CN110846048B - 一种基于菌株1jn2的微生物修复剂及其制备使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于菌株1JN2的微生物修复剂，包括以下重量份的原料：生物炭12～15份；蚕沙有机肥3～6份；复合微生物菌剂3～5份；氨基酸0.5～1份；生物促生剂0.5～1份；释缓氧化剂0.5～1份；其中复合微生物菌剂包括抗逆菌株1JN2和EM菌；其是通过先分别制备两种菌剂，再将两种菌剂与生物炭混合发酵，之后与蚕沙有机肥、氨基酸、生物促生剂以及释缓氧化剂混合制得，使用方法为在待处理的土壤表层施撒基于菌株1JN2的微生物修复剂，然后使用挖机深翻500mm，纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土。上述技术方案中提供的基于菌株1JN2的微生物修复剂、制备方法及其使用方法，能从根本上解决土壤重金属污染问题，其制备方法简单方便，成本低廉，便于大批量生产制备。

Description

一种基于菌株1JN2的微生物修复剂及其制备使用方法
技术领域
本发明涉及微生物修复剂技术领域，具体涉及一种处理重金属污染土壤的微生物修复剂、制备方法及其使用方法。
背景技术
土壤重金属污染已经成为了全球性的重要环境问题之一，土地一旦被重金属污染，就在一定程度上丧失了生产能力。对于土壤污染处理而言，传统物理及化学修复技术的最大弊端就是污染物去除不彻底，容易导致二次污染的发生，从而带来一定程度上的环境健康风险危害。利用微生物对不同污染类型土壤进行生物修复已经成为了微生物研究的热点之一。微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。
发明人筛选了协助寄主植物缓解镉离子胁迫的抗逆菌株1JN2(枯草芽孢杆菌)，并针对该菌株和菌剂申请了发明专利(公布号CN 104726361 A)，其能过通过自身的胞外多糖吸附并且固定镉离子，从而降低寄主植物对于环境中镉离子的吸收和累积，协助植物度过镉离子污染逆境，减少植物对于镉离子的吸收和累积，从而从源头上降低食品安全风险。但是对于土壤修复本身没有相关的研究，还是无法从根本上解决被重金属污染的土壤修复问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于菌株1JN2的微生物修复剂，其能从根本上解决土壤重金属污染问题，其制备方法简单方便，成本低廉，便于大批量生产制备。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种基于菌株1JN2的微生物修复剂，包括以下重量份的原料：生物炭12～15份；蚕沙有机肥3～6份；复合微生物菌剂3～5份；氨基酸0.5～1份；生物促生剂0.5～1份；释缓氧化剂0.5～1份；其中复合微生物菌剂包括抗逆菌株1JN2和EM菌。
其中，抗逆菌株1JN2和EM菌的重量比为1～1.5:0.5～1。
其中，蚕沙有机肥中含有烟梗，所述烟梗占蚕沙有机肥总质量的5～10％。
上述基于菌株1JN2的微生物修复剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.将抗逆菌株1JN2在LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用灭菌水重悬浮稀释得抗逆菌株菌剂；
S2.将灭菌水、红糖、酵母浸粉以及微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的5％的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆和小麦秸秆按照1:1的重量比混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.将步骤S1中的抗逆菌株菌剂加入到S2中的EM菌菌剂中混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入步骤S3的生物炭继续发酵培养8h，然后进行固定化处理，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将蚕沙有机肥、氨基酸、生物促生剂以及释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
其中，固定化处理为包埋固定法，具体为将混合后菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，即得生物炭负载的复合菌剂。
其中，灭菌水、红糖、酵母浸粉以及微量元素的重量比为900:20:2:1。
并且提供上述基于菌株1JN2的微生物修复剂的使用方法，包括：在待处理的土壤表层施撒基于菌株1JN2的微生物修复剂，然后使用挖机深翻500mm，纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土。
其中，基于菌株1JN2的微生物修复剂每亩用量50～80kg。
