本發(fā)明涉及一種微生態(tài)修復(fù)農(nóng)田重金屬污染的方法，特別是針對(duì)無(wú)休耕的重金屬污染農(nóng)田的原位修復(fù)方法，屬于土壤重金屬污染農(nóng)田治理
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)環(huán)境污染情況呈現(xiàn)加劇態(tài)勢(shì)，整體狀況不容樂觀，特別是土壤重金屬污染方面的問題尤為突出，它不但對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，而且還導(dǎo)致農(nóng)作物無(wú)法生長(zhǎng)和重金屬在作物中積累的情況。眾所周知，土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可或缺、不可再生的自然資源。不僅僅因?yàn)樗哂猩a(chǎn)綠色植物的功能，同時(shí)也是各種污染物天然凈化的場(chǎng)所。由于對(duì)于土壤環(huán)境保護(hù)工作重視不足，導(dǎo)致重金屬污染治理工作的開展較為滯后，現(xiàn)如今,土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃(簡(jiǎn)稱“土十條”)在2016年5月正式出臺(tái)，從國(guó)家到地方，土壤污染的治理工作都在有序地進(jìn)行。由于農(nóng)田重金屬污染形成的復(fù)雜性、長(zhǎng)期的累積性、發(fā)生的隱蔽性，導(dǎo)致在農(nóng)田重金屬的治理過程中困難重重。當(dāng)前的關(guān)于土壤修復(fù)技術(shù)的研究主要包括客土法、稀釋法、穩(wěn)定/固定技術(shù)、玻璃法、原位鈍化、熱脫附(揮發(fā)重金屬)、電動(dòng)修復(fù)、化學(xué)淋洗、植物修復(fù)和微生物修復(fù)等，在這些方法中，原位鈍化修復(fù)技術(shù)是一種相對(duì)較理想的技術(shù)，可用于修復(fù)大面積污染土壤。客土法、稀釋法、穩(wěn)定/固定化技術(shù)、原位鈍化和植物修復(fù)均為原位修復(fù)土壤，然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，客土法和稀釋法雖然容易工程化操作，但是修復(fù)成本高，難以大面積推廣應(yīng)用；固定化技術(shù)修復(fù)土壤后，土壤被固化，作物在未修復(fù)的土壤中難以生長(zhǎng)；植物修復(fù)技術(shù)一般修復(fù)年限時(shí)間長(zhǎng)，且受氣候和土壤條件影響較大。因此，針對(duì)重金屬污染農(nóng)田可行性較高的辦法通常是采用鈍化及植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)為主，通過添加到土壤中的活性劑，調(diào)節(jié)土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，經(jīng)過吸附、沉淀、離子交換、腐殖化、氧化-還原等一系列反應(yīng)，將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，降低其生物有效性，從而阻止重金屬?gòu)耐寥劳ㄟ^植物根部向農(nóng)作物地上部的遷移累積，從而達(dá)到農(nóng)田修復(fù)的要求。目前，用于重金屬鈍化的材料(鈍化劑)有天然黏土礦物、磷酸鹽、硅酸鹽、碳酸鹽、有機(jī)堆肥和微生物材料等，但現(xiàn)有技術(shù)有可能造成土壤的二次污染。因此，提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作成本低、高吸附率、高選擇性、可提供增量動(dòng)態(tài)的吸附重金屬離子并且不產(chǎn)生二次污染的農(nóng)田修復(fù)方法就成為該
技術(shù)領(lǐng)域：
急需解決的技術(shù)難題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的之一是提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作成本低、高吸附率、高選擇性、可提供增量動(dòng)態(tài)的吸附重金屬離子并且不產(chǎn)生二次污染的農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)用組合物。