CN113861997A - 一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂及其制备方法。本发明的重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌等多种微生物，以无机载体和有机载体制得的复合载体负载。本发明的重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂施入土壤后，微生物菌剂在载体中能够稳定生存和繁殖，因此能够有效修复土壤中的重金属，载体中含有硅、钙、镁元素能够调节土壤pH值和钝化土壤重金属。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
土壤重金属污染的治理是当今世界的一大难题,由于土壤中重金属污染是一个不可逆的过程,且土壤中的重金属具有非降解性并难以用物理化学方法清除。采用传统方法修复土壤重金属污染是非常困难和昂贵的。近年来，随着采矿、化工、印染纺织业的快速发展以及农业生产中化学药品的过量施用，导致土壤重金属污染日益加剧，对人类健康存在安全隐患。
微生物技术由于具有生态、成本低、简洁高效、应用广泛等优势而逐渐受到人们的关注。但是，现有的微生物修复重金属技术也存在一些问题，如微生物的稳定性差，施用到田间后，一方面要与土著菌株竞争，另一方面对重金属的修复能力有限，因此，选择合适的菌种组合来提升菌种在土壤中的竞争力以及良好的载体提供微生物良好的生存环境是现有技术的一个研究重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂及其制备方法，本发明选择的菌种组合互不拮抗，施入土壤后具有良好的土壤竞争力，能够有效修复土壤重金属，而本发明的载体能够给菌种提供良好的生存环境，有利于保证微生物菌的存活和稳定性。
本发明提供一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，包括微生物菌和载体，其特征在于，包括微生物菌和复合载体，其特征在于，所述微生物菌包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌。
优选地，所述复合载体包括有机载体和无机载体，有机载体和无机载体的质量比为1-2:1-3，优选2:3。
优选地，所述无机载体为硅藻土、海泡石、白云石的一种或几种的混合物经煅烧后制得；优选硅藻土、海泡石、白云石以5:2:3的质量比混合后于1200℃煅烧1h后制得。
优选地，所述有机载体为腐殖酸、秸秆粉、生物炭的一种或几种的混合物，优选腐殖酸。
优选地，所述微生物菌中各菌种的质量比为枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌＝4.5:2.5:2.5:1:1:1.5。
本发明还提供一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)载体的准备：将无机载体原料先煅烧后粉碎，将过200目筛的有机载体和无机载体充分混合均匀，送入造粒机造粒，并利用常规方法将造粒产物的粒径控制在0.1-4mm，得到载体颗粒；
(2)微生物菌准备：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌分别利用常规的方法单独培养成有效活菌数为1×109CFU/ml的菌液，得到各微生物菌单独培养的菌液；
(3)将载体颗粒分别加入各微生物菌单独培养的菌液中充分吸收微生物菌，然后过滤、低温干燥得到含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒；
(4)将含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒充分混合均匀，包装，即制得重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂。
所述微生物菌中各菌种的质量比为枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌、酵母菌：无色杆菌＝4.5:2.5:2.5:1:1:1.5。
优选地，所述载体颗粒的粒径为1mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂菌种组合配比合理，能够有效降低土壤中重金属的含量。
本发明将各菌种分别制成含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒，再根据实际的配比需要将各菌种的颗粒进行混合，操作方便。
本发明的载体选择有机载体和无机载体组合使用，无机载体具有不同孔径的丰富孔隙，能够有效吸附微生物菌体，而有机载体不仅能够吸附微生物菌还能为菌种提供养分，为微生物菌提供了良好的生存环境，施入土壤后，微生物菌剂在载体中能够稳定生存和繁殖，有利于其在土壤中存活和对重金属进行修复。
无机载体中含有丰富的硅、钙、镁元素，这些元素既能调节土壤pH值从而钝化部分重金属，这些元素本身也能钝化部分重金属元素，还能提供植物所需的中量元素养分，具有多种良好的作用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
本实施例的重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂通过以下方法制备得到：
(1)载体的准备：将硅藻土、海泡石、白云石以5:2:3的质量比混合后于1200℃煅烧1h后制得无机载体，将无机载体、有机载体分别粉碎，将过200目筛的有机载体和无机载体以2:3的质量比充分混合均匀，送入造粒机造粒，并利用常规方法将造粒产物的粒径控制在1mm，得到载体颗粒；
(2)微生物菌准备：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌分别利用常规的方法单独培养成有效活菌数为1×109CFU/ml的菌液，得到各微生物菌单独培养的菌液；
