CN112453037A - 一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，本法包括以下步骤：(1)培养印度梨形孢，收集菌丝球，加水制成菌丝悬浮液；(2)取草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖后，将王草移栽至污染土壤中；所述草为王草、狼尾草或甜象草中的至少一种。(3)定期浇水，保持田间持水量。采用本发明方法，土壤中Cd和DDT的残留量均明显降低。与修复前的Cd和DDT含量相比，修复2个月后，总Cd浓度降低至少16％，DDT浓度降低至少16％。修复6个月后，总Cd浓度降低至少39％，DDT浓度降低至少46％。

Description

一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的 方法
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法。
背景技术
2014年我国环保部和国土资源部发布的《全国土壤调查公告》显示，我国耕地土壤污染主要为重金属(镉、镍、铜、砷、汞、铅)和有机物(滴滴涕、多环芳烃)污染，复合污染占有一定的比例，且污染点位比例主要为轻微污染(13.7％)。重金属镉和滴滴涕均属于土壤中最具代表性、分布最多的污染物。针对土壤重金属和农药复合污染土壤的修复方式，主要包括物理化学修复和生物修复。物理化学修复方法条件控制要求严格，应用成本高，操作过程复杂，一些土壤改良剂的吸附作用或者螯合作用能够在短期内达到预期效果，但是重金属或有机污染物只是改变了存在形态但未被彻底去除，且持久性有机污染难挥发的特性，使得用物理化学方法来修复中低污染农田不是一种永久性的环境解决方案。微生物不能降解和破坏重金属，但可通过转化作用和固定作用改变重金属在土壤中的化学形态，从而改变重金属的毒性、移动性和生物有效性。植物修复成本低，操作简单，并且不会破坏土壤原有的理化性质，但耗时长，受气候、地质条件影响较大。
目前发现的超富集植物(如东南景天，龙葵等)仅有400多种，对一种或几种重金属表现出较强的富集能力。虽然这些植物抗逆性强，但是多数植株矮小，生物量低，应用在低污染土壤修复工作中有一定的局限性。紫花苜蓿等植物具有较高的生物量，有一定的抗逆性，且生长迅速，适应性广，可以应用在边际土地上开展规模化种植与应用，收获的植物可直接用于生物质产能，既能解决环境污染问题，还能提供能源材料，是植物修复研究的主要方向。
采用的共生微生物是目前报道较多的印度梨形孢(Piriformospora indica)，它是一种能进行纯培养的类菌根真菌，寄主广泛，可以在多种合成和半合成培养基上进行营养生长，繁殖。印度梨形孢可以促进植物种子萌发和生长，增加生物量，提高对氮、磷、钾的吸收，增强植物的抗逆性，也可以对土壤中的农药(例如乙草胺)残留产生一定的影响。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法。本发明在具有富集重金属镉的植物基础上，研究重金属镉和农药DDT污染土壤的植物和微生物联合修复技术。
本发明方案包括以下方面：
一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)培养印度梨形孢，收集菌丝球，加水制成菌丝悬浮液；
(2)取草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖后，将王草移栽至污染土壤中；所述草为王草、狼尾草或甜象草中的至少一种。
(3)定期浇水，保持田间持水量。
优选的，菌丝悬浮液质量浓度为180～230g·L-1。
优选的，所述污染土壤为镉-DDT复合污染土壤。
优选的，所述草为王草或狼尾草。
优选的，步骤(1)：在马铃薯-葡萄糖液体培养基中接种印度梨形孢，培养7～14d后，收集菌丝球，打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节质量浓度为200g·L-1。
优选的，定殖时间是至少2h。
优选的，步骤(3)：定期浇水，保持田间55～70％体积持水量。
本发明所取得的有益效果：
在镉和DDT复合污染土壤中种植植物，并接种印度梨形孢，DDT通过印度梨形孢的降解作用，减少在植物组织内的积累；并在接种印度梨形孢后，增加植物的生物量和对重金属镉的富集，因此通过植物(王草、狼尾草或甜象草)-微生物(印度梨形孢)的联合协同作用，减少和降解土壤中目标污染物(镉和DDT)，从而实现降低并去除土壤中重金属镉和农药DDT的目的，最终使土壤中重金属和有机污染物含量达到环境安全标准。采用本发明提供的方法，土壤中Cd和DDT的残留量均明显降低。与修复前的Cd和DDT含量相比，修复2个月后，总Cd浓度降低至少16％，DDT浓度降低至少16％。修复6个月后，总Cd浓度降低至少39％，DDT浓度降低至少46％。
收获的植物茎叶可以进行集中处理，进行资源化加工处理获得一定的经济效益，避免二次污染。利用微生物结合植物进行修复和消除由有机毒物和无机废弃物造成的土壤环境污染，是一种利用自然生长植物，通过根际微生物去群落来去除、挥发或稳定土壤环境污染物。该技术具有投资少，经济盈利，对土壤环境扰动小，治理效果永久，不破坏场地结构，不引起二次污染，美化景观等优点。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明涉及重金属-农药复合污染土壤的环境修复技术，具体地说是一种利用热带地区植物和根部内生真菌印度梨形孢联合强化修复重金属镉与农药DDT污染土壤的方法。
实施例1
一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)在马铃薯-葡萄糖液体培养基中接种印度梨形孢，培养7d后，收集菌丝球，用高速匀浆机打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节质量浓度为200g·L-1。
(2)取王草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖2h后，将王草移栽至镉-DDT复合污染土壤；
(3)定期浇水，保持田间55～70％体积持水量。
实施例2