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的：一種農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)用組合物，其配比如下：第一階段50～200目的木炭粉3～10重量份，假絲酵母2～8重量份，啤酒酵母2～8重量份，枯草芽孢桿菌2～8重量份，沼澤紅假單胞菌2～8重量份，微生物混合培養(yǎng)基10重量份；第二階段假絲酵母2～8重量份，啤酒酵母2～8重量份，枯草芽孢桿菌2～8重量份，沼澤紅假單胞菌2～8重量份，微生物混合培養(yǎng)基10重量份。優(yōu)選地，所述第一階段和所述第二階段中假絲酵母，啤酒酵母，枯草芽孢桿菌和沼澤紅假單胞菌組成的微生物復(fù)合菌總計(jì)用量均為8-32重量份。優(yōu)選地，所述木炭粉為農(nóng)作物秸稈、林業(yè)剩余物制成的炭粉，或者采用木材、植物殘?bào)w經(jīng)過高溫高壓缺氧的條件下形成，且經(jīng)過粉碎后細(xì)度在50～200目的碳粉。優(yōu)選地，所述的假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、邵澤紅假單胞菌為菌種保藏中心的工業(yè)生產(chǎn)菌株。優(yōu)選地，所述的微生物復(fù)合菌，假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、邵澤紅假單胞菌總量為10重量份。優(yōu)選地，所述微生物混合培養(yǎng)基為牛肉湯蛋白胨、葡萄糖、可溶性淀粉和黃豆粉，其比例為0.5～1％、2～3％、1～2.85％、0.2～1.5％，其余部分水補(bǔ)足。優(yōu)選地，所述假絲酵母菌：啤酒酵母：枯草芽孢桿菌：邵澤紅假單胞菌之間的比例為3：3：3：1，2：2：3：3，4：4：1：1，3：3：2：3或2：3：4：3。優(yōu)選地，所述啤酒酵母為工業(yè)菌株，菌種保藏號(hào)：CICC1928；假絲酵母工業(yè)菌株，菌種保藏編號(hào)：CICC1268；沼澤紅假單胞菌，菌種保藏編號(hào)：CICC23812；枯草芽胞桿菌R31(BacillussubtilisR31，菌種保藏編號(hào)：CCTCCM209261。本發(fā)明的另一目的是提供上述的組合物在農(nóng)田中的應(yīng)用。本發(fā)明的上述發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的：所述的組合物在農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用。本發(fā)明的再一目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可持續(xù)的、動(dòng)態(tài)平衡控制農(nóng)田重金屬污染的生態(tài)修復(fù)方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)方法，其步驟如下：(1)種植農(nóng)作物前，隨著土壤翻耕，將木炭粉、微生物混合菌液施入土壤中；(2)在植物生長(zhǎng)的中期，將微生物混合菌液和微生物混合培養(yǎng)基，通過噴淋的形式，施入地表。優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述土壤為0～25cm的土壤。優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述微生物混合菌液包括部分活菌及發(fā)酵廢棄物。優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述微生物混合培養(yǎng)基為牛肉湯蛋白胨、葡萄糖、可溶性淀粉和黃豆粉，比例為0.5～1重量％、2～3重量％、1～2.85重量％、0.2～1.5重量％，其余部分水補(bǔ)足。優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述木炭粉的加入量為3～10kg/畝；微生物混合菌液的加入量為5～15kg/畝。優(yōu)選地，所述步驟(2)中所述微生物混合菌液的加入量為5～15kg/畝；所述微生物混合培養(yǎng)基的加入量為10L/畝。優(yōu)選地，所述步驟(1)中所述木炭粉為農(nóng)作物秸稈、林業(yè)剩余物制成的碳粉，或者采用木材、植物殘?bào)w經(jīng)過高溫高壓缺氧的條件下形成，且經(jīng)過粉碎后細(xì)度在50～200目的碳粉。優(yōu)選地，所述步驟(1)和所述步驟(2)中所述微生物混合菌液中的菌為假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌和邵澤紅假單胞菌。