CN104531552A - 重金属污染土壤微生物修复剂及其应用 - Google Patents

重金属污染土壤微生物修复剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种重金属污染土壤微生物修复剂，包括如下组分：枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母、营养物质和载体。本发明应用于被重金属污染的土壤修复，所使用的微生物能迅速在土壤中定植生长并形成强大菌落，能直接吸附重金属离子到微生物细胞璧或细胞内中加以固化、钝化，降低重金属离子的移动性，达到削减作物对重金属离子的吸收。该技术修复成本便宜，工程方便，提供了土壤微生物修复的新方法，有很好的推广应用价值。

Description

重金属污染土壤微生物修复剂及其应用
技术领域
本发明涉及一种用于修复被重金属，尤其是镉污染的土壤的微生物修复剂，以及这种微生物修复剂在土壤修复中的应用。
背景技术
重金属污染是指比重大于5或4(主要包括Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、Cr、As、Ni、Co)的金属或其化合物在环境中所造成的污染。重金属元素按其生物化学质可分为两类：一类是在一定浓度范围内可以维持生物机体正常生理活动的必需元素，但如果其浓度超过一定范围，就会导致机体中毒，如铜、锌等；另一类则是生物体正常生理活动的非必需元素，也就是有害的元素，如镉、汞、铅等。镉(cd)是生物毒性极强的重金属元素，与Pb、cr、As和Hg合称为“五毒”，位列第二。
土壤是人类生存环境的重要组成部分，土壤能吸持进入其内部的各种污染物，特别是重金属元素，进而在土壤中发生累积，当累积量超过土壤自身的承受能力和允许容量时，就会造成土壤污染。而且土壤重金属污染相比大气污染和水体污染而言，具有长期性、隐蔽性、不可逆性、以及不能完全被分解或消逝等特点，并直接与农业生产相关，因此危害严重、治理困难。如何有效地防治和解决土壤重金属污染问题越来越受到世界各国的重视。近年来，现代工业的发展以及镉在冶炼、化工、造纸和电子工业等方面的广泛应用，使得土壤Cd污染日趋严重，研究发现，排放到环境中的Cd有82.94％进入土壤。
镉类化合物具有较大脂溶性、生物富集性和毒性，是一种剧毒物，也是土壤中最具运动性的重金属之一。早在1974年***环境规划署和国际劳动卫生重金属委员会就将其定为重点污染物，美国毒物管理委员会(ATSDR)己将其列为第六位危及人类健康的有毒物质，被国际癌症研究机构确定为人类的肺癌和***癌的确认致癌物。镉是机体生长发育非必需元素，少量进入人体即可通过生物放大和生物积累，对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼以及血液***产生一系列损伤。食用含过量镉食品而造成的中毒大多是急性的，主要症状是恶心、呕吐、腹泻、腹痛。镉对人体的毒害引起了世界各国的重视，在我国也出现了许多污染区镉中毒的情况。
在受重金属镉污染的土壤上种植作物，可直接导致粮食减产，而且Cd能使糙米中的粗蛋白、粗淀粉、直链淀粉、赖氨酸等含量减少，降低作物的品质。另外许多地方的粮食、蔬菜和水果等食物中Cd含量超标和接近临界值。我国许多农产品由于镉含量过高而被拒之于外国的国门之外。如何有效的处理环境中的镉污染，减少镉在农产品中的富集，已成为近年来环境保护领域的突出问题。
芽孢杆菌属为革兰氏阳性杆菌，在自然界分布比较广泛，对不良环境有较强的抗性。目前已有将芽孢杆菌作为生物吸附剂吸附重金属Pb2+、Cu2+、Cd2+和Zn2+的报道。另外，芽孢杆菌的细胞壁与其他细菌相比，厚度大(20-80nm)，化学成分简单，一般含有90％肽聚糖和10％的磷壁酸。国内外很多学者对细菌吸附重金属的机理进行了大量的研究，认为***对重金属的吸附位点是细胞壁肽聚糖、磷壁酸上的羧基和糖醛酸上的磷酸基。细菌细胞壁是由肽聚糖与磷壁酸连接而成的聚合体组成的，肽聚糖是NAM(N-乙酰胞壁酸)和NAG(N-乙酰氨基葡萄糖)交替的高聚物。这些高聚物并列在一起并且进行交联，从而形成吸附层。N-乙酰胞壁酸是唯一存在于细菌细胞壁的物质，附着在N-乙酰胞壁酸上的是四个短链氨基酸，包括L-丙胺酸、D-丙胺酸、D-谷氨酸和二氨基庚二酸，这些短的多肽链包含有自由的羧基和氨基官能团。细菌细胞壁的另一个结构就是磷壁酸，是由短链的甘油磷酸盐组成，因此具有大量的负电荷，这是细菌细胞壁带有大量负电荷，吸附重金属能力强的主要原因。酵母菌也具有高效抗重金属的能力，并且抗性机理与细菌有很大的差别。通常认为酵母菌)主要通过利用金属硫蛋白螯合体内重金属，以减少破坏性较大的活性游离态重金属的存在。
微生物修复措施的优点是实施较简单、投资较少和对环境破坏小，缺点是治理效果至今不显著，因为微生物修复容易受各种环境因素的影响，如温度、氧气、水分等均可影响微生物活性，进而影响修复效果。
发明内容
本发明提供一种重金属污染土壤微生物修复剂，以及该微生物修复剂在土壤修复中的应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明首先是提供一种重金属污染土壤微生物修复剂，其包括如下组分：枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母、营养物质和载体。