上述技术方案中提供的基于菌株1JN2的微生物修复剂及其制备方法，从微生物数量少、营养物质不足以及土壤通透性差三个方面进行改良，利用复合微生物菌体降解持久污染物和固化重金属，通过生物促生剂刺激复合微生物的生长繁殖，并且持续激活土著微生物，协助形成优势菌群，利用优势菌群抑制有害微生物的生长；另外，采用生物炭具有的吸附和离子交换性能，对土壤中的污染物进行吸附，同时生物炭还可以作为微生物的附着载体，微生物吸附在生物炭表面，吸附生物炭上C原料进行快速降解和转化；同时与生物炭共同作用的还有蚕沙有机肥和释缓氧化剂，其能有效提高土壤多酚氧化酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶等多种土壤有益酶的活性，蚕沙有机肥除了可以增加农作物的产量、改善作物品质外，最主要的体现在土壤改良上，能有效改良疏松土壤、改善土壤板结，并且可以显著降低土壤酸性和土壤盐分，促进土壤有机质产生、提高土壤全氮全磷含量，具体地，本发明的蚕沙有机肥中还加入烟梗，其不仅能够增加有机营养，还能趋避地下害虫和线虫；最后，释缓氧化剂的使用能够持续改善土壤厌氧环境，为有益微生物营造良好的繁殖场所，使各类功能微生物快速适应并优势繁殖。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
实施例1
以50kg基于菌株1JN2的微生物修复剂为例：
S1.将50ml抗逆菌株1JN2在250ml的LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用5500ml灭菌水重悬浮稀释，加灭菌水定量到6000ml，得抗逆菌株菌剂；
S2.将5362ml灭菌水、120g红糖、12g酵母浸粉以及6g微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的300ml的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，加灭菌水定量到6000ml，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆50kg和小麦秸秆50kg混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.将步骤S1中的抗逆菌株菌剂加入到S2中的EM菌菌剂中混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入23kg生物炭混匀继续发酵培养8h，然后采用包埋固定法进行固定化处理，将混合后的菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将9.5kg蚕沙有机肥(本实施例中采用“天蚕优地”蚕沙有机肥)、2kg氨基酸、2kg生物促生剂(本实施例中采用山西三强公司的“稼神”生物促生剂)以及2kg释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
将实施例1制得的基于菌株1JN2的微生物修复剂按照每亩50kg的用量施撒在待处理的土壤表层，使用挖机深翻500mm，且纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土，修复40天。
实施例2
以50kg基于菌株1JN2的微生物修复剂为例：
S1.将50ml抗逆菌株1JN2在250ml的LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用5500ml灭菌水重悬浮稀释，加灭菌水定量到6000ml，得抗逆菌株菌剂；
S2.将5362ml灭菌水、120g红糖、12g酵母浸粉以及6g微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的300ml的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，加灭菌水定量到6000ml，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆50kg和小麦秸秆50kg混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.取5000ml抗逆菌株菌剂和5000mlEM菌菌剂混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入26.6kg生物炭混匀继续发酵培养8h，然后采用包埋固定法进行固定化处理，将混合后的菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将8.0kg蚕沙有机肥(本实施例中采用“天蚕优地”蚕沙有机肥)、1.8kg氨基酸、1.8kg生物促生剂(本实施例中采用山西三强公司的“稼神”生物促生剂)以及1.8kg释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
将实施例2制得的基于菌株1JN2的微生物修复剂按照每亩60kg的用量施撒在待处理的土壤表层，使用挖机深翻500mm，且纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土，修复40天。
实施例3
