CN109385282B - 一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物及其应用 - Google Patents

一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境修复工程领域，涉及一种修复土壤的组合物及其应用，所述组合物包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽。本发明通过植物‑微生物系统对有机‑无机物污染土壤进行修复处理，组合使用蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，协同增效，微生物菌剂能有效促进蜈蚣草生物量的增加，进而提高对砷的富集量，蜈蚣草为微生物提供依附载体，促进微生物对菲的降解，谷胱甘肽能有效清除砷‑菲对蜈蚣草和微生物的抑制作用，显著提高蜈蚣草‑微生物对污染物的处理能力，促进土壤修复。

Description

一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物及其应用
技术领域
本发明属于环境修复工程领域，涉及一种修复土壤的组合物及其应用，主要涉及一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物及其应用，具体涉及一种植物-微生物联合修复砷-菲复合污染土壤的组合物及其应用。
背景技术
多环芳烃(PAHs)和砷(As)是国内外土壤环境保护领域普遍关注的两类污染物，其中萘、荧蒽和苯并[a]芘等7种PAHs及As均被我国列为第一批公布的68种优先控制污染物，它们均具有强致癌、致畸和致突变性。多苯环共轭体系使其具有高度的稳定性，能长期停留在环境中并难以降解。近年来，国内学者对土壤PAHs污染进行了大量的调查研究，发现环境中PAHs污染浓度已从μg/kg级上升到mg/kg级，检出率从不到20％上升到80％以上。砷是土壤中普遍存在的有毒类金属元素。迄今为止，世界上有19个国家发生过较大区域的砷污染危害事件。我国是重要的产砷大国，砷污染及修复问题在我国社会各界的关注上升到新的高度。
PAHs和As分别作为有机类和无机类的重要污染物，近期国际上有研究者开始关注其复合污染问题，并发现工业活动会导致焦化化工、金属冶炼、木材加工等工业场地以及城市生活区土壤中砷和多环芳烃的明显富集。利用超富集植物从污染土壤中提取重金属的植物修复技术，是一种绿色安全技术，已成为国际环境修复的热点。自砷超富集植物蜈蚣草被发现以来，砷污染土壤的植物修复技术与原理均取得突破性进展。多环芳烃因其水溶性差、辛醇-水分配系数高，常吸附于土壤有机质中。微生物降解是自然界中去除PAHs的主要途径，该方法具有成本低、效果好、对环境影响小等优点，现已成为治理土壤PAHs污染的主要修复技术之一。
迄今为止，关于土壤砷-多环芳烃的复合污染修复相关研究非常少。有研究曾采用化学淋洗法处理木材加工区As-PAHs复合污染土壤，对两种污染物的去除效果虽好，但发现土壤中污染物毒性及淋溶风险都增大。由于植物以及微生物修复技术在治理重金属以及有机物污染土壤领域的成功应用，植物-微生物联合修复作为新兴的修复技术日益得到人们的广泛关注，并被认为具有修复有机-无机复合污染潜力。
CN101049604A公开了一种修复砷污染土壤的蜈蚣草富砷特异功能菌联合修复法，它是从砷污染区土壤中筛选得到能在1000mg As/L的培养基生长的蜈蚣草富砷特异功能菌，再将其接种到蜈蚣草的根系，通过特异功能菌与蜈蚣草根际的相互作用，促进蜈蚣草的根系生长发育，进而增大蜈蚣草根系与污染土壤的接触面积，从而增加其对砷的吸收量，缩短修复时间，提高修复效率。本发明为一种修复砷污染土壤的蜈蚣草富砷特异功能菌联合修复法，该方法将植物修复与微生物修复技术有机结合，使蜈蚣草与耐砷毒特异功能菌形成植物-微生物共生体，提高蜈蚣草对砷污染土壤的修复能力与修复效率。但该发明所用微生物为筛选而得，遗传稳定性低，且促进根系生长并不能增加羽叶对砷的积累量。
CN101735997A一种强化植物修复砷污染场地的微生物菌剂及制备方法和应用方法，属于环境修复工程技术领域。所述菌剂所使用的菌种为农杆菌属(Agrobacteriumsp.C13)。该菌剂采用复合载体，其成分包括草炭土、锯末、稻壳、活性碳，其质量百分比为30:25-30:25-30:15。微生物发酵液与复合载体按照质量比0.5-1∶1混合配比，复合载体的微生物吸附量达到109-1012个/克。将制备好的菌剂按5g/kg土用量施加到应用蜈蚣草修复的砷污染场地中，修复植物地上部生物量提高了16-17％，场地中砷的去除率比对照提高了40-41％。本发明的菌剂载体原料丰富，制备方法简单，易于实现大规模生产。但砷在后期抑制农杆菌的生长，进而影响蜈蚣草对砷的吸收，污染土壤中常伴随多种污染物，蜈蚣草对污染物处理能力受到限制。
