CN111408620A

CN111408620A - 一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法

Info

Publication number: CN111408620A
Application number: CN202010301595.XA
Authority: CN
Inventors: 武瑞平
Original assignee: Luliang University
Current assignee: Luliang University
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-07-14

Abstract

本发明公开了一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，包括如下步骤：制备复合微生物制剂、制备生物炭基肥、施加生物炭基肥、施加培养基、施加微生物制剂、施肥、播种、采收。本发明为重金属污染土壤的生物联合修复奠定了基础并提供了一定的科学依据。

Description

一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明属于土壤污染治理与修复技术领域，具体涉及一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法。

背景技术

土壤重金属污染是指由于人类活动，导致土壤中的重金属含量过高，不同重金属在土壤中含量的国际标准不同，例如镉(Cd)的国标值为小于等于0.6mg/Kg。常见对土壤造成污染的重金属包括砷、铅、锌、镍、铜、铬、镉、汞等元素，其中铅、镉、铬等金属污染均为最常见的重金属污染源，这些重金属在各类矿山采选、冶炼过程中通过粉尘和废水等途径排放到自然界。重金属污染具有隐蔽性、不可逆性、长期性和后果严重性的特点。随着工农业的迅速发展，土壤中重金属含量逐年增加，其造成的污染也日益严重。防治土壤污染，保护有限的土壤资源，已成为突出的全球性问题。

土壤重金属污染修复技术主要包括物理修复、化学修复与生物修复，其中生物修复的主要包括微生物修复和植物修复。生物修复技术作为一种新兴的无二次污染的修复途径已经得到人们广泛的认可与使用。

对于生物修复的研究，一般集中在单独使用植物修复或者微生物修复，鲜见将植物、微生物联合对重金属污染土壤进行修复。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

S1，将假单胞菌发酵液、芽孢杆菌发酵液和短波单胞菌发酵液混合，制得复合微生物制剂，备用；将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土按照1：1：1的质量比混合，制得生物炭基肥备用；

S2，将生物炭基肥施加到重金属污染的土壤中，每亩施加量为20-50Kg，翻耕土壤深度7-15cm的土壤，保持15-30天；

S3，将LB液体培养基添加到重金属污染的土壤中，每亩添加量为2-7L，翻耕土壤深度7-15cm的土壤；

S4，向S3翻耕后的土壤表面喷洒复合微生物制剂，翻耕土壤深度7-15cm的土壤；

S5，20-40天后，重复执行S2-S3 3-5次后，按每亩添加量1000-6000Kg向土壤中施加农家肥，施肥后翻耕土壤深度20-30cm后将土壤整平；

S6，在S5整平的土壤上种植薹菜，3-9周后采收。

进一步的，所述复合微生物制剂的制备具体包括如下步骤：

按照常规方法分别制备假单胞菌发酵液、芽孢杆菌发酵液和短波单胞菌发酵液；待三种菌发酵液的OD₆₀₀值均达到0.7时，将三种菌液离心，弃掉上清液后按照假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌质量比为2:1:1转移菌体至同一LB液体培养基中继续培养，待菌液OD₆₀₀值达到0.7后，得到微生物制剂备用。

进一步的，S1中，所述生物炭基肥的具体制备过程为：首先将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土粉碎后混合，然后过80目筛，获得生物炭基肥。

进一步的，S3中，所述每亩重金属污染的土壤中喷施LB培养基3-6L。

进一步的，S5中，所述农家肥是以新鲜农家肥为原料经腐熟25-35天所得。

进一步的，S6中，每亩播种薹菜种子200-400g，播种后盖土0.5-1.5cm，然后通过喷灌方式浇水，且每亩浇水量为50-100m³。

进一步的，S6中，薹菜全年分期播种、分批收获。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明通过采用耐受重金属的微生物，结合植物对土壤中重金属的吸收，联合修复重金属污染的土壤，发现对铬、镉、砷和铅四种常见的重金属均具有较好的吸收转化效率，转化率均高达50％以上。

2)本发明还通过生物炭基肥为土壤提供肥力，同时本发明选取的生物炭基肥的成分，生物炭基肥、花生壳生物炭和膨润土均具有吸附重金属的性能，能够对土壤中最终的重金属残余进行吸附。