以50kg基于菌株1JN2的微生物修复剂为例：
S1.将50ml抗逆菌株1JN2在250ml的LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用5500ml灭菌水重悬浮稀释，加灭菌水定量到6000ml，得抗逆菌株菌剂；
S2.将5362ml灭菌水、120g红糖、12g酵母浸粉以及6g微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的300ml的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，加灭菌水定量到6000ml，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆50kg和小麦秸秆50kg混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.取5000ml抗逆菌株菌剂与4800mlEM菌菌剂混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入27.5kg生物炭继续发酵培养8h，然后采用包埋固定法进行固定化处理，将混合后的菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将7.9kg蚕沙有机肥(本实施例中采用“天蚕优地”蚕沙有机肥)、1.6kg氨基酸、1.6kg生物促生剂(本实施例中采用山西三强公司的“稼神”生物促生剂)以及1.6kg释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
将实施例3制得的基于菌株1JN2的微生物修复剂按照每亩60kg的用量施撒在待处理的土壤表层，使用挖机深翻500mm，且纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土，修复40天。
实施例4
以50kg基于菌株1JN2的微生物修复剂为例：
S1.将50ml抗逆菌株1JN2在250ml的LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用5500ml灭菌水重悬浮稀释，加灭菌水定量到6000ml，得抗逆菌株菌剂；
S2.将5362ml灭菌水、120g红糖、12g酵母浸粉以及6g微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的300ml的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，加灭菌水定量到6000ml，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆50kg和小麦秸秆50kg混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.取4200ml抗逆菌株菌剂和4000mlEM菌菌剂混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入30.0kg生物炭继续发酵培养8h，然后采用包埋固定法进行固定化处理，将混合后的菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将8.2kg蚕沙有机肥(本实施例中采用“天蚕优地”蚕沙有机肥)、1.2kg氨基酸、1.2kg生物促生剂(本实施例中采用山西三强公司的“稼神”生物促生剂)以及1.2kg释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
将实施例4制得的基于菌株1JN2的微生物修复剂按照每亩70kg的用量施撒在待处理的土壤表层，使用挖机深翻500mm，且纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土，修复40天。
实施例5
以50kg基于菌株1JN2的微生物修复剂为例：
S1.将50ml抗逆菌株1JN2在250ml的LB培养基中28℃180rpm振荡培养16h，然后在6000rpm离心10min，用5500ml灭菌水重悬浮稀释，加灭菌水定量到6000ml，得抗逆菌株菌剂；
S2.将5362ml灭菌水、120g红糖、12g酵母浸粉以及6g微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的300ml的EM菌原液，在发酵罐中30～35℃下培养2天，加灭菌水定量到6000ml，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆50kg和小麦秸秆50kg混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.取3300ml抗逆菌株菌剂和3300mlEM菌菌剂混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入33.5kg生物炭继续发酵培养8h，然后采用包埋固定法进行固定化处理，将混合后的菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5～3h，然后与质量体积比为2％的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4％的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将6.6kg蚕沙有机肥(本实施例中采用“天蚕优地”蚕沙有机肥)、1.1kg氨基酸、1.1kg生物促生剂(本实施例中采用山西三强公司的“稼神”生物促生剂)以及1.1kg释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
