CN106833655B - 用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂 - Google Patents

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Abstract

一种用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂，包括：藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)、副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)、纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans)、固氮菌(Azotobacter sp.)、酵母菌(Saccharomycessp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)。经过本发明修复后的土壤能够明显降低其中Cd、Cu以及Zn的醋酸溶解性。

Description

用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂
技术领域
本发明涉及的是一种农业土壤修复领域的技术，具体是一种用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂。
背景技术
随着矿产资源的大量开发、工业生产发展和各种化学产品、农药及化肥等的广泛使用，含重金属的污染物通过各种途径进入环境，造成土壤，尤其是农田土壤重金属污染日益严重，其中Cd污染表现最为严重，据初步统计，在全国大样本调查取样范围内，有超过22％的农田土壤存在着一定程度的Cd污染问题。我国的耕地资源相对匮乏，对一些重点Cd污染区域的农田，改变土地使用目的显然是不可能的，由此涉及的农民生产生活问题以及食品安全问题均受到政府和公众高度关注。为此，对Cd污染农田土壤进行修复治理，已成为必然的选择。
目前，对土壤Cd污染的修复治理，主要采取农业工程措施、生物修复和原位化学固定法等方法。其中基于原位化学固定的矿物材料、化学制品等的修复，均是使Cd在土壤矿物的表面、层间域、结构孔道等区域上赋存，并通过矿物表面吸附、孔道过滤、结构调整、离子交换和化学活性等作用，控制土壤中Cd的赋存形态及其在土壤中的迁移转化，从而降低其在土壤环境中的可迁移性和生物有效性，减少其对动植物的危害，这在我国控制和治理已受Cd污染农田具有重要的实践意义。工程治理同样也具有治理效果好的特点。但这些方法的最大问题是治理成本高，可能会改变土地用途或治理期间无法耕作，使其在广大Cd污染区域无法大规模采用。生物修复虽然单次治理效果相对较差，但可结合农业过程持续进行，符合我国国情而受到青睐。
生物修复中有两大技术出发点，一是生物提取，二是使Cd在农田土壤中被固定化而不再为植物吸收，从而达到治理效果。微生物修复由于所采用菌剂的不同，其开发目的也存在两类目标的分化。
已有用作土壤Cd污染的微生物修复菌剂的开发，大多是在多功能菌基础上进行强化调整的，虽然对土壤中整个微生物区系生态的改善有直接作用，但由于各菌株之间的相互作用，对土壤中Cd污染的固定化作用有较大削弱，从而使其效果受到较大影响。本发明是基于在多年Cd污染重度发生区土壤中提取天然微生物，并经培养、分离、鉴定和因定化检测后，确立了对于土壤中Cd具有极强固定化作用的基本群，在此基础上，从提高土壤中微生物菌群存活繁殖和区第平衡的目标出发，进行功能菌株的复配，使其对土壤Cd污染的因定化作用能够得到可持续化。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂，能够明显降低土壤中Cd、Cu以及Zn的醋酸溶解性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂，包括：Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群。
所述的Cd固定化复合菌群由藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)和副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)的菌液构成，各菌株的活菌质量均在5.0×1013个活菌/kg以上，三种菌株液态制品所占比例(V/V)分别为15％～20％、8％～12％和68％～77％。
所述的效果强化辅助菌群由纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobiumcellulans)、固氮菌(Azotobacter sp.)、酵母菌(Saccharomyces sp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)的菌液构成，各菌株的活菌质量均在5.0×1013个活菌/kg以上，五种菌株液态制品所占比例(V/V)分别为15％～20％、20％～25％、20％～40％、10％～15％和15％～20％。
所述的藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)、副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)、纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans)、固氮菌(Azotobacter sp.)、酵母菌(Saccharomycessp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)以及假单胞菌(Pseudomonas sp.)均为市售菌株。
本发明涉及一种用于农田土壤Cd治理的微生物复配菌液，由上述液态的微生物固化菌剂组成，其中：Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群的复配参数为(1.0～1.5)∶1.0，且保证各菌株的活菌在复配菌液中的含量在1012个/kg以上。
本发明涉及上述微生物复配菌液的制备方法，包括以下步骤：
1)用市售液态菌剂，确保制备前各菌液均需在0℃以下保存；
2)直接采取物理混合方法分别进行Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群的制备；