一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)在马铃薯-葡萄糖液体培养基中接种印度梨形孢，培养14d后，收集菌丝球，用高速匀浆机打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节质量浓度为180g·L-1。
(2)取王草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖3h后，将王草移栽至镉-DDT复合污染土壤；
(3)定期浇水，保持田间55～70％体积持水量。
实施例3
一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，包括以下步骤：
(1)在马铃薯-葡萄糖液体培养基中接种印度梨形孢，培养7d后，收集菌丝球，用高速匀浆机打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节质量浓度为230g·L-1。
(2)取王草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖10h后，将王草移栽至镉-DDT复合污染土壤；
(3)定期浇水，保持田间55～70％体积持水量。
实施例4
本例与实施例1的区别是王草替换为狼尾草。
实验例1：
(1)试验用土制备
在温室大棚内(温度26-30℃)进行盆栽试验。试验用土采集于金矿周边耕田土壤，其主要污染物为重金属Cd污染(含量在0.7～2.0mg/kg，土壤pH≤6.5，超过国家农用地土壤污染风险筛选值0.3mg/kg标准)。将含有DDT的丙酮溶液与该土壤充分混匀，放置一个月后检测Cd的含量和DDT含量，具体检测结果如表1。
表1处理前土壤中Cd和DDT的浓度
Figure BDA0002773685530000041
(2)王草-印度梨形孢体系建立
在马铃薯-葡萄糖液体(PD)培养基中接种印度梨形孢，培养7天后，收集菌丝球，用高速匀浆机打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节其质量浓度约为200g·L-1。选取生长健康的王草，截取10cm带节茎段进行水培，约3-5天生根后转移至200g·L-1的菌丝悬浮液中浸泡2-3个小时进行定殖，定殖成功后可以在显微镜下观察到厚垣孢子。将定殖后的王草转移至含有镉和DDT复合污染的土壤中。
(3)修复试验
在温室大棚内(温度26-30℃)进行盆栽试验，分别设置①对照(CK)；②种植王草(W)；③单独添加印度梨形孢(P)；④种植定殖印度梨形孢的王草(W+P)四个处理，定期浇水保持60％田间持水量，对受污染的土壤进行为期6个月的修复，并每2个月刈割一次王草，并对修复后的土壤中的总Cd含量和DDT的含量进行检测，具体结果见表2。
表2修复2、4、6个月后土壤中Cd和DDT含量
Figure BDA0002773685530000042
Figure BDA0002773685530000051
从上述表2中的数据可以看出，王草与印度梨形孢结合的方法对复合污染的土壤进行修复，土壤中Cd的残留量显著降低，对DDT也表现出一定的降解作用。王草刈割后也对土壤中的污染物继续修复。且王草的生长周期较长，一年可以刈割6-8次，生物量大，实现了对低污染土壤的长期修复工作，最终达到较好的修复效果。与修复前的Cd和DDT含量相比，修复2个月后，W+P组总Cd浓度降低16％，DDT浓度降低16％。修复6个月后，W+P组总Cd浓度降低39％，DDT浓度降低46％。
通过王草及印度梨形孢的联合作用，印度梨形孢通过增加王草的生物量，更有效的增强对重金属镉的富集效果，同时印度梨形孢可以降解农药DDT，从而使土壤中的重金属镉和农药DDT浓度降低，王草生长2个月后就可以进行刈割，继续种植培养，直至盆栽土壤中的镉和DDT含量达到环境安全标准。
实验例2：
将王草替换为甜象草进行上述试验，结果如表3和表4所示。
表3处理前土壤中Cd和DDT的浓度
Figure BDA0002773685530000052
表4修复2、4、6个月后土壤中Cd和DDT含量
Figure BDA0002773685530000053
Figure BDA0002773685530000061
结果显示：
甜象草与印度梨形孢结合的方法对复合污染的土壤进行修复，土壤中Cd和DDT的残留量均明显降低。与修复前的Cd和DDT含量相比，修复2个月后，甜象草+印度梨形孢(T+P)组总Cd浓度降低20％，DDT浓度降低42％。修复6个月后，T+P组总Cd浓度降低60％，DDT浓度降低66％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种植物微生物联合修复重金属与有机物复合污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)培养印度梨形孢，收集菌丝球，加水制成菌丝悬浮液；
(2)取草的茎节，采用水培的方式发根后，加入步骤(1)印度梨形孢菌丝悬浮液，定殖后，将草移栽至污染土壤中；所述草为王草、狼尾草或甜象草中的至少一种；
(3)定期浇水，保持田间持水量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，菌丝悬浮液质量浓度为180～230g·L-1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染土壤为镉-DDT复合污染土壤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述草为王草或狼尾草。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)：在马铃薯-葡萄糖液体培养基中接种印度梨形孢，培养7～14d后，收集菌丝球，打碎菌丝块，加无菌水制成菌丝悬浮液，调节质量浓度为200g·L-1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定殖时间是至少2h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)：定期浇水，保持田间55～70％体积持水量。
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