将实施例5制得的基于菌株1JN2的微生物修复剂按照每亩80kg的用量施撒在待处理的土壤表层，使用挖机深翻500mm，且纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土，修复40天。
对比例
市售复合微生物肥料，按照每亩500kg的用量依据使用方法施用。
试验
采用原子发射光谱法对土壤修复前和修复后中重金属含量进行检测，并采用pH计对土壤pH进行检测，测定结果如下表所示：
Figure GDA0002362719630000071
由上表可以得知，不论是实施例还是市售的对比例产品，施用后土壤中汞、镉、铅以及铬的含量均有下降，与对比例相比，经过实施例1～5处理的土壤中汞、镉、铅以及铬的下降显著，并且作用时间较短，同时实施例1～5中外覆的沙土可以减少紫外线的杀菌作用，提高菌种的存活率，保证微生物菌群对土壤持续的修复作用，提高土壤修复效率；抗逆菌株1JN2和EM菌株的混合使用，能够实现大量降解持久污染物的作用，同时通过抗逆菌株的胞外多糖对镉离子进行吸附固定，可有效降低土壤中镉离子等重金属的含量；
同时利用蚕沙有机肥有效改良疏松土壤改善土壤板结情况，蚕沙有机肥内的烟梗还可以趋避地下害虫和线虫；释缓氧化剂持续改善土壤厌氧环境，为复合菌剂中的微生物营造适宜的繁殖场所，便于功能微生物的优势繁殖；
经过实施例1～5以及对比例处理后的pH均呈微碱性，微碱性能够使铬形成Cr(OH)3状态加以固定，减少铬对作物的危害，同时采用生物炭负载的菌剂，有利于铬的吸附固定，从而降低土壤中铬的含量。
上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于菌株1JN2的微生物修复剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：生物炭12~15份；蚕沙有机肥3~6份；复合微生物菌剂3~5份；氨基酸0.5~1份；生物促生剂0.5~1份；释缓氧化剂0.5~1份；
其中复合微生物菌剂包括抗逆菌株1JN2和EM菌；所述抗逆菌株1JN2和EM菌的重量比为1~1.5:0.5~1。
2.根据权利要求1所述的基于菌株1JN2的微生物修复剂，其特征在于：所述蚕沙有机肥中含有烟梗，所述烟梗占蚕沙有机肥总质量的5~10%。
3.一种基于菌株1JN2的微生物修复剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将抗逆菌株1JN2在LB培养基中28℃ 180 rpm振荡培养16 h，然后在6000 rpm离心10 min，用灭菌水重悬浮稀释得抗逆菌株菌剂；
S2.将灭菌水、红糖、酵母浸粉以及微量元素混合搅拌，得到培养基液，之后加入培养基液总重的5%的EM菌原液，在发酵罐中30~35℃下培养2天，得到EM菌菌剂；
S3.将粉碎后的玉米秸秆和小麦秸秆按照1:1的重量比混合并置于马弗炉中，550℃下缺氧炭化2h，待马弗炉冷却至室温后取出黑色残渣，磨碎过120目筛，得到生物炭；
S4.将步骤S1中的抗逆菌株菌剂加入到S2中的EM菌菌剂中混合，得到复合微生物菌剂，再向复合微生物菌剂中加入步骤S3的生物炭继续发酵培养8 h，然后进行固定化处理，得到生物炭负载的复合菌剂；
S5.将蚕沙有机肥、氨基酸、生物促生剂以及释缓氧化剂混合后，再与生物炭负载的复合菌剂混合均匀，即得到基于菌株1JN2的微生物修复剂。
4.根据权利要求3所述的基于菌株1JN2的微生物修复剂的制备方法，其特征在于：所述固定化处理为包埋固定法，具体为将混合后菌剂和生物炭置于30℃、120r/min振荡器振荡2.5~3 h，然后与质量体积比为2%的海藻酸钠溶液等体积混合，充分搅拌后逐滴加入到灭菌的4%的CaCl2溶液中，边滴边搅拌，形成固定化小球，将所述小球保留于CaCl2溶液中硬化12h，采用无菌水清洗并真空冷冻干燥，即得生物炭负载的复合菌剂。
5.根据权利要求3所述的基于菌株1JN2的微生物修复剂的制备方法，其特征在于：所述灭菌水、红糖、酵母浸粉以及微量元素的重量比为900:20:2:1。
6.一种如权利要求1或2所述的基于菌株1JN2的微生物修复剂的使用方法，其特征在于，包括：在待处理的土壤表层施撒基于菌株1JN2的微生物修复剂，然后使用挖机深翻500mm，纵向横向分别翻耕2次，之后覆上一层薄沙土。
7.根据权利要求6所述的基于菌株1JN2的微生物修复剂的使用方法，其特征在于：基于菌株1JN2的微生物修复剂每亩用量50~80 kg。
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