3)在土壤修复前，按复配比例将固定化复合菌群和效果强化辅助菌群进行物理混合。
本发明涉及上述微生物复配菌液的应用，通过将该菌液与麦麸、玉米淀粉及尿素混合均匀后得到修复剂，再将修复剂均匀撒在待治理土壤表面，即行悬耕，实现土壤修复。
所述的修复剂中复配菌液、麦麸、玉米淀粉和尿素的重量比为2:8:1:1；每公顷农田土地中优选使用复配菌液100～150kg。
技术效果
与现有技术相比，本发明实现了利用市售菌株进行的自行制备，方便应用。与此同时，除充分发挥藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)和副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)三种具有较强Cd固化能力菌株的治理效应外，采取与其他土壤较常见菌株进行复配的技术策略，通过微生物菌群间相互作用原理，对固化效果进行了强化。本发明所提供的土壤Cd治理用制品，在技术上优于目前国内其他发明所用的单一菌剂，与日本同类产品技术水平相当，平均治理效果可达到固定土壤中Cd 25％以上。除Cd之外，对其他土壤重金属也有理想的固定效果。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
1)以藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidusnecator)和副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)市售菌液，按15％、10％和75％的比例，人工作业进行Cd固定化复合菌群复合菌液的物理混合。
2)以纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans)、固氮菌(Azotobactersp.)、酵母菌(Saccharomyces sp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonassp.)的市售菌液，按15％、25％、30％、15％和15％的比例，人工作业进行Cd效果强化辅助菌群固复合菌液的物理混合。
3)用Cd固定化复合菌群复合菌液和Cd效果强化辅助菌群固复合菌液以1：1比例物理混合，搅拌均匀，即成最终菌液。
4)于菌液配制好后第5d，将10kg复配菌液与以下材料拌匀：麦麸40kg、玉米淀粉5kg、尿素5kg，形成治理用物料。
治理效果测试时，采取了以下步骤：
1)将物料均匀撒在面积为600m2的待治理土壤表面，即行悬耕。
2)整地作高畦，播种芹菜，全程管理同常规栽培。
3)经56d采收完成后，取距地表30cm耕层土壤，混匀，共4个样点。
4)与治理前预先采取土样一起，测定土样中的可溶性Cd、Cu、Zn(醋酸提取态)浓度，结果如表1所示。结果证明本发明所用镉固化剂不但对土壤中的镉污染有良好的治理效果，同时也对其他重金属也有明显作用。
表1镉轻度污染菜田土壤治理前后土壤耕层中有效态镉含量的变化
本发明具有操作简便，结合农艺措施进行的特点，治理期间不影响作物栽培等特点。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种用于农田土壤Cd治理的微生物固化菌剂，其特征在于，包括：Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群；
所述的Cd固定化复合菌群由藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)和副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)的菌液构成；
所述的效果强化辅助菌群由纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans)、固氮菌(Azotobacter sp.)、酵母菌(Saccharomyces sp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)的菌液构成。
2.根据权利要求1所述的微生物固化菌剂，其特征是，所述的藤黄短小杆菌(Curtobacterium luteum)、钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)和副少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas parapaucimobilis)的菌液体积比例分别为15%~20%、8%~12%和68%~77%。
3.根据权利要求1所述的微生物固化菌剂，其特征是，所述的纤维化纤维微细菌(Cellulosimicrobium cellulans)、固氮菌(Azotobacter sp.)、酵母菌(Saccharomyces sp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)和假单胞菌(Pseudomonas sp.)的菌液体积比例分别为15%~20%、20%~25%、20%~40%、10%~15%和15%~20％。
4.一种用于农田土壤Cd治理的微生物复配菌液，其特征在于，由权利要求1~3中任一所述的微生物固化菌剂组成，其中：Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群的复配参数为(1.0~1.5)∶1.0，且各菌株活菌在复配菌液中的含量在1012个/kg以上。
5.一种根据权利要求4所述的微生物复配菌液的制备方法，包括以下步骤：
1)用市售液态菌剂，确保制备前各菌液均需在0℃以下保存；
2)直接采取物理混合方法分别进行Cd固定化复合菌群和效果强化辅助菌群的制备；
3)在土壤修复前，按复配比例将固定化复合菌群和效果强化辅助菌群进行物理混合。
6.一种根据权利要求4中微生物复配菌液的应用，其特征在于，通过将该菌液与麦麸、玉米淀粉及尿素混合均匀后得到修复剂，再将修复剂均匀撒在待治理土壤表面，即行悬耕，实现土壤修复。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征是，所述的修复剂中复配菌液、麦麸、玉米淀粉和尿素的重量比为2:8:1:1。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征是，每公顷农田土地中优选使用复配菌液100~150kg。
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