因此，提供一种同时修复有机-无机污染物的土壤修复方法，高效富集降解污染物，促进蜈蚣草持续吸收砷具有重要意义和广阔市场。
发明内容
针对现有技术的不足及实际的需求，本发明提供一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，所述组合物包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，微生物菌剂促进蜈蚣草生物量的增加，同时降解土壤中的多环芳烃污染物尤其是菲，同时在谷胱甘肽的促进作用下显著提升蜈蚣草-微生物菌剂处理污染土壤的能力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，所述组合物包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽。
本发明通过植物-微生物系统对有机-无机物污染土壤进行修复处理，组合使用蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，协同增效。微生物菌剂能有效促进蜈蚣草生物量的增加，进而提高对砷的富集量；蜈蚣草为微生物提供优良的生长环境，促进微生物对菲的降解；谷胱甘肽能进一步改善蜈蚣草和微生物的生长，显著提高蜈蚣草-微生物对污染物的处理能力，促进土壤修复。
优选地，所述微生物菌剂包括产碱菌属(Alcaligenes sp.)。
优选地，所述微生物菌剂的砷抑制浓度不低于4000mg/L，例如可以是4000mg/L、4500mg/L或5000mg/L。
优选地，所述微生物菌剂的浓度为(0.5-2.5)×108CCU/mL，例如可以是0.5×108CCU/mL、1×108CCU/mL、1.5×108CCU/mL、2×108CCU/mL或2.5×108CCU/mL，优选为1×108CCU/mL。
本发明中，微生物菌剂在本发明所述浓度范围内可保持菌活力，浓度过大菌体生长代谢受抑制，影响菌剂降解菲的活性，浓度过小，所需菌剂量增大，提高成本。
优选地，所述谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为(3-8):1mg/kg，例如可以是3:1mg/kg、4:1mg/kg、5:1mg/kg、6:1mg/kg、7:1mg/kg或8:1mg/kg。
本发明中，谷胱甘肽在所述施加条件下可有效促进蜈蚣草生长代谢，增加蜈蚣草生物量，降低砷-菲对蜈蚣草以及菌剂的抑制作用，提高蜈蚣草-微生物菌剂对污染土壤的处理效率。
第二方面，本发明提供一种修复砷-菲复合污染土壤的方法，使用如第一方面所述的组合物，包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将产碱菌属扩大培养；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出5-7片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液。
优选地，步骤(1)所述扩大培养具体为将产碱菌属活化，接种于发酵罐发酵培养，最后将发酵液离心，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂。
优选地，所述活化的代数为1-3代，例如可以是1代、2代或3代，优选为2代。
优选地，所述发酵培养的温度为30-35℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃。
优选地，所述发酵罐的罐压为0.02-0.05MPa，例如可以是0.02MPa、0.03MPa、0.04MPa或0.05MPa。
优选地，所述发酵罐的搅拌速度为300-350r/min，例如可以是300r/min、320r/min或350r/min。
本发明中，在所述发酵罐压力、温度及搅拌速度的配合下，使培养基达到产碱菌属生长的最适溶氧，提高菌体代谢活力，增加菌剂对污染土壤的处理能力。
优选地，所述发酵培养的时间为12-18h，例如可以是12h、14h、15h、16h或18h。
本发明中，所述发酵时间范围内菌体活力最佳，时间过短，菌体活力低，时间过长，菌体浓度过大降低菌体代谢活力。
优选地，所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵1-2g/L、硫酸镁0.1-0.2g/L、氯化钙0.05-0.1g/L、磷酸二氢钾1.9-3.8g/L、磷酸氢二钠1.7-3.4g/L、维生素混合液0.1-0.2mL/L、微量金属混合液1-2mL/L和菲30-70mg/L。
