CN110653251A - 一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植物‑微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,该方法包括:(1)在待修复重金属污染土壤上播种植物种子,所述的植物为苜蓿、地肤或五彩石竹;(2)在种植的同时向植物种子上淋入棘孢木霉菌液,待种子发芽生长后棘孢木霉侵染植物根部,形成菌根化植物;然后每周浇一次水;发芽后生长90‑100天进行去除重金属污染土壤中的重金属。该修复方法引入特殊微生物棘孢木霉,将微生物‑植物这一共生体系打造成有机修复体,加速重金属转化和富集过程。增加生物量的同时增强生物抗性,扩大了微生物‑植物的重金属修复效率以及应用范围。

Description

一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法
技术领域
本发明涉及一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,属于土壤修复技术领域技术领域。
背景技术
土壤环境对于陆地生态系统平衡至关重要。近年来,多种环境压力导致了土壤退化严重,如盐渍化、侵蚀、污染造成的土壤系统破坏。重金属污染已经成为最严重的环境问题之一,重金属污染来源广泛,包括采矿,冶炼,电镀和化学加工等人为活动。重金属具有难以降解、容易积累、毒性较大等特点,随着食物链,生物蓄积和生物放大对人类健康构成严重威胁。部分重金属对植物,动物和人类的损害是不可逆转,包括生长和发育迟缓以及致癌或心血管疾病等。因此,实现土壤重金属的修复对于生态安全以及人类健康至关重要。
国内外对于土壤中的重金属污染控制技术总体上可以分为两大类:一是以削减危害与风险为目的,通过改变重金属在土壤的赋存状态或与土壤的结合方式,将其稳定在土壤中,从而降低其在环境中的活性、毒性、迁移转化性和生物可利用性;二是以降低重金属在土壤中的绝对含量为目的,通过各种技术手段将重金属从土壤中清除,从而完成土壤的修复与净化。
目前,修复重金属污染的土壤的方法有很多,如物理和化学技术;尽管重金属是不可分解的,物化修复技术通过螯合剂螯合或氧化还原反应使价态转移,从而降低重金属毒性。然而,与物理化学修复相比,植物修复技术具有成本效益,环境友好,可持续,并可有效避免造成修复过程中的二次污染等优势。植物修复是使用土壤植物去除,减少或富集土壤污染物的过程,主要包括植物提取,植物降解,根际过滤,根际固定化等形式。然而,目前用于治理土壤重金属污染的植物修复技术存在生物量小、根系浅、特有的生态型和较窄的生态适应性等缺陷,严重限制了植物修复效果以及应用范围。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法。
发明概述:
本发明针对重金属污染以及盐渍化土壤等恶劣环境条件,研发了一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法。通过大量无数次实验,筛选出来修复重金属污染土壤的优势植物,苜蓿、地肤或五彩石竹,具有根系茂盛,耐盐碱性,对重金属具有富集性;利用尾矿区特殊生境,筛选分离出优势菌群棘孢木霉进行培养扩繁;利用棘孢木霉进行根部侵染,形成菌根化植物,增强植物根部活性,提高对重金属的富集、降解作用。修复效率高、环境适应性强的绿色原位修复技术,具有良好的生态效益和社会效益。
发明详述:
本发明是通过如下技术方案实现的:
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,包括步骤如下:
(1)在待修复重金属污染土壤上播种植物种子,所述的植物为苜蓿、地肤或五彩石竹;
(2)在种植的同时向植物种子上淋入浓度为(4.0-6.0)×107CFU/mL的棘孢木霉菌液,待种子发芽生长后棘孢木霉侵染植物根部,形成菌根化植物;然后每周浇一次水;发芽后生长90-100天进行去除重金属污染土壤中的重金属。
根据本发明优选的,步骤(1)中,种植密度为20-30株/m2,优选的,种植密度为25株/m2
根据本发明优选的,步骤(1)中,所述的植物为苜蓿。
根据本发明优选的,步骤(1)中,植物种子播种前先用15%过氧化氢溶液浸泡10-12小时后再播种。
根据本发明优选的,步骤(2)中,每株植物淋入棘孢木霉菌液50-100mL,优选的,每株植物淋入棘孢木霉菌液50mL。
根据本发明优选的,步骤(2)中,棘孢木霉菌液的浓度为(5.0-6.0)×107CFU/mL。
根据本发明优选的,棘孢木霉为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)PD-19,保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址:中国武汉武汉大学,保藏号为CCTCC No:M2013113,保藏时间为2013年4月1日。
