CN110252801A - 一种修复镉污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为土壤重金属污染治理技术领域，具体涉及一种利用聚天冬氨酸(PASP)及植物促生菌(PGPR)辅助富集植物修复镉污染土壤的方法。通过在镉污染土壤中种植重金属富集植物，先添加聚天冬氨酸(PASP)，再施加微生物菌剂，待植株生长成熟后，通过收获植株，移除土壤中重金属镉(Cd)，从而实现对镉污染土壤的修复。本发明采用的联合施加技术能够大大促进植物生长，显著增强植物对镉的吸收及富集能力，与螯合剂或微生物单一的强化措施相比，二者联合施加技术能够明显提高植物的修复效率，具有很好的应用价值。本发明所使用的联合辅助措施具有操作简单，修复效率高，修复周期短等优点。

Description

一种修复镉污染土壤的方法
技术领域
本发明属于土壤重金属污染治理技术领域，具体涉及一种利用聚天冬氨酸(PASP)及植物促生菌(PGPR)联合辅助富集植物修复镉污染土壤的技术。
背景技术
伴随着金属冶炼、土壤施肥、农药使用和工业发展等人类活动，大量的重金属被排放到环境中，威胁着环境生态系统和人类健康，土壤重金属污染已成为最严重的环境问题之一。因此，开发可靠，安全，环保，经济的方法来控制或减少土壤重金属污染，引起了极大的关注。
植物修复作为一种修复有毒重金属污染的绿色环保技术，应用最为广泛。但是，由于许多限制，传统的植物修复技术仍难以大规模应用。影响植物修复效率的关键因素是植物生物量及植物对土壤中重金属的吸收能力。因此，近年来，不同的改进措施不断涌现，如微生物、土壤改良剂和螯合剂等。但是，目前的螯合剂如EDTA、EGTA和EDDHA等在土壤中的高溶解性和持久性，可能会导致重金属浸出，造成二次污染，并且成本较高。随着研究的深入，新型可降解的螯合剂如EDDS、NTA和PASP等逐渐被报道，被认为是普通螯合剂的良好替代品。
虽然，不同的强化措施不断被改进，效果也有一定的提高，但单一的强化措施难以满足大规模污染土壤修复的高效需求。因此，本发明采用不同强化措施联合使用，以达到优势互补，更大的提高植物修复效率。利用可生物降解的螯合剂PASP螯合污染土壤中的重金属，提高土壤中重金属的生物可利用性及流动性；利用植物根际促生菌分泌胞外酶和有机酸等来溶解土壤中的重金属，降低重金属对植物的毒害，促进植物生长，提高植物对重金属的提取效率，从而达到最优的修复效果，对于提高植物修复技术在土壤重金属污染修复中的应用具有重要意义。
发明内容
为了找补单一修复方式的短板，解决修复效率低的问题，本发明提供一种利用聚天冬氨酸及微生物联合辅助富集植物修复镉污染土壤的技术。该方法利用课降解的化学螯合剂-微生物-植物联合修复，是一种高效、环保、经济效益高且操作简单的修复方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)培育龙葵幼苗，待幼苗生长至三叶一心时，选择长势健壮一致的幼苗移栽入需要修复的镉污染土壤中；
(2)龙葵幼苗移栽后第10天，向植物根部灌施聚天冬氨酸水溶液，；
(3)龙葵幼苗移栽后第20天，向植物根部施加微生物菌剂；
(4)龙葵幼苗移栽后第40天收获植株。
进一步的，所述微生物菌剂的施加量为50mL·kg-1土壤。
进一步的，培育龙葵幼苗的具体过程为：用0.5％NaClO溶液将黑果龙葵种子消毒20min，蒸馏水冲洗干净，漂除瘪谷，自然风干后备用；然后将灭菌的蛭石铺于托盘中，厚度4-6cm，龙葵种子播种于其中；盛装龙葵种子的蛭石托盘置于培养箱中，龙葵种子发芽后将托盘放入培养室；培养室采用日光灯管模拟自然光照，昼夜循环为16h光照，8h黑暗，相对湿度控制在80％。
进一步的，所述聚天冬氨酸的施加量为5mg N·kg-1土壤。
进一步的，所述微生物菌剂为植物促生菌，属于芽孢杆菌属。
进一步的，所述微生物菌剂分离于重金属污染区的植物根际土壤。
进一步的，所述微生物菌剂对Cd的耐性大于0.5mmol·L-1，具有产吲哚乙酸、产铁载体和固氮的促生特性。
进一步的，所述微生物菌剂的施加方法为：用LB液体培养基将菌株在30℃200rpm的条件下振荡培养24h，离心去上清，然后用灭菌水重新悬浮菌体，充分混匀后施加于植株根部。