优选地，所述菲的添加量为30-70mg/L，例如可以是30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L或70mg/L。
本发明中，在所述菲添加量范围内，可有效提高菌体对菲的耐受，增加菲在菌体内的代谢，提高菌体对土壤中菲的降解效率，菲的添加量过少不能有效激活菌体代谢通路，添加量过多则显著增加菲对菌的抑制，降低菌体活力。
优选地，所述维生素混合液包括：100μg/L对氨基苯酸、50μg/L叶酸、100μg/L硫辛酸、200μg/L烟酸、100μg/L维生素B2、200μg/L硫胺素、100μg/L泛酸、500μg/L维生素B6、100μg/L维生素B12以及20μg/L生物素。
优选地，所述微量金属混合液包括：2.0mg/L FeSO4·7H2O、0.03mg/L MnCl2·4H2O、0.2mg/L CaCl2·6H2O、0.02mg/L NiCl2·6H2O、0.026mg/L Na2SeO3·5H2O、1.0mg/LEDTA、0.1mg/LZnSO4·7H2O、0.3mg/L H3BO3、0.01mg/L CuCl2·2H2O、0.03mg/L NaMoO4·2H2O、0.033mg/L Na2MoO4·2H2O和0.2mg/L CoCl2·6H2O。
优选地，步骤(3)所述微生物菌剂的添加量为20-30mL/kg，例如可以是20mL/kg、22mL/kg、25mL/kg、28mL/kg或30mL/kg。
本发明中，配合所述微生物菌剂的浓度范围，施入蜈蚣草的添加量在20-30mL/kg，可控制菌体总量与蜈蚣草的比例适中，促进蜈蚣草生长的同时不影响蜈蚣草对砷的富集，菌剂添加量过少或过多则蜈蚣草-产碱菌属系统对砷-菲处理能力均下降。
优选地，所述方法具体包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将产碱菌属活化1-3代，然后接种于发酵罐发酵培养，发酵培养的温度为30-35℃，发酵罐的罐压为0.02-0.05MPa，搅拌速度为300-350rpm，发酵培养的时间为12-18h，最后将发酵液3-8℃、6000-7000rpm下离心8-15min，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出5-7片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草移栽一周生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂20-30mL/kg，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的组合物用于修复砷-菲混合污染土壤中的用途。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过植物-微生物系统对有机-无机物污染土壤进行修复处理，组合使用蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，协同增效，微生物菌剂能有效促进蜈蚣草生物量的增加，进而提高对砷的富集量；蜈蚣草根际为微生物提供优良的生长环境，促进微生物对菲的降解；谷胱甘肽能进一步改善蜈蚣草和微生物生长，显著提高蜈蚣草-微生物对污染物的处理能力，促进土壤修复；
(2)本发明通过对产碱菌属的特异性培养，组合配比培养基组分，使产碱菌属对砷-菲的耐受力显著提高，促进产碱菌属降解菲的能力；
(3)本发明通过特异性选择蜈蚣草与微生物菌剂的质量比以及蜈蚣草和谷胱甘肽的配比，实现蜈蚣草-微生物系统快速高效处理砷-菲复合污染土壤。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1
一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，使用所述组合物修复污染土壤的方法包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将粪产碱杆菌活化2代，然后接种于发酵罐发酵培养，发酵培养的温度为32℃，发酵罐的罐压为0.03MPa，搅拌速度为330rpm，发酵培养的时间为15h，最后将发酵液4℃、6500rpm下离心10min，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂，微生物菌剂的浓度为1×108CCU/mL；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出6片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草移栽一周生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂25mL/kg，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液，谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为5:1mg/kg；