3)本发明选取的修复植物为薹菜，薹菜全年排开播种可分期、分批收获，能在一年中完成多茬种植，能够不断对土壤中重金属进行吸收，不间断修复土壤。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明中所用的假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌菌剂均为市售产品，下述各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，包括以下步骤：

S1，将假单胞菌发酵液、芽孢杆菌发酵液和短波单胞菌发酵液混合，制得复合微生物制剂，备用；

上述复合微生物制剂的制备过程具体为：

(1)分别在LB固体培养基接种活化假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌三种菌株；

(2)两两做拮抗实验；

将每两种不同菌株在LB固体培养基上交叉划线，置于37℃的恒温培养箱内倒置培养24h，待长出菌落，观察是否发生拮抗，若发生拮抗则两种菌不可在同一处生长，只有不存在拮抗作用的菌株之间才能够制备有效的复合菌剂，若菌株之间发生拮抗，菌株无法共同生存，不能制备复合菌剂；

(3)将假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌分别接种在LB液体培养基中振荡培养；

上述培养条件为：37℃、160rpm/min；

(4)待三种菌发酵液的OD₆₀₀值均达到0.7时，将三种菌发酵液离心，弃掉上清液后按照假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌质量比为2:1:1转移菌体至同一新鲜的LB液体培养基中继续培养，待菌液OD₆₀₀值达到0.7后得到微生物制剂并投入使用；

将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土按照1：1：1的质量比混合，制得生物炭基肥备用；

上述生物炭基肥的制备过程具体为：首先将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土粉碎后混合，然后过80目筛，获得生物炭基肥；

S2，将生物炭基肥施加到重金属污染的土壤中，每亩施加量为20Kg，翻耕土壤深度7-15cm的土壤，保持15天；

S3，将LB液体培养基添加到重金属污染的土壤中，每亩所述重金属污染的土壤中喷施LB液体培养基2L，翻耕土壤深度7-15cm的土壤；

S4，向S3翻耕后的土壤表面均匀喷洒复合微生物制剂，翻耕土壤深度7-15cm土壤，使得LB液体培养基、复合微生物制剂和重金属污染的土壤充分混合；

S5，20天后，重复执行S2-S3 3次后，按每亩添加量1000Kg向土壤中施加农家肥，施肥后翻耕土壤深度20-30cm的土壤后将土壤整平；

所述农家肥为新鲜农家肥腐化25天所得；

S6，在S5整平的土壤上种植薹菜；

上述薹菜种植过程中，每亩播种薹菜种子200g，播种后盖土0.5cm，然后通过喷灌方式浇水，且每亩浇水量为50m³；

所述薹菜种植可全年排开播种，分期、分批收获，种植温度为23-28℃时，22-30天即可采收，种植温度在14-18℃时，48-60天采收，采收后测定土壤中的重金属含量，使用土壤养分速测仪测定土壤中重金属离子的浓度。

实施例1中菌株拮抗实验发现，三种菌株之间均可以协同生长，因此实施例1中的三种菌株能够制备复合菌剂。

实施例1中在对重金属污染的土壤处理之前对土壤中重金属铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)和铅(Pb)的初始含量进行测定，按照实施例1的步骤修复土壤后，从实验土壤中随机取9个样，每个样三组，检测土壤重金属残留，取平均值后计算去除率(表1)。

表1实施例1对土壤中重金属的转化

如表1所示，本发明实施例1中的实施方法对土壤中重金属铬的去除率为50％，对镉的去除率为58％，对砷的去除率为60％，对铅的去除率为54％。

实施例2

上述复合微生物制剂的制备过程具体为：

(2)两两做拮抗实验；

上述培养条件为：37℃、160rpm/min；

(4)待三种菌发酵液的OD₆₀₀值均达到0.7时，将三种菌发酵液离心，弃掉上清液后按照假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌质量比为2:1:1转移菌体至新鲜的LB液体培养基中继续培养，待菌液OD₆₀₀值达到0.7后得到微生物制剂并投入使用；