与现有的修复技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用的聚天冬氨酸及微生物菌剂联合辅助富集植物修复镉污染土壤，首先添加的聚天冬氨酸具有良好的螯合、吸附特性，可以与不同的重金属形成或多或少的复合物，促进植物对重金属的吸收，提高重金属的转移性和可利用性；其次，聚天冬氨酸可作为缓释的生物肥料，促进重金属富集植物生长，提高其植株生物量。再则，施加菌剂，微生物分泌植物促生物质，增加植物根系对土壤中营养元素的吸收，促进植物生长，大大提高了植物对重金属的富集能力。
(2)本发明利用的聚天冬氨酸大多数应用于淡水的去垢和重金属的电修复，在植物修复上的应用很少，因此本发明拓宽了其应用领域，并且聚天冬氨酸作为生物降解的螯合剂，不会造成生态环境的二次污染，因此为应用于重金属修复普通螯合剂提供了绿色环保的替代品。
(3)本发明利用的联合施加辅助植物修复技术，与单一的辅助措施相比，联合施加技术能够明显提高植物的修复效率，具有很好的使用价值和应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步的描述。
实施例1
1.供试土壤：土壤取自南京市某铅锌矿周围地区0-20cm表土，土壤取回进行风干、磨碎、过筛(20目)后待用。污染土壤中Cd的含量超过国家三级标准的8倍多，为8.21mg·kg-1，pH为7.10。
2.龙葵幼苗的准备：用0.5％NaClO溶液将黑果龙葵种子消毒20min，蒸馏水冲洗干净，漂除瘪谷，自然风干后备用。然后将灭菌的蛭石铺于托盘中，厚度4-6cm，龙葵种子播种于其中。盛装龙葵种子的蛭石托盘置于培养箱中，龙葵种子发芽后将托盘放入培养室。培养室采用日光灯管模拟自然光照，昼夜循环为16h光照，8h黑暗，相对湿度控制在80％左右。待幼苗长到三叶一心时，选择长势健壮一致的幼苗移栽入塑料盆钵(口径15cm)。
3.盆栽试验：设置四个处理分别为1)空白对照(CK)，2)仅加植物促生菌(PGPR)，3)仅加聚天冬氨酸(PASP)，4)既加植物促生菌、也加聚天冬氨酸(PGPR+PASP)的复合处理。每个处理设置4个重复。每盆中装入1000g样土，将龙葵根部清洗干净后移栽至盆钵中，每盆移栽4株。移栽之后放入培养房，培养房采用日光灯管模拟自然光照，温度控制在20-25℃，每天光照10h，相对湿度控制在70％-80％之间，浇水以保持土壤持水量为60％左右。龙葵幼苗移栽后第10天将处理组3和4以5mg N·kg-1土壤施加聚天冬氨酸，将聚天冬氨酸溶于15mL去离子水后向植株根部浇灌。处理组1和2以等量的水进行浇灌。龙葵幼苗移栽后第20天将处理组2和4以50mL·kg-1土壤施加植物促生菌，处理组1和3施加等量的灭菌水。移栽后第40天时收样，分别测其生物量和各部分镉含量。
重金属含量检测：植株中镉(Cd)的测定采用浓酸湿法消煮，使用优级纯硝酸和高氯酸按照体积87:13配成混酸，称取0.2000±0.0050g植株样品(称取前将植株分为地上部和地下部于80℃烘箱中连续干燥10h以上)，加入3mL混酸，常温下冷消解过夜(大约10h)，然后用电热消解器逐步升温至160-180℃蒸干，再准确加入10mL 2.5％的硝酸(w/v)。涡旋至沉淀溶解，并在60℃水浴30min，然后再涡旋一次，静置沉淀过夜或离心后，将上清液转移至10mL离心管中待用。使用电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)测定植株样品中镉的含量。
由表1所示，与对照组相比，三个实验组均显著性提高了龙葵地上部和地下部生物量，其中联合施加的效果最好，使龙葵地上部和地下部生物量分别提高到1.90倍和2.36倍。
表1联合施加聚天冬氨酸和微生物菌剂对龙葵生物量的影响
实施例2联合施加聚天冬氨酸和微生物菌剂对龙葵Cd含量的影响