根据本发明优选的,棘孢木霉菌液是按如下方法制备得到的,将棘孢木霉接种至液体培养基中在恒温培养振荡器中经一级种子培养、二级种子培养和扩大培养,得到棘孢木霉菌液。
根据本发明优选的,恒温培养温度为26~28℃,振荡器震荡速率为180~200rpm。
本发明的棘孢木霉筛选自含有重金属的尾矿土中,并经选育,具有耐受重金属环境的能力。
根据本发明优选的,步骤(2)中,可以实现对镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)五种重金属的同时去除。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本发明的修复方法引入特殊微生物棘孢木霉,将微生物-植物这一共生体系打造成有机修复体,加速重金属转化和富集过程。土壤微生物可以改善土壤理化性质,促进根际生长,扩大吸收面积,增强植物对土壤环境的适应能力。同时,植株地下部表皮细胞蜕落、营养物质和酶释放,也为土壤体系中的微生物提供了更有利的生存条件。微生物-植物共生体系,增加生物量的同时增强生物抗性,扩大了微生物-植物的重金属修复效率以及应用范围。
2、本发明采用棘孢木霉(Trichoderma asperellum)作为生物修复的微生物菌剂,该菌剂对重金属的耐受能力高保持较高的活性,面对较差的土壤环境,依旧可以发挥作用,可以应用于多种土壤环境条件。
3、本发明的方法可以同时实现对多种重金属很好的去除,能够应用于多种重金属复合污染的场地修复。
4、本发明的植物能够在尾矿等恶劣环境条件下中生长,显著提高了技术的应用深度和广度。
5、本发明的方法能够增加微生物的生物量,进而促进植物根际发育,保持植物生长状态,增强植物抗性,提高植物对重金属的富集作用。
6、本发明的方法中植物种子发芽生长后使微生物侵染植物根部,菌根化植,适用范围广,成本低,可操作性强。在不对环境造成二次破坏的基础上最大程度的实现重金属污染场地的有效修复。
附图说明
图1为采用实施例1的方法对黄三角区域盐碱地修复后效果图;
图2为采用实施例2的方法对尾矿土壤修复后效果图;
图3为采用实施例3的方法对工业园污水排放、废渣堆积以及大气沉降造成严重的重金属污染地修复后效果图;
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例中的棘孢木霉为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)PD-19,保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址:中国武汉武汉大学,保藏号为CCTCC No:M2013113,保藏时间为2013年4月1日。
棘孢木霉菌液是按如下方法制备得到的,将棘孢木霉接种至液体培养基中在26~28℃恒温培养振荡器中经一级种子培养、二级种子培养和扩大培养,得到棘孢木霉菌液。
实施例1
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,包括步骤如下:
(1)在待修复重金属污染土壤上播种苜蓿种子,种植密度为25株/m2
(2)在种植的同时向植物种子上淋入50mL浓度为(4.0-6.0)×107CFU/mL的棘孢木霉菌液,待种子发芽生长后棘孢木霉侵染植物根部,形成菌根化植物;然后每周浇一次水;发芽后生长90天进行去除重金属污染土壤中的重金属。
实施例2
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,同实施例1,不同之处在于,植物为五彩石竹,其他按实施例1的进行。
实施例3
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,同实施例1,不同之处在于,植物为地肤,其他按实施例1的进行。
对比例1
一种修复重金属污染土壤的方法,该方法仅种植苜蓿进行土壤修复,不引入共生微生物棘孢木霉。
对比例2
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,同实施例1,不同之处在于,
将修复植物替换为模式植物拟南芥Arabidopsis thaliana,开展对比研究。
对比例3
一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,同实施例1,不同之处在于,
将棘孢木霉替换为里氏木霉(Trichoderma reesei),该菌株来源于中国普通微生物菌种保藏管理中心,菌种编号CGMCC No:9644。
实验例1
黄三角区域盐碱地占地270万亩,盐碱地不仅土壤环境恶劣,而且存在较为严重的重金属污染。通过地表水体径流、大气飘尘,污染周围环境。选取长50m×20m面积为1000m2的实验田进行修复实验。在实验田添加适量自制改良剂(改良剂与盐碱地土壤比例为1:11,改良的成分包括生物炭、有机肥、稻壳和陶粒,质量比例为2:8:1:1.5)并翻耕,翻耕深度为40cm。