各组分的重量份数如下：枯草芽孢杆菌10-30份、热带假丝酵母5-10份、营养物质10-30份和载体50-200份。
所述枯草芽孢杆菌选自保藏号CMCC63521、保藏号CMCC63522、保藏号CMCC63523、保藏号保藏号CMCC63524、保藏号CMCC63525、保藏号CMCC63526、保藏号CMCC63527、保藏号CMCC63528、保藏号CMCC63529、保藏号CMCC63530中的至少一种菌株；
所述热带假丝酵母选自保藏号ACCC20004、保藏号ACCC20005、保藏号ACCC20006、保藏号ACCC20148中的至少一种菌株；
所述枯草芽孢杆菌的有效菌落数为20-80×108cfu/g，所述热带假丝酵母的有效菌落数为30-50×108cfu/g。
所述营养物质为氮，磷，钾，锌和铁；各营养物质优选的配比为：所述氮，磷，钾，锌和铁的重量比例为N：P2O5：K2O：ZnO：Fe2O3＝1.1：1.8：1.5：3：1。
所述载体为膨润土、海泡石的至少一种，优选采用膨润土和海泡石的混合物，两者的重量比为0.3-0.8：1。
作为一种优选的技术方案，枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母采用其经如下方法生长培养后得到的培养菌素：将枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母的原始菌种在无菌条件下分别依次进行斜面培养、摇床培养、发酵罐培养后，将得到的发酵液经过浓缩干燥得到所述培养菌素。
本发明的另一个目的是提供一种制备所述重金属污染土壤微生物修复剂的方法，其是将按枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母、营养物质和载体按比例混合搅拌均匀而得。
本发明还有一个目的，是提供一种上述重金属污染土壤微生物修复剂在重金属污染土壤修复中的应用中，该重金属污染土壤微生物修复剂为粉状或颗粒状剂型，在土地翻耕时拌细黄土或掺入基肥中均匀撒施，平整土地，一般用量为10-80kg/m2。
本发明所使用的微生物能迅速在土壤中定植生长并形成强大菌落，能直接吸附重金属离子，尤其是镉到微生物细胞璧或细胞内中加以固化、钝化，同时对土壤中的其他重金属离子，例如铬、铅等也有较强的吸附钝化作用，较强的综合功能降低了重金属离子的移动性，达到削减作物对重金属离子的吸收。加入营养成分能为微生物大量繁殖提供能量。该技术修复成本便宜，工程方便，提供了土壤微生物修复的新方法，有很好的推广应用价值。
具体实施方式
下面给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种重金属污染土壤微生物修复剂，其包括如下组分：
枯草芽孢杆菌10份、
热带假丝酵母5份、
营养物质10份、
膨润土50份。
所述枯草芽孢杆菌为保藏号CMCC63525的菌株；
所述热带假丝酵母为保藏号ACCC20004的至少菌株；
所述枯草芽孢杆菌的有效菌落数为20×108cfu/g，所述热带假丝酵母的有效菌落数为30×108cfu/g。
所述营养物质为氮，磷，钾，锌和铁，所述氮，磷，钾，锌和铁的重量比例为N：P2O5：K2O：ZnO：Fe2O3＝1.1：1.8：1.5：3：1。
实施例2
一种重金属污染土壤微生物修复剂，其包括如下组分：
枯草芽孢杆菌30份、
热带假丝酵母10份、
营养物质30份、
海泡石200份。
所述枯草芽孢杆菌为保藏号CMCC63521的菌株；
所述热带假丝酵母为保藏号ACCC20148中的菌株；
所述枯草芽孢杆菌的有效菌落数为80×108cfu/g，所述热带假丝酵母的有效菌落数为50×108cfu/g。
所述营养物质为氮，磷，钾，锌和铁，所述氮，磷，钾，锌和铁的重量比例为N：P2O5：K2O：ZnO：Fe2O3＝1.1：1.8：1.5：3：1。
实施例3
一种重金属污染土壤微生物修复剂，其包括如下组分：
枯草芽孢杆菌20份、
热带假丝酵母80份、
营养物质20份、
载体100份。
所述载体为膨润土和海泡石的混合物，两者的重量比为0.5：1。
所述枯草芽孢杆菌为保藏号CMCC63522的菌株；
所述热带假丝酵母为保藏号ACCC20006的菌株；
所述枯草芽孢杆菌的有效菌落数为50×108cfu/g，所述热带假丝酵母的有效菌落数为40×108cfu/g。
所述营养物质为氮，磷，钾，锌和铁，所述氮，磷，钾，锌和铁的重量比例为N：P2O5：K2O：ZnO：Fe2O3＝1.1：1.8：1.5：3：1。
实验例
将过3mm筛的风干土壤制备成2mg/kg的镉污染土壤，充分混匀后，装入直径10cm、高10cm的塑料花盆中，每盆装土500g，加入去离子水使含水量为田间持水量的60％，分别将实施例1-3的微生物修复剂均匀播撒于土壤中，用量为20kg/m2。置植物箱内培养，设定条件为：白天温度为25℃，全光照；晚上温度为18℃，黑暗；全天湿度为75％。30天后分别采集表面、中部和底部土壤样品，土壤中镉采用CaCl2浸提-原子吸收分光光度法(石墨炉)测定。
表1各样品土壤中镉含量(mg/kg)
表面土壤 中部土壤 底部土壤
实施例1 0.103 0.132 0.176
实施例2 0.096 0.115 0.154
实施例3 0.057 0.071 0.092
从实验结果可以看出，本发明微生物修复剂可大幅降低土壤中镉含量，并且效力可直达土壤内部。