優(yōu)選地，所述步驟(1)和所述步驟(2)中所述微生物混合菌液中的菌為假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌和邵澤紅假單胞菌的有效活性芽孢的含量大于10～20億個(gè)活性孢子/克。優(yōu)選地，所述假絲酵母菌：啤酒酵母：枯草芽孢桿菌：邵澤紅假單胞菌之間的重量比為4：2：1：1～2：4：3：3。優(yōu)選地，所述假絲酵母菌：啤酒酵母：枯草芽孢桿菌：邵澤紅假單胞菌之間的重量比為3：3：3：1，2：2：3：3，4：4：1：1，3：3：2：3或2：3：4：3。優(yōu)選地，所述啤酒酵母為當(dāng)前的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1928)，假絲酵母的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1268)，沼澤紅假單胞菌(菌種保藏編號(hào)：CICC23812)、枯草芽胞桿菌R31菌種保藏編號(hào)：CCTCCNO:M209261。與目前的重金屬污染修復(fù)技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：1)在整個(gè)有效生長(zhǎng)期內(nèi)能有效地阻控重金屬在作物中的積累；2)該方法所用材料均為生物材料，在自然界中可完全降解，不會(huì)造成土壤的二次污染，同時(shí)微生物降解后可增加土壤的肥力，一舉兩得；3)該方法屬于原位農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)，省工、省力，能夠快速實(shí)現(xiàn)重金屬的阻隔。下面通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)該理解的是，所述的實(shí)施例僅涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，各種成分及含量的變化和改進(jìn)都是可能的。具體實(shí)施方式一種農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)用組合物，其配比如下：(1)種植農(nóng)作物前：50～200目的木炭粉3～10kg/畝，假絲酵母1～4kg/畝，啤酒酵母1～4kg/畝，枯草芽孢桿菌1～4kg/畝，沼澤紅假單胞菌1～4kg/畝，微生物復(fù)合菌總計(jì)用量為10kg；(2)在植物生長(zhǎng)的中期：假絲酵母1～4kg/畝，啤酒酵母1～4kg/畝，枯草芽孢桿菌1～4kg/畝，沼澤紅假單胞菌1～4kg/畝，微生物復(fù)合菌總計(jì)用量為10kg，微生物混合培養(yǎng)基10L/畝。木炭粉為生活中用農(nóng)作物秸稈、林業(yè)剩余物制成的碳粉，或者是家庭用廢棄的活性炭經(jīng)過粉碎后，或者采用木材、植物殘?bào)w經(jīng)過高溫高壓缺氧的條件下形成，其經(jīng)過粉碎后細(xì)度為50～200目的碳粉，畝用量3～10kg。假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、邵澤紅假單胞菌為菌種保藏中心的工業(yè)生產(chǎn)菌株。微生物復(fù)合菌：假絲酵母菌、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌和邵澤紅假單胞菌總量為10kg/畝。微生物混合培養(yǎng)基為：牛肉湯蛋白胨+葡萄糖+可溶性淀粉+黃豆粉，其比例為0.5～1重量％、2～3重量％、1～2.85重量％、0.2～1.5重量％，余量為水。在應(yīng)用過程中需配合真菌液體培養(yǎng)基和細(xì)菌的液體培養(yǎng)基使用，其中，牛肉湯蛋白胨和黃豆粉用于培養(yǎng)細(xì)菌，葡萄糖和可溶性淀粉用于培養(yǎng)真菌；使微生物在起到吸附重金屬的同時(shí)進(jìn)行繁殖，以此增加微生物的總體數(shù)量，為重金屬的吸附和固定提供一種動(dòng)態(tài)平衡。以下對(duì)本發(fā)明一種農(nóng)田重金屬污染的微生態(tài)修復(fù)方法作進(jìn)一步描述：(1)種植農(nóng)作物前，隨著土壤翻耕將木炭粉、微生物混合菌液(部分活菌及發(fā)酵廢棄物啤酒酵母泥、假絲酵母浸膏)和微生物混合培養(yǎng)基(牛肉湯蛋白胨+葡萄糖+可溶性淀粉+黃豆粉，0.5～1重量％、2～3重量％、1～2.85重量％、0.2～1.5重量％，余量為水，做成培養(yǎng)基10L)施入土壤0～25cm的土壤中，利用生物材料的吸附作用鈍化土壤中重金屬有效態(tài)離子(2)在植物生長(zhǎng)的中期，將培養(yǎng)好復(fù)合微生物(活菌)混合液，加入牛肉湯蛋白胨+葡萄糖+可溶性淀粉+黃豆粉，0.5～1重量％、2～3重量％、1～2.85重量％、0.2～1.5重量％的比例，余量為水，做成培養(yǎng)基10L，通過噴淋的形式，施入地表，隨后采用小水灌溉的方式，將其培養(yǎng)液沖入土層中，如遇下雨，則不用澆水。