其中所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵1g/L、硫酸镁0.1g/L、氯化钙0.05g/L、磷酸二氢钾1.9g/L、磷酸氢二钠1.7g/L、维生素混合液0.1mL/L、微量金属混合液1mL/L和菲50mg/L；
其中维生素混合液包括：100μg/L对氨基苯酸、50μg/L叶酸、100μg/L硫辛酸、200μg/L烟酸、100μg/L维生素B2、200μg/L硫胺素、100μg/L泛酸、500μg/L维生素B6、100μg/L维生素B12以及20μg/L生物素；
微量金属混合液包括：2.0mg/L FeSO4·7H2O、0.03mg/L MnCl2·4H2O、0.2mg/LCaCl2·6H2O、0.02mg/L NiCl2·6H2O、0.026mg/L Na2SeO3·5H2O、1.0mg/L EDTA、0.1mg/LZnSO4·7H2O、0.3mg/L H3BO3、0.01mg/L CuCl2·2H2O、0.03mg/L NaMoO4·2H2O、0.033mg/LNa2MoO4·2H2O和0.2mg/L CoCl2·6H2O。
实施例2
一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，使用所述组合物修复污染土壤的方法包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将粪产碱杆菌活化1代，然后接种于发酵罐发酵培养，发酵培养的温度为30℃，发酵罐的罐压为0.02MPa，搅拌速度为350rpm，发酵培养的时间为18h，最后将发酵液3℃、7000rpm下离心8min，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂，微生物菌剂的浓度为2.5×108CCU/mL；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出5片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草移栽一周生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂20mL/kg，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液，谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为8:1mg/kg；
其中所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵1.5g/L、硫酸镁0.15g/L、氯化钙0.07g/L、磷酸二氢钾2.5g/L、磷酸氢二钠2.5g/L、维生素混合液0.15mL/L、微量金属混合液1.5mL/L和菲70mg/L；
其中，维生素混合液和微量元素混合液的组成配方同实施例1。
实施例3
一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，使用所述组合物修复污染土壤的方法包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将粪产碱杆菌活化3代，然后接种于发酵罐发酵培养，发酵培养的温度为35℃，发酵罐的罐压为0.05MPa，搅拌速度为300rpm，发酵培养的时间为12h，最后将发酵液8℃、6000rpm下离心15min，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂，微生物菌剂的浓度为0.5×108CCU/mL；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出7片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草移栽一周生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂30mL/kg，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液，谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为3:1mg/kg；
