CN106180175B - 一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法，属于土壤修复技术领域。本发明分别将地衣芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌放入种子液中培养得培养液，将其接种到含有重金属污染土壤的发酵培养基中发酵得发酵液，将种子浸泡在发酵液中，并加入氮肥和磷肥，浸泡至出芽，将出芽的种子种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液于土壤，生长成熟后收割，将秸秆和油菜籽粕晒干、粉碎后与复合菌混合后撒在土壤中自然降解即可，本发明用带有发酵液浸泡种子，增强种子中的缓解重金属的微生物，促进植物在逆境条件下的生长和对重金属的富集，对金属有选择性以及从地上到根部的重金属转移率高，该方法操作简单、成本低。

Description

一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法，属于土壤修复技术领域。
背景技术
传统的污染土壤修复技术，例如采用清洗、热处理、电化学、施改良剂等治理手段，往往工艺复杂，容易破坏土壤结构和肥力，不适于低浓度、大范围重金属污染土壤的治理。因此，开发有效的原位生物修复技术是治理重金属污染土壤的重要思路。利用绿色植物及其相关微生物，对环境中污染物进行吸附、富集，使污染环境得到恢复的植物修复技术，因其经济、环保等优势，已成为全球环境修复技术与工程科学研究的前沿领域之一。
植物修复技术是利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。目前已经发现很多植物可同时对多种重金属有强大的富集能力，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用上受到限制。而且目前大多超富集植物具有生长缓慢、生物量小、根系扩展深度有限、对金属有选择性以及从根部到地上部的重金属转移率低等缺陷，导致实际修复效率很低和修复时间很长。此外，对于大多数植物而言，土壤中过量的重金属会导致细胞新陈代谢紊乱，阻碍植物正常生长发育。以上属性均制约了植物修复技术的应用和发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前大多超富集植物具有生长缓慢、生物量小、根系扩展深度有限、对金属有选择性以及从根部到地上部的重金属转移率低等缺陷，对种植后植物利用率低，浪费能源的问题，本发明分别将地衣芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌放入种子液中培养得培养液，将其接种到含有重金属污染土壤的发酵培养基中发酵得发酵液，将种子浸泡在发酵液中，并加入氮肥和磷肥，浸泡至出芽，将出芽的种子种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液于土壤，生长成熟后收割，将秸秆和油菜籽粕晒干、粉碎后与复合菌混合后撒在土壤中自然降解即可，本发明用带有发酵液浸泡种子，增强种子中的缓解重金属的微生物，促进植物在逆境条件下的生长和对重金属的富集，对金属有选择性以及从地上到根部的重金属转移率高，该方法操作简单、成本低。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取2～4kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积10～15%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡6～8h，浸泡后过滤得种子，备用；
（2）将活化后的地衣芽孢杆菌按接种3～5%接种到种子培养基中，在培养温度28～35℃和转速110～130r/min的条件下培养30～40h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量2～3%接种到种子培养基中，在28～35℃和180～220r/min转速下摇床培养36～48h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；
（3）称取2～4kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1000～1200mL土壤悬浮液、3～5g酵母膏、4～8g蛋白胨、7～9g玉米粉、1.5～2.5g硫酸镁、2～3g磷酸氢二钾、0.3～0.5g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积10～15%接种到发酵培养基中，在28～35℃温度和150～180r/min转速的条件下发酵培养40～50h，发酵后离心，得发酵液；
（4）将步骤（1）备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量1～3%尿素和总质量1～3%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按2～4kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔5～7天喷洒一次，喷洒量为8～10L/亩，喷洒1～3个月；
（5）上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得20～30目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按15～20kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
2.根据权利要求1所述的一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取80～100份蒸馏水、10～15份蛋白胨，10～15份牛肉浸膏，20～25份葡萄糖，1～3份磷酸氢二钾和1～3份柠檬酸氢二铵混合。
本发明的应用方法：种植油菜之前，原重金属污染的土壤中的Pb的含量为80.5mg/kg、Cd的含量为0.58mg/kg、Cr的含量为135.8mg/kg、Zn的含量为156.2mg/kg、Cu的含量为35.9mg/kg、Ni的含量为80.5mg/kg，种植后土壤中重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni的浓度分别下降了50.8～68.8%、40.5～48.8%、48.5～56.2%，50.2～55.8%，56.5～60.2%和42.5～50.5%。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）发明用带有发酵液的混合液浸泡种子，增强种子中的缓解重金属的微生物，可以促进植物在逆境条件下的生长和对重金属的富集，对金属有选择性以及从地上到根部的重金属转移率高；