采用实施例1及对比例1-3的方法在实验田上进行修复,然后评估植物生长状况,测定土壤中重金属的含量,计算五种土壤重金属的去除率,测试结果如下表1所示:
表1
实验例2
尾矿土壤颗粒组成以砂粒为主,铁尾矿有机质含量极低,含水量低,持水能力差,铁尾矿呈碱性。选取长50m×20m面积为1000m2的实验田进行修复实验。在实验田添加适量自制改良剂(改良剂与尾矿比例为1:7,改良的成分包括生物炭、有机肥、稻壳和陶粒,质量比例为2:11:3:2.5)并翻耕,翻耕深度为40cm。
采用实施例2及对比例1-3的方法在实验田上进行修复,然后评估植物生长状况,测定土壤中重金属的含量,计算五种土壤重金属的去除率,测试结果如下表2所示:
表2
Figure BDA0001712602500000052
Figure BDA0001712602500000061
实验例3
工业园污水排放、废渣堆积以及大气沉降造成严重的重金属污染。重金属在土壤中被富集放大,进入生物体难以排出,造成动植物致病、致畸。选取长50m×20m面积为1000m2的实验田进行为微生物-植物修复实验。在实验田添加适量自制改良剂(改良剂与工业园区土壤比例为1:9,改良的成分包括生物炭、有机肥、稻壳和陶粒,质量比例为1:8:3:1)并翻耕,翻耕深度为40cm。
采用实施例3及对比例1-3的方法在实验田上进行修复,然后评估植物生长状况,测定土壤中重金属的含量,计算五种土壤重金属的去除率,测试结果如下表3所示:
表3
Figure BDA0001712602500000062
通过实验例1-3,可以看出,本发明的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法对五种重金属具有较好的去除效果。通过与对比例1-3对比例,可以发现本发明的苜蓿-棘孢木霉、地肤-棘孢木霉、五彩石竹-棘孢木霉体系能够适应不同的土壤环境,有较强的恶劣环境适应能力,可以显著提高重金属的去除率。
所述仅为本发明的较佳实施例,不能以此限定本发明的实施条件和实施范围。依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的修饰与变化,仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,包括步骤如下:
(1)在待修复重金属污染土壤上播种植物种子,所述的植物为苜蓿、地肤或五彩石竹;
(2)在种植的同时向植物种子上淋入浓度为(4.0-6.0)×107CFU/mL的棘孢木霉菌液,待种子发芽生长后棘孢木霉侵染植物根部,形成菌根化植物;然后每周浇一次水;发芽后生长90-100天进行去除重金属污染土壤中的重金属。
2.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(1)中,种植密度为20-30株/m2,优选的,种植密度为25株/m2
3.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的植物为苜蓿。
4.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(1)中,植物种子播种前先用15%过氧化氢溶液浸泡10-12小时后再播种。
5.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(2)中,每株植物淋入棘孢木霉菌液50-100mL,优选的,每株植物淋入棘孢木霉菌液50mL。
6.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(2)中,棘孢木霉菌液的浓度为(5.0-6.0)×107CFU/mL。
7.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,棘孢木霉为棘孢木霉(Trichoderma asperellum)PD-19,保藏于中国典型培养物保藏中心,简称CCTCC,地址:中国武汉武汉大学,保藏号为CCTCC No:M2013113,保藏时间为2013年4月1日。
8.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,棘孢木霉菌液是按如下方法制备得到的,将棘孢木霉接种至液体培养基中在恒温培养振荡器中经一级种子培养、二级种子培养和扩大培养,得到棘孢木霉菌液。
9.根据权利要求8所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,恒温培养温度为26~28℃,振荡器震荡速率为180~200rpm。
10.根据权利要求1所述的植物-微生物联合原位修复重金属污染土壤的方法,其特征在于,步骤(2)中,可以实现对镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)五种重金属的同时去除。
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