其中所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵2g/L、硫酸镁0.2g/L、氯化钙0.1g/L、磷酸二氢钾3.8g/L、磷酸氢二钠3.4g/L、维生素混合液0.2mL/L、微量金属混合液2mL/L和菲30mg/L；
其中，维生素混合液和微量元素混合液的组成配方同实施例1。
实施例4
与实施例1相比，除了谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为1:1mg/kg外，其他条件同实施例1。
实施例5
与实施例1相比，除了谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为10:1mg/kg外，其他条件同实施例1。
实施例6
与实施例1相比，除了培养基组分中不添加维生素混合液外，其他条件同实施例1。
实施例7
与实施例1相比，除了培养基组分中不添加微量金属混合液外，其他条件同实施例1。
实施例8
与实施例1相比，除了培养基组分中不添加菲外，其他条件同实施例1。
实施例9
与实施例1相比，除了培养基组分中菲的添加量为10mg/L外，其他条件同实施例1。
对比例10
与实施例1相比，除了培养基组分中菲的添加量为80mg/L外，其他条件同实施例1。
实施例11
与实施例1相比，除了微生物菌剂添加量为10mL/kg外，其他条件同实施例1。
实施例12
与实施例1相比，除了微生物菌剂添加量为40mL/kg外，其他条件同实施例1。
实施例13
与实施例1相比，除了微生物菌剂的浓度为1×107CCU/mL外，其他条件同实施例1。
实施例14
与实施例1相比，除了微生物菌剂的浓度为5×108CCU/mL外，其他条件同实施例1。
对比例1
与实施例1相比，除了组合物中不添加蜈蚣草外，其他条件同实施例1。
对比例2
与实施例1相比，除了组合物中不添加微生物菌剂外，其他条件同实施例1。
对比例3
与实施例1相比，除了组合物中不添加谷胱甘肽外，其他条件同实施例1。
对比例4
与实施例1相比，除了组合物中只添加蜈蚣草外，其他条件同实施例1。
对比例5
与实施例1相比，除了组合物中只添加微生物菌剂外，其他条件同实施例1。
对比例6
不添加组合物，对土壤不做任何处理。
砷-菲污染土壤处理实验
土壤风干，过2mm筛，高压蒸汽灭菌3-4天。取少量土壤(25％)均匀加入2L 5g/L菲的丙酮溶液，待丙酮挥发后，加入2L 5g/L Na2HAsO4·7H2O溶液，充分混匀，然后用未污染土(75％)不断稀释，多次搅拌、混匀。将混匀后的土壤放入灭菌后的塑料盆中，覆盖保鲜膜保持水分。污染土壤放置于阴凉避光处老化4个月，模拟砷-菲污染土壤环境，4个月后测定土壤中砷含量和菲含量分别为89.66mg/kg和50mg/kg。分别用实施例1-14和对比例1-6进行盆栽实验，每盆为1.5kg土壤，其中根袋土壤为300g(根袋呈圆柱状，骨架为硬塑料，包裹孔径为0.45um尼龙网布)。每盆栽种1棵蜈蚣草，蜈蚣草初始为10cm高土壤田间含水量保持在70％左右，温室温度范围控制在22-25℃，室内相对湿度控制在75％-80％。每2天随机交换盆钵在温室中的位置。
土壤样品和植物样品采集
施菌60d后采样(包括根际土壤、非根际土壤以及植物样品)，用蒸馏水充分淋洗，再用滤纸蘸干植物表面水分，将植物地上部以及地上部分开并测量生物量，取一部分放入-80℃保存，测菲含量。一部分烘干后测定总砷含量。土壤样品：一部分放入-81℃保存，待菲含量分析；一部分自然风干后测定总砷，蜈蚣草生物量及蜈蚣草对砷的积累量见表1。
样品测试方法
将植物用蒸馏水洗净，分成地下部以及地上部，测其生物鲜重。并取一部分烘干称重，测定含水率。采用硝酸-双氧水消煮土壤样品，硝酸-高氯酸消煮植物样品，原子荧光光谱法测定总砷。将国标(GBW-07603)作为分析质量控制。植物样品经冷冻干燥后磨碎、混匀，称取适量，分3次每次加入l0mL的丙酮和二氯甲烷混合液(1:1,v:v)超声萃取30min，将萃取液收集于50mL圆底烧瓶，在40℃下旋转蒸发至0.5mL，转移至10g硅胶柱(200目～300目)净化，并用50mL正己烷和二氯甲烷混合液(1:1,v:v)淋洗，洗脱液收集后再次旋转蒸发至0.5mL，用GC-MS分析菲含量。土样品经冷冻干燥后过10目筛，取2.0g土壤样品加入10mL二氯甲烷，盖紧后，于超声水浴中超声萃取1h，4000rpm下离心10min。取3mL上清液过10g硅胶柱净化，并用50mL(1:1,v:v)二氯甲烷和正己烷溶液洗脱，洗脱液收集至旋转蒸发瓶，40℃恒温下旋转蒸发至0.5mL，加内标定容为1mL，气相色谱-质谱分析菲含量，土壤中砷、菲含量测试结果见表2。