(3)将载体颗粒分别加入各微生物菌单独培养的菌液中充分吸收微生物菌，然后过滤、低温干燥得到含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒；
(4)将含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒按质量比4.5:2.5:2.5:1:1:1.5充分混合均匀，包装，即制得重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂。
对产品进行检测：所述重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的有效活菌数≥1×109CFU/g。
实施例2
本实施例的重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂通过以下方法制备得到：
(1)载体的准备：将硅藻土、海泡石、白云石以5:2:3的质量比混合后于1000℃煅烧1.5h后制得无机载体，将无机载体、有机载体分别粉碎，将过200目筛的有机载体和无机载体以3:2的质量比充分混合均匀，送入造粒机造粒，并利用常规方法将造粒产物的粒径控制在2mm，得到载体颗粒；
(2)微生物菌准备：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌分别利用常规的方法单独培养成有效活菌数为1×109CFU/ml的菌液，得到各微生物菌单独培养的菌液；
(3)将载体颗粒分别加入各微生物菌单独培养的菌液中充分吸收微生物菌，然后过滤、低温干燥得到含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒；
(4)将含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒按质量比4.5:2.5:2.5:1:1:1.5充分混合均匀，包装，即制得重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂。
对产品进行检测：所述重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的有效活菌数≥0.6×109CFU/g。
实施例3
本实施例的重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂通过以下方法制备得到：
(1)载体的准备：将硅藻土、海泡石、白云石以5:2:3的质量比混合后于1200℃煅烧1h后制得无机载体，将无机载体、有机载体分别粉碎，将过200目筛的有机载体和无机载体以1:1的质量比充分混合均匀，送入造粒机造粒，并利用常规方法将造粒产物的粒径控制在0.5mm，得到载体颗粒；
(2)微生物菌准备：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌分别利用常规的方法单独培养成有效活菌数为1×109CFU/ml的菌液，得到各微生物菌单独培养的菌液；
(3)将载体颗粒分别加入各微生物菌单独培养的菌液中充分吸收微生物菌，然后过滤、低温干燥得到含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒；
(4)将含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒按质量比4.5:2.5:2.5:1:1:1.5充分混合均匀，包装，即制得重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂。
对产品进行检测：所述重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的有效活菌数≥1×109CFU/g。
试验一；菌种组合选择试验
处理1：枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌以质量比4.5:2.5:2.5:1:1:1.5混合得到的菌液，有效活菌数为1×109CFU/ml；
处理2：枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌以质量比1:1:1:1:1:1混合得到的菌液，有效活菌数为1×109CFU/ml；
处理3：枯草芽孢杆菌菌液1×109CFU/ml；
处理4：巨大芽孢杆菌菌液1×109CFU/ml；
处理5：胶胨样芽孢杆菌菌液1×109CFU/ml；
处理6：金属还原地杆菌菌液1×109CFU/ml；
处理7：酵母菌菌液1×109CFU/ml；
处理8：无色杆菌菌液1×109CFU/ml；
处理9：空白对照
采集重金属污染土壤，去掉土壤中杂物，过60目筛，混合均匀，灭菌，检测土壤中的Cr含量为2.21mg/kg、Pb含量为117.12mg/kg、Hg的含量为3.79mg/kg进行盆栽实验，每盆加入50ml菌液，每个处理3个重复，在20℃、75％持水量培养土壤15d，测定土壤Cr、Pb、Hg的含量。
表1菌剂组合对重金属修复的影响
| 处理 | Cr(mg/kg) | Pb(mg/kg) | Hg(mg/kg) |
| 处理1 | 0.38 | 18.34 | 0.53 |
| 处理2 | 0.97 | 42.63 | 1.22 |
| 处理3 | 1.68 | 87.82 | 1.89 |
| 处理4 | 2.24 | 93.51 | 2.07 |
| 处理5 | 1.83 | 102.33 | 3.64 |
| 处理6 | 1.34 | 68.19 | 1.85 |
| 处理7 | 1.55 | 81.49 | 1.66 |
| 处理8 | 1.72 | 73.63 | 2.10 |
| 处理9 | 2.13 | 114.37 | 3.63 |