（2）本发明可以有效降低重金属毒性，净化土壤和恢复土壤功能，操作简单、成本低。
具体实施方式
首先称取2～4kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积10～15%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡6～8h，浸泡后过滤得种子，备用；将活化后的地衣芽孢杆菌按接种3～5%接种到种子培养基中，在培养温度28～35℃和转速110～130r/min的条件下培养30～40h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量2～3%接种到种子培养基中，在28～35℃和180～220r/min转速下摇床培养36～48h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；称取2～4kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1000～1200mL土壤悬浮液、3～5g酵母膏、4～8g蛋白胨、7～9g玉米粉、1.5～2.5g硫酸镁、2～3g磷酸氢二钾、0.3～0.5g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积10～15%接种到发酵培养基中，在28～35℃温度和150～180r/min转速的条件下发酵培养40～50h，发酵后离心，得发酵液；
将备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量1～3%尿素和总质量1～3%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按2～4kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔5～7天喷洒一次，喷洒量为8～10L/亩，喷洒1～3个月；上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得20～30目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按15～20kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取80～100份蒸馏水、10～15份蛋白胨，10～15份牛肉浸膏，20～25份葡萄糖，1～3份磷酸氢二钾和1～3份柠檬酸氢二铵混合。
实例1
首先称取2kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积10%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡6h，浸泡后过滤得种子，备用；将活化后的地衣芽孢杆菌按接种3%接种到种子培养基中，在培养温度28℃和转速110r/min的条件下培养30h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量2%接种到种子培养基中，在28℃和180r/min转速下摇床培养36h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；称取2kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1000mL土壤悬浮液、3g酵母膏、4g蛋白胨、7g玉米粉、1.5g硫酸镁、2g磷酸氢二钾、0.3g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积10%接种到发酵培养基中，在28℃温度和150r/min转速的条件下发酵培养40h，发酵后离心，得发酵液；将备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量1%尿素和总质量1%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按2kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔5天喷洒一次，喷洒量为8L/亩，喷洒1个月；上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得20目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按15kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取80份蒸馏水、10份蛋白胨，10份牛肉浸膏，20份葡萄糖，1份磷酸氢二钾和1份柠檬酸氢二铵混合。
种植油菜之前，原重金属污染的土壤中的Pb的含量为80.5mg/kg、Cd的含量为0.58mg/kg、Cr的含量为135.8mg/kg、Zn的含量为156.2mg/kg、Cu的含量为35.9mg/kg、Ni的含量为80.5mg/kg，种植后土壤中重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni的浓度分别下降了50.8%、40.5%、48.5%，50.2%，56.5%和42.5%。
实例2
首先称取3kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积13%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡7h，浸泡后过滤得种子，备用；将活化后的地衣芽孢杆菌按接种4%接种到种子培养基中，在培养温度30℃和转速120r/min的条件下培养35h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量2.5%接种到种子培养基中，在30℃和200r/min转速下摇床培养40h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；称取3kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1100mL土壤悬浮液、4g酵母膏、6g蛋白胨、8g玉米粉、2.0g硫酸镁、2.5g磷酸氢二钾、0.4g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积13%接种到发酵培养基中，在30℃温度和165r/min转速