表1蜈蚣草生物量变化及蜈蚣草砷积累量
Figure BDA0001848019210000131
Figure BDA0001848019210000141
由表1可知，比较实施例1与实施例4-5可知，谷胱甘肽可显著促进蜈蚣草生物量的增加，同时促进蜈蚣草-产碱菌属系统对土壤中砷的富集；比较实施例1与实施例6-7可知，产碱菌属培养基组分对菌活性的影响，维生素混合液和微量金属能促进产碱菌属的代谢，进而提高菌活，抵御土壤中砷对细胞的抑制作用，从而与蜈蚣草协同增效，提高蜈蚣草对砷的积累量；比较实施例1与实施例8-10可知，产碱菌属培养基中添加本发明所述质量范围内的菲有利于提高产碱菌属对菲的降解，提高处理土壤污染的效率；比较实施例1与实施例11-12可知，微生物菌剂的添加量对蜈蚣草富集砷的影响，菌剂过少蜈蚣草对砷的积累量降低，菌剂过多则抑制蜈蚣草生物量增加而降低砷积累量；比较实施例1与实施例13-14可知，微生物菌剂的浓度过小，菌体总量少，所需菌剂体积增多，增加工作量降低经济效益，微生物菌剂的浓度过大，菌体活力下降，影响蜈蚣草-微生物系统对砷的富集；比较实施例1与对比例1-5可知，蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽三者协同增效，缺一不可。
表2土壤中砷和菲残留量
Figure BDA0001848019210000142
Figure BDA0001848019210000151
由表2可知，比较实施例1与实施例4-5可知，谷胱甘肽可显著促进蜈蚣草-产碱菌属系统对土壤中砷的富集和对菲的降解；比较实施例1与实施例6-7可知，产碱菌属培养基组分对菌活性的影响，维生素混合液和微量金属能促进产碱菌属的代谢，进而提高菌活，从而与蜈蚣草协同增效，提高蜈蚣草-产碱菌属对土壤中砷的富集以及菲的降解；比较实施例1与实施例8-10可知，产碱菌属培养基中添加本发明所述质量范围内的菲有利于提高产碱菌属对菲的降解，提高处理土壤污染的效率；比较实施例1与实施例11-12可知，微生物菌剂的添加量对蜈蚣草富集土壤中砷的影响，菌剂过少蜈蚣草对砷的积累量降低、菌对菲的处理效率降低，菌剂过多则抑制蜈蚣草生物量增加而降低对土壤砷的富集，土壤中砷-菲残留量显著增加；比较实施例1与实施例13-14可知，微生物菌剂的浓度过低，影响蜈蚣草-微生物对砷的积累和对菲的降解，菌剂的浓度过高，菌活下降，蜈蚣草-微生物对污染土壤的处理能力下降，说明微生物菌剂的浓度与污染土壤修复能力间非线性关系，只有在本发明所述范围内，配合菌剂施加量才能促进蜈蚣草-微生物对砷的积累和对菲的降解；比较实施例1与对比例1-5可知，蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽三者协同增效，缺一不可。
综上，本发明通过植物-微生物系统对有机-无机物污染土壤进行修复处理，组合使用蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，协同增效，一方面，植物为微生物生长提供良好环境条件，提升微生物的有机物降解能力或者重金属活化或固定能力；另一方面，微生物可以改变污染物存在形态，减轻污染物对植物的毒害，或促进植物对污染物的吸收积累和转化。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种修复砷-菲复合污染土壤的组合物，其特征在于，所述组合物包括蜈蚣草、微生物菌剂和谷胱甘肽，所述微生物菌剂包括产碱菌属(Alcaligenessp.)；
所述谷胱甘肽与蜈蚣草的质量比为(3-8):1mg/kg；
所述微生物菌剂的浓度为(0.5-2.5)×108CCU/mL；
所述组合物中向蜈蚣草根部均匀施入20-30mL/kg的微生物菌剂，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液；
所述组合物中微生物菌剂的制备包括：将产碱菌属扩大培养；所述扩大培养具体为将产碱菌属活化，接种于发酵罐发酵培养，最后将发酵液离心，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂；