通过表1的结果可知，本申请的枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌的组合相对于单一菌种能够更好的修复土壤中的Cr、Pb、Hg，而枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌以质量比4.5:2.5:2.5:1:1:1.5混合得到的处理1相对于各菌种以等量混合的处理2具有更好的重金属修复效果。
试验二大田试验
处理1：实施例1的微生物菌剂；
对照1：实施例1的微生物菌剂的复合载体中的无机载体用等量有机载体代替；
对照2：实施例1的微生物菌剂的复合载体中的有机载体用等量无机载体代替；
对照3：实施例1的微生物菌剂的无机载体中的硅藻土、海泡石、白云石以1:1:1的质量比混合；
对照4：实施例1的微生物菌剂的无机载体中海泡石、白云石以等量硅藻土代替；
试验例1
对比试验在南京市某种植基地进行，种植作物为水稻，试验采用随机区组排列试验设计，设一个处理组1施用处理1的菌剂80kg/亩，设5个对照组，分别施用对照1-4，施用量均为80kg/亩，对照5为空白对照，试验前检测土壤中的Cr含量为3.71～3.78mg/kg之间、Pb含量为233.59-238.10mg/kg之间、Hg的含量为6.27-6.46mg/kg之间、pH值为5.69-5.74之间，各处理在整地时施入菌剂，15天后开始种植水稻，各处理其他的农艺措施完全相同。每组设三次重复，结果取平均值。
表2各处理对土壤重金属的修复效果
试验例3
对比试验在浙江省海宁市某种植基地进行，种植作物为上海青，试验采用随机区组排列试验设计，设一个处理组1施用处理1的菌剂100kg/亩，设5个对照组，分别施用对照1-4，施用量均为100kg/亩，对照5为空白对照，试验前检测土壤中的Cd含量为65.21～68.19mg/kg之间、Pb含量为166.33-169.61mg/kg之间、Hg的含量为1.22-1.27mg/kg之间、pH值为6.71.-6.73之间，各处理在整地时施入菌剂，15天后开始种植小麦，各处理其他的农艺措施完全相同。每组设三次重复，结果取平均值。
表2各处理对土壤重金属的修复效果
通过试验例1-2的结果可知，实施例1的复合载体具有良好的土壤重金属修复效果且有一定的土壤pH值改良效果，而对照1-4的载体由于不能给微生物菌剂提高良好、持久、稳定的繁殖环境，因此，影响了菌剂的修复效果，无机载体的选择和配比影响了硅、钙、镁元素的含量从而影响了对土壤pH值的改良效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，包括微生物菌和复合载体，其特征在于，所述微生物菌包括枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌。
2.根据权利要求1所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述复合载体包括有机载体和无机载体，有机载体和无机载体的质量比为1-2:1-3。
3.根据权利要求2所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述有机载体为腐殖酸、秸秆粉、生物炭的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述有机载体为腐殖酸。
5.根据权利要求1-2任一项所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述无机载体为硅藻土、海泡石、白云石的一种或几种的混合物经煅烧后制得。
6.根据权利要求5所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述无机载体为硅藻土、海泡石、白云石以5:2:3的质量比混合后于1200℃煅烧1h后制得。
7.根据权利要求1-2任一项所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂，其特征在于，所述微生物菌中各菌种的质量比为枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌＝4.5:2.5:2.5:1:1:1.5。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)载体的准备：将无机载体原料先煅烧后粉碎，将过200目筛的有机载体和无机载体充分混合均匀，送入造粒机造粒，并利用常规方法将造粒产物的粒径控制在0.1-4mm，得到载体颗粒；
(2)微生物菌准备：将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶胨样芽孢杆菌、金属还原地杆菌、酵母菌、无色杆菌分别利用常规的方法单独培养成有效活菌数为1×109CFU/ml的菌液，得到各微生物菌单独培养的菌液；
(3)将载体颗粒分别加入各微生物菌单独培养的菌液中充分吸收微生物菌，然后过滤、低温干燥得到含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒；
(4)将含有枯草芽孢杆菌的载体颗粒、含有巨大芽孢杆菌的载体颗粒、含有胶胨样芽孢杆菌的载体颗粒、含有金属还原地杆菌的载体颗粒、含有酵母菌的载体颗粒、含无色杆菌的载体颗粒充分混合均匀，包装，即制得重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂。
9.根据权利要求8所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述微生物菌中各菌种的质量比为枯草芽孢杆菌：巨大芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌：金属还原地杆菌：酵母菌：无色杆菌＝4.5:2.5:2.5:1:1:1.5。
10.根据权利要求8所述的一种重金属钝化、土壤修复型微生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述载体颗粒的粒径为1mm。
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