实验方法同实施例1，结果由表2所示，联合施加微生物菌剂和聚天冬氨酸均显著性提高了龙葵体内Cd含量，其效果为：PASP+PGPR>PASP>PGPR。单一施加PGPR或PASP相比，联合施加使龙葵地上部和地下部Cd含量分别增加了252.1％～344.1％和131.3％～312.6％。由表3可以得出联合施加微生物菌剂和聚天冬氨酸使得龙葵地上部和地下部Cd的提取量都增加了高达8倍，并且显著性高于单一施加，说明利用聚天冬氨酸及微生物联合辅助龙葵修复镉污染土壤技术可以大大提高植物修复效率。
表2联合施加聚天冬氨酸和微生物菌剂对龙葵植株Cd含量的影响
表3联合施加聚天冬氨酸和微生物菌剂对龙葵提取污染土壤Cd的影响
实施例3
一种修复镉污染土壤的方法，包括下列步骤：
(1)培育龙葵幼苗，待幼苗生长至三叶一心时，选择长势健壮一致的幼苗移栽入需要修复的镉污染土壤中；
培育龙葵幼苗的具体过程为：用0.5％NaClO溶液将黑果龙葵种子消毒20min，蒸馏水冲洗干净，漂除瘪谷，自然风干后备用；然后将灭菌的蛭石铺于托盘中，厚度4-6cm，龙葵种子播种于其中；盛装龙葵种子的蛭石托盘置于培养箱中，龙葵种子发芽后将托盘放入培养室；培养室采用日光灯管模拟自然光照，昼夜循环为16h光照，8h黑暗，相对湿度控制在80％。
(2)龙葵幼苗移栽后第10天向其根部灌施聚天冬氨酸水溶液；聚天冬氨酸的施加量为5mg N·kg-1土壤。
(3)龙葵幼苗移栽后第20天向植物根部施加微生物菌剂；所述微生物菌剂为植物促生菌，属于芽孢杆菌属，分离于重金属污染区的植物根际土壤，以重金属耐性及促生性质为筛选条件，对Cd的耐性大于0.5mmol·L-1，具有产吲哚乙酸(IAA)、产铁载体和固氮等促生特性。所述微生物菌剂的施加量为50mL·kg-1土壤。所述微生物菌剂的施加方法为：用LB液体培养基将菌株在30℃200rpm的条件下振荡培养24h，离心去上清，然后用灭菌水重新悬浮菌体，充分混匀后施加于植株根部。
(4)菌剂处理20天后收获植株。

Claims (8)

1.一种修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)培育龙葵幼苗，待幼苗生长至三叶一心时，选择长势健壮一致的幼苗移栽入需要修复的镉污染土壤中；
(2)龙葵幼苗移栽后第10天向其根部灌施聚天冬氨酸水溶液；
(3)龙葵幼苗移栽后第20天向植物根部施加微生物菌剂；
(4)龙葵幼苗移栽后第40天收获植株。
2.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌剂的施加量为50mL·kg-1土壤。
3.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，培育龙葵幼苗的具体过程为：用0.5％NaClO溶液将黑果龙葵种子消毒20min，蒸馏水冲洗干净，漂除瘪谷，自然风干后备用；然后将灭菌的蛭石铺于托盘中，厚度4-6cm，龙葵种子播种于其中；盛装龙葵种子的蛭石托盘置于培养箱中，龙葵种子发芽后将托盘放入培养室；培养室采用日光灯管模拟自然光照，昼夜循环为16h光照，8h黑暗，相对湿度控制在80％。
4.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述聚天冬氨酸的施加量为5mg N·kg-1土壤。
5.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌剂为植物促生菌，属于芽孢杆菌属。
6.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌剂分离于重金属污染区的植物根际土壤。
7.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌剂对Cd的耐性大于0.5mmol·L-1，具有产吲哚乙酸、产铁载体和固氮的促生特性。
8.根据权利要求1所述的植物修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述微生物菌剂的施加方法为：用LB液体培养基将菌株在30℃200rpm的条件下振荡培养24h，离心去上清，然后用灭菌水重新悬浮菌体，充分混匀后施加于植株根部。
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