實(shí)施例1在農(nóng)田重金屬污染的地塊，可在種植前按照下表的用量進(jìn)行翻耕撒施表1前期微生態(tài)修復(fù)土壤重金屬優(yōu)選比例材料配方1(kg)配方2(kg)配方3(kg)配方4(kg)配方5(kg)木炭粉1075310假絲酵母32432啤酒酵母32423邵澤紅假單胞菌33122枯草芽孢桿菌13133其中，啤酒酵母為當(dāng)前的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1928)，假絲酵母的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1268)，沼澤紅假單胞菌(菌種保藏編號(hào)：CICC23812)、枯草芽胞桿菌R31(菌種保藏編號(hào)：CCTCCM209261)。實(shí)施例2在作物的生長(zhǎng)中期，通過按照以下的配方進(jìn)行噴淋，控制土壤中的重金屬的有效態(tài)。表2作物生長(zhǎng)中期微生態(tài)修復(fù)土壤重金屬優(yōu)選比例材料配方1(kg)配方2(kg)配方3(kg)配方4(kg)配方5(kg)假絲酵母32432啤酒酵母32423邵澤紅假單胞菌33122枯草芽孢桿菌13133其中，啤酒酵母為當(dāng)前的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1928)，假絲酵母的工業(yè)菌株(菌種保藏編號(hào)：CICC1268)，沼澤紅假單胞菌(菌種保藏編號(hào)：CICC23812)、枯草芽胞桿菌R31(菌種保藏編號(hào)：CCTCCM209261)。實(shí)施例3供試土壤位于廣東省中山市郊區(qū)附近菜地，試驗(yàn)面積總計(jì)1畝地，平均分為5個(gè)小區(qū)，同時(shí)栽種空心菜、白菜、辣椒、番茄四種作物，并于60天后全株采收，測(cè)定整株植物中的重金屬含量，其中處理的土壤為第一階段使用木炭粉50目10kg/畝、假絲酵母菌3kg/畝、啤酒酵母3kg/畝、枯草芽孢桿菌2kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌2kg/畝；第二階段假絲酵母菌3kg/畝、啤酒酵母3kg/畝、枯草芽孢桿菌2kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌2kg/畝以及混合液培養(yǎng)基(牛肉湯蛋白胨+葡萄糖+可溶性淀粉+黃豆粉，0.5重量％、3重量％、1.5重量％、1.5重量％)10L；其中每種微生物的有效活性芽孢的含量大于10～20億個(gè)活性孢子/克。植物樣品種重金屬含量的測(cè)定，稱取0.5g干樣品于消化罐中，每種樣品設(shè)3個(gè)平行樣，各加入10ml濃硝酸和1mL30％的雙氧水，預(yù)消化，然后放入微波爐消解罐中180℃高溫消化15min，使酸處理體積至終體積約0.5ml。Pb、Cd采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定，Cu、Zn、Cr采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)定。表3微生態(tài)修復(fù)對(duì)四種蔬菜修復(fù)效果比較實(shí)施例4在廣東大寶山下游酸性礦山廢水污灌區(qū)的水稻田隨機(jī)布設(shè)樣點(diǎn)采集水稻土樣6個(gè)，每樣點(diǎn)在5㎡范圍內(nèi)采用“S”型采集0-20cm表層土壤樣品，用聚乙烯薄膜包裝，其中處理的土壤為第一階段使用木炭粉200目10kg/畝、假絲酵母菌2kg/畝、啤酒酵母2kg/畝、枯草芽孢桿菌3kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌3kg/畝；第二階段假絲酵母菌2kg/畝、啤酒酵母2kg/畝、枯草芽孢桿菌3kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌3kg/畝以及混合液培養(yǎng)基10L；對(duì)照為未處理的土壤。分析土壤pH值和Cd、Zn、Pb和Cu有效態(tài)含量，另外取少量土樣磨細(xì)全部過100目篩，用以測(cè)定處理前后Cd、Zn、Pb和Cu總量。分析方法：土壤樣品Cd、Zn、Pb和Cu有效態(tài)含量用0.1mol.L-1HCl提取后測(cè)定，樣品總量的消解采用HF-HCIO4-HNO3混合酸在聚四氟乙烯坩堝中消化后測(cè)定。