剂的狗牙根地上部分的锑浓度分别增加了0.72mg/kg、12.05mg/kg、28.25mg/kg，即相比未接种的狗牙根分别增长了64.3%、43.5%、52.6%；地下部分的锑浓度分别增加了3.06mg/kg、31.02mg/kg、112.46mg/kg，即相比未接种的狗牙根分别增长了69.2%、25.9%、41.7%。

从以上数据可知，通过接种地表球囊霉菌制剂能够显著促进狗牙根吸收重金属锑，缓解重金属污染土壤的问题。

Claims (5)

1.一种地表球囊霉制剂，其特征在于，所述的地表球囊霉制剂包含地表球囊霉孢子、地表球囊霉菌丝、寄主植物根段和寄主植物根际土壤。

2.根据权利要求1所述的地表球囊霉制剂，其特征在于，所述的地表球囊霉制剂是颗粒制剂；所述的颗粒制剂所含孢子数目为5-100个/克。

3.根据权利要求1所述的地表球囊霉制剂，其特征在于，所述的地表球囊霉制剂应用于修复被重金属的污染土壤中；所述的重金属为锑、镉、铅和铜中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的地表球囊霉制剂，其特征在于，所述的寄主植物为狗牙根、苜蓿、向日葵、芦苇和苎麻中的一种或多种。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的地表球囊霉制剂在修复污染土壤方面的应用，该应用包括以下步骤：

（1）使用5%-10%的H₂O₂溶液或0.01%-0.2%的KMnO₄对寄主植物进行消毒，消毒时间为5-20min；

（2）用压力为0.1-0.2MPa的高压蒸汽将寄主植物的原根土20-250g灭菌，然后取所述地表球囊霉制剂5-40g同原根土混合均匀作为培养土；

（3）将培养土围绕寄主植物根系，种植在被污染土壤中，种植深度为1-3cm，株间距为2-5cm，行间距为5-20cm，浇水润湿，使土壤的含水量达到10-20%，外界温度20-32℃，光照时间在8-14h；

（4）上述地表球囊霉侵染寄主植物后，进入寄主植物根系皮层细胞，发育形成泡囊，长出菌丝，菌丝可以连接寄主植物根系和被污染土壤中，形成植物-微生物互惠共生体，吸收被污染土壤中的重金属；

（5）在前述的条件下，寄主植物生长3-6个月后采收，得到富集的重金属，即降低土壤中的重金属含量。