S2，将生物炭基肥施加到重金属污染的土壤中，每亩施加量为235Kg，翻耕土壤深度7-15cm的土壤，保持23天；

S3，将LB液体培养基添加到重金属污染的土壤中，每亩所述重金属污染的土壤中喷施LB液体培养基5L，翻耕土壤深度7-15cm的土壤；

S5，30天后，重复执行S2-S3 4次后，按每亩添加量3500Kg向土壤中施加农家肥，施肥后翻耕土壤深度20-30cm的土壤后将土壤整平；

所述农家肥为新鲜农家肥腐化30天所得；

S6，在S5整平的土壤上种植薹菜；

上述薹菜种植过程中，每亩播种薹菜种子300g，播种后盖土1.0cm，然后通过喷灌方式浇水，且每亩浇水量为80m³；

所述薹菜种植可全年排开播种，分期、分批收获，种植温度为23-28℃时，22-30天即可采收，种植温度在14-18℃时，48-60天采收，采收后检测土壤中的重金属含量。

与实施例1检测手段相同，实施例2的方法参数对重金属的去除情况如表2所示。

表2实施例2对土壤中重金属的转化

如表2所示，本发明实施例2中的实施方法对土壤中重金属铬的去除率为60％，对镉的去除率为64％，对砷的去除率为58％，对铅的去除率为67％。

实施例3

上述复合微生物制剂的具体制备过程与实施例1中相同；

将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土按照1：1：1的质量比混合，制得生物炭基肥备用，其余具体制备步骤与实施例1相同；

S2，将生物炭基肥施加到重金属污染的土壤中，每亩施加量为50Kg，翻耕土壤深度7-15cm的土壤，保持30天；

S3，将LB液体培养基添加到重金属污染的土壤中，每亩所述每亩重金属污染的土壤中喷施LB液体培养基7L，翻耕土壤深度7-15cm的土壤；

S5，40天后，重复执行S2-S3 5次后，按每亩添加量6000Kg向土壤中施加农家肥，施肥后翻耕土壤深度20-30cm的土壤后将土壤整平；

所述农家肥为新鲜农家肥腐化25天所得；

S6，在S5整平的土壤上种植薹菜；

上述薹菜种植过程中，每亩播种薹菜种子400g，播种后盖土1.5cm，然后通过喷灌方式浇水，且每亩浇水量为100m³；

所述薹菜种植可全年排开播种，分期、分批收获，上述种植温度为23-28℃时，22-30天即可采收，种植温度在14-18℃时，5848-60天采收，每次采收后检测土壤中的重金属含量。

与实施例1检测手段相同，实施例3的方法参数对重金属的去除情况如表3所示。

表3实施例3对土壤中重金属的转化

如表3所示，本发明实施例3中的实施方法对土壤中重金属铬的去除率为55％，对镉的去除率为61％，对砷的去除率为59％，对铅的去除率为52％。

结合实施例1-3，本发明所采用的微生物和植物联合修复对重金属铬、镉、砷和铅的去除率均为大于等于50％，大幅度提高了对重金属的污染的土壤的修复水平。

需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1-3相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S6，在S5整平的土壤上种植薹菜，3-9周后采收。

2.根据权利要求1所述的微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，所述复合微生物制剂的制备具体包括如下步骤：

按照常规方法分别制备假单胞菌发酵液、芽孢杆菌发酵液和短波单胞菌发酵液；待三种菌发酵液的OD₆₀₀值均达到0.7时，将三种菌发酵液离心，弃掉上清液后按照假单胞菌、芽孢杆菌和短波单胞菌质量比为2:1:1转移菌体至同一LB液体培养基中继续培养，待菌液OD₆₀₀值达到0.7后，得到微生物制剂备用。

3.根据权利要求1所述的微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，S1中，所述生物炭基肥的具体制备过程为：首先将松木生物炭、花生壳生物炭、膨润土粉碎后混合，然后过80目筛，获得生物炭基肥。

4.根据权利要求1所述的微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，S3中，每亩重金属污染的土壤中喷施LB培养基3-6L。

5.根据权利要求1所述的一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，S5中，所述农家肥是以新鲜农家肥为原料经腐熟25-35天所得。

6.根据权利要求1所述的一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，S6中，每亩播种薹菜种子200-400g，播种后盖土0.5-1.5cm，然后通过喷灌方式浇水，且每亩浇水量为50-100m³。

7.根据权利要求1所述的一种微生物和植物联合修复重金属污染土壤的方法，其特征在于，S6中，薹菜全年分期播种、分批收获。