用ICP-OES(Optima5300DV，Perkin-ElmerInstruments，USA)測(cè)定Cd、Zn、Pb和Cu含量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值。表4稻田土壤重金屬有效態(tài)含量在處理前后變化實(shí)施例5供試土壤選擇廣州市番禺某電池廠附近，為重金屬污染較重的地塊，我們通過在種植水稻前期通過使用50目木炭粉10kg/畝、假絲酵母菌3kg/畝、啤酒酵母3kg/畝、枯草芽孢桿菌2kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌2kg/畝，中期使用假絲酵母菌3kg/畝、啤酒酵母3kg/畝、枯草芽孢桿菌2kg/畝、邵澤紅假單胞桿菌2kg/畝，進(jìn)行噴淋的方式，進(jìn)行微生態(tài)土壤吸附、固定處理90天，以下為我們的分析數(shù)據(jù)表5稻田土壤重金屬有效態(tài)含量在處理前后變化結(jié)果分析：微生物菌劑對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)的吸附作用，本發(fā)明選擇了對(duì)中重金屬進(jìn)行生物富集，并且吸附率高達(dá)70％以上，大大地除去鎘離子，但是隨著重金屬離子的濃度不斷增加，微生物菌劑吸附能力下降，說明了重金屬離子的濃度增加抑制了微生物的生長(zhǎng)，所以，本發(fā)明在農(nóng)田的中度重金屬污染的農(nóng)田有效，但對(duì)重度污染程度的土壤中無(wú)法使用該方法。本發(fā)明的農(nóng)田修復(fù)隨農(nóng)事操作進(jìn)行，效果好、可以規(guī)?；褂?，特別是所使用的微生物復(fù)合菌劑大部分為活性菌，可在土壤環(huán)境中進(jìn)行繁殖，能夠持續(xù)對(duì)重金屬的吸附和絡(luò)合，且由于所使用的木炭粉和微生物等均為生物材料，可完全降解為有機(jī)質(zhì)，為植物所吸收，不對(duì)土壤造成二次污染，因此，該方法在當(dāng)前來說，優(yōu)勢(shì)特別明顯。本發(fā)明的農(nóng)田修復(fù)方法，在應(yīng)用鈍化技術(shù)的同時(shí)，避免了土壤的二次污染，本發(fā)明主要提供了生物吸附和鈍化相結(jié)合的方式，用于治理重金屬污染程度較輕的農(nóng)田。本發(fā)明中所用的微生物復(fù)合菌劑中包括植物的廢棄物、細(xì)菌、真菌以及農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物等生物材料都具有分離土壤中金屬離子的能力。其原理為生物分子表面吸附重金屬離子和重金屬離子在生物體內(nèi)積累這兩種方式；其中，生物吸附是細(xì)胞外多聚物、官能團(tuán)等與重金屬離子結(jié)合；重金屬離子與細(xì)胞某些酶結(jié)合運(yùn)輸至細(xì)胞內(nèi)并儲(chǔ)存于細(xì)胞，如細(xì)菌中富含羧基陰離子和磷酸陰離子，使得細(xì)菌表面具有陰離子的性質(zhì)，很容易與金屬發(fā)生反應(yīng)，因而金屬很容易結(jié)合到細(xì)菌的表面。另外，許多研究也表明細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)溶解態(tài)的金屬離子有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，這主要?dú)w因于其表面的獨(dú)特的化學(xué)組成，通過生物物質(zhì)的表面吸附、體內(nèi)積累兩個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程。在菌體死亡后，菌體會(huì)在土壤中殘留一段時(shí)間，降解后可以作為植物的應(yīng)用再度被利用。因此，本發(fā)明的方法以其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作成本低、高吸附率、高選擇性、可提供增量動(dòng)態(tài)的吸附重金屬離子，且不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于改造重金屬污染較輕的農(nóng)田土壤。以上所述，僅是本發(fā)明的最佳實(shí)施例及對(duì)照實(shí)施案例，并非對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或者改型為等同變化的等效實(shí)施例。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3