的条件下发酵培养45h，发酵后离心，得发酵液；将备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量2%尿素和总质量2%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按3kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔6天喷洒一次，喷洒量为9L/亩，喷洒2个月；上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得25目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按17kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取90份蒸馏水、13份蛋白胨，13份牛肉浸膏，23份葡萄糖，2份磷酸氢二钾和2份柠檬酸氢二铵混合。
种植油菜之前，原重金属污染的土壤中的Pb的含量为80.5mg/kg、Cd的含量为0.58mg/kg、Cr的含量为135.8mg/kg、Zn的含量为156.2mg/kg、Cu的含量为35.9mg/kg、Ni的含量为80.5mg/kg，种植后土壤中重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni的浓度分别下降了60.5%、44.5%、52.3%，53.2%，58.6%和46.5%。
实例3
首先称取4kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积15%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡8h，浸泡后过滤得种子，备用；将活化后的地衣芽孢杆菌按接种5%接种到种子培养基中，在培养温度35℃和转速130r/min的条件下培养40h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量3%接种到种子培养基中，在35℃和220r/min转速下摇床培养48h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；称取4kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1200mL土壤悬浮液、5g酵母膏、8g蛋白胨、9g玉米粉、2.5g硫酸镁、3g磷酸氢二钾、0.5g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积15%接种到发酵培养基中，在35℃温度和180r/min转速的条件下发酵培养50h，发酵后离心，得发酵液；将备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量3%尿素和总质量3%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按4kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔7天喷洒一次，喷洒量为10L/亩，喷洒3个月；上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得30目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按20kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取90份蒸馏水、13份蛋白胨，13份牛肉浸膏，25份葡萄糖，3份磷酸氢二钾和3份柠檬酸氢二铵混合。
种植油菜之前，原重金属污染的土壤中的Pb的含量为80.5mg/kg、Cd的含量为0.58mg/kg、Cr的含量为135.8mg/kg、Zn的含量为156.2mg/kg、Cu的含量为35.9mg/kg、Ni的含量为80.5mg/kg，种植后土壤中重金属Pb、Cd、Cr、Zn、Cu和Ni的浓度分别下降了68.8%、48.8%、56.2%，55.8%，60.2%和50.5%。

Claims (2)

1.一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：
（1）称取2～4kg油菜花种子，按固液比1:10与雨水混合，并加入总体积10～15%质量分数30%双氧水，搅拌混合后浸泡6～8h，浸泡后过滤得种子，备用；
（2）将活化后的地衣芽孢杆菌按接种3～5%接种到种子培养基中，在培养温度28～35℃和转速110～130r/min的条件下培养30～40h，得地衣芽孢杆菌种子液，再将活化后胶冻样芽孢杆菌按接种量2～3%接种到种子培养基中，在28～35℃和180～220r/min转速摇床培养36～48h，得胶冻样芽孢杆菌种子液，将地衣芽孢杆菌种子液和胶冻样芽孢杆菌种子液按体积比3:1混合，得混合种子培养液；
（3）称取2～4kg重金属污染土壤，按固液比1:5与雨水混合，充分搅拌混合均匀，得土壤悬浮液，分别称取1000～1200mL土壤悬浮液、3～5g酵母膏、4～8g蛋白胨、7～9g玉米粉、1.5～2.5g硫酸镁、2～3g磷酸氢二钾、0.3～0.5g氯化钠，制备得发酵培养基，将上述种子培养液体积10～15%接种到发酵培养基中，在28～35℃温度和150～180r/min转速的条件下发酵培养40～50h，发酵后离心，得发酵液；
（4）将步骤（1）备用的种子按固液比1:5浸泡在上述发酵液中，再向发酵液中加入总质量1～3%尿素和总质量1～3%鱼骨粉，搅拌混合后浸泡至出芽，将出芽后的种子按2～4kg/亩种植到重金属污染的土壤中，并喷洒浸泡种子的混合液在种植种后的土壤上，每隔5～7天喷洒一次，喷洒量为8～10L/亩，喷洒1～3个月；
（5）上述喷洒后使种子在重金属污染的土壤中自由生长至成熟，将成熟的油菜连根拔起，收集油菜籽并进行榨油，将榨油后的油菜籽粕和油菜秸秆，并晒干完全，晒干后粉碎、过筛得20～30目颗粒，将颗粒按质量比100:1与复合菌混合，将混合物均匀撒在收割油菜后的土壤中，按15～20kg/亩的量，撒完后用骅犁翻耕入土，让其自然降解即可；所述的复合菌是由木霉和EM菌按质量比1:1混合。
2.根据权利要求1所述的一种种植油菜修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：步骤（2）所述的种子培养基为：按重量份数计，分别选取80～100份蒸馏水、10～15份蛋白胨，10～15份牛肉浸膏，20～25份葡萄糖，1～3份磷酸氢二钾和1～3份柠檬酸氢二铵混合。
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