Claims (9)

1.一种重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，包括如下组分：枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母、营养物质和载体。
2.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，各组分的重量份数如下：枯草芽孢杆菌10-30份、热带假丝酵母5-10份、营养物质10-30份和载体50-200份。
3.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌选自保藏号CMCC63521、保藏号CMCC63522、保藏号CMCC63523、保藏号保藏号CMCC63524、保藏号CMCC63525、保藏号CMCC63526、保藏号CMCC63527、保藏号CMCC63528、保藏号CMCC63529、保藏号CMCC63530中的至少一种菌株；所述热带假丝酵母选自保藏号ACCC20004、保藏号ACCC20005、保藏号ACCC20006、保藏号ACCC20148中的至少一种菌株。
4.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌的有效菌落数为20-80×108cfu/g，所述热带假丝酵母的有效菌落数为30-50×108cfu/g。
5.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述营养物质为氮，磷，钾，锌和铁。
6.如权利要求5所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述氮，磷，钾，锌和铁的重量比例为N：P2O5：K2O：ZnO：Fe2O3＝1.1：1.8：1.5：3：1。
7.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述载体为膨润土、海泡石的至少一种。
8.如权利要求1所述的重金属污染土壤微生物修复剂，其特征在于，所述载体为膨润土和海泡石的混合物，两者的重量比为0.3-0.8：1 。
9.一种如权利要求1-8任一项所述重金属污染土壤微生物修复剂在重金属污染土壤修复中的应用。
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