所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵1-2g/L、硫酸镁0.1-0.2g/L、氯化钙0.05-0.1g/L、磷酸二氢钾1.9-3.8g/L、磷酸氢二钠1.7-3.4g/L、维生素混合液0.1-0.2mL/L、微量金属混合液1-2mL/L和菲30-70mg/L。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述微生物菌剂的砷抑制浓度不低于4000mg/L。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述微生物菌剂的浓度为1×108CCU/mL。
4.一种修复砷-菲复合污染土壤的方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一项所述的组合物，包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将产碱菌属扩大培养；所述扩大培养具体为将产碱菌属活化，接种于发酵罐发酵培养，最后将发酵液离心，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂；所述发酵培养的培养基包括如下组分：氯化铵1-2g/L、硫酸镁0.1-0.2g/L、氯化钙0.05-0.1g/L、磷酸二氢钾1.9-3.8g/L、磷酸氢二钠1.7-3.4g/L、维生素混合液0.1-0.2mL/L、微量金属混合液1-2mL/L和菲30-70mg/L；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出5-7片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入20-30mL/kg的微生物菌剂，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述活化的代数为1-3代。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述活化的代数为2代。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵培养的温度为30-35℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵罐的罐压为0.02-0.05MPa。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵罐的搅拌速度为300-350r/min。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发酵培养的时间为12-18h。
11.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述维生素混合液包括：100μg/L对氨基苯酸、50μg/L叶酸、100μg/L硫辛酸、200μg/L烟酸、100μg/L维生素B2、200μg/L硫胺素、100μg/L泛酸、500μg/L维生素B6、100μg/L维生素B12以及20μg/L生物素。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述微量金属混合液包括：2.0mg/LFeSO4·7H2O、0.03mg/L MnCl2·4H2O、0.2mg/L CaCl2·6H2O、0.02mg/L NiCl2·6H2O、0.026mg/L Na2SeO3·5H2O、1.0mg/L EDTA、0.1mg/LZnSO4·7H2O、0.3mg/L H3BO3、0.01mg/LCuCl2·2H2O、0.03mg/L NaMoO4·2H2O、0.033mg/L Na2MoO4·2H2O和0.2mg/L CoCl2·6H2O。
13.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
(1)微生物菌剂制备：将产碱菌属活化1-3代，然后接种于发酵罐发酵培养，发酵培养的温度为30-35℃，发酵罐的罐压为0.02-0.05MPa，搅拌速度为300-350rpm，发酵培养的时间为12-18h，最后将发酵液3-8℃、6000-7000rpm下离心8-15min，去除培养基，在菌体沉淀中加入无菌水混匀得微生物菌剂；
(2)蜈蚣草培育：将蜈蚣草孢子培育长出5-7片羽叶时，移栽到砷-菲复合污染的土壤中；
(3)蜈蚣草移栽一周生长稳定后，向蜈蚣草根部均匀施入微生物菌剂20-30mL/kg，并在蜈蚣草羽叶处喷施谷胱甘肽溶液。
14.一种如权利要求1-3中任一项所述的组合物用于修复砷-菲混合污染土壤中的用途。
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