降低堿性土壤Pb、Cr活性的鈍化劑及其應(yīng)用
【專利說(shuō)明】降低堿性土壤Pb、Cr活性的鈍化劑及其應(yīng)用
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及微生物領(lǐng)域，具體地說(shuō)是降低堿性土壤Pb、Cr活性的鈍化劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]2014年全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，我國(guó)農(nóng)田重金屬污染情況主要集中在鉻、鎘、鉛、砷、汞等方面，其污染超標(biāo)主要以輕度、輕微為主，重度污染的比例相對(duì)較少一止匕
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[0004]目前，針對(duì)農(nóng)田重金屬污染，國(guó)內(nèi)外的治理方法主要有通過(guò)原位施用石灰、磷酸鹽、娃酸鹽、粘土礦物、殼聚糖進(jìn)行鈍化治理，以及通過(guò)添加生物炭、種植超富集植物等等技術(shù)手段治理。異位修復(fù)技術(shù)包括客土、電動(dòng)修復(fù)、淋洗、堆制發(fā)酵等手段。目前的這些技術(shù)，或有一定的適用范圍的限制，或易產(chǎn)生二次污染，或?qū)κ称钒踩斐捎绊懀虺杀具^(guò)高，或是單一成分組成效果不明顯，有的甚至是難以克服的技術(shù)難點(diǎn)，如何解決這些技術(shù)難點(diǎn)，如何走出目前研究的困境和誤區(qū)，如何在生態(tài)安全的前提下從技術(shù)概念進(jìn)行整體意義上的創(chuàng)新和技術(shù)再造，是當(dāng)前迫切需要解決的一大科學(xué)難題。
[0005]農(nóng)田土壤是個(gè)復(fù)雜的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，其生物肥力則處于中樞和核心地位，而土壤生物肥力的核心是土壤微生物的特性，一般情況下，土壤中的土壤有益微生物有自我修復(fù)能力，可自我凈化土壤污染，但是我國(guó)在土壤肥力的建設(shè)過(guò)程中，偏重化學(xué)肥料的投入，長(zhǎng)期忽視土壤生物肥力的培育，導(dǎo)致土壤生物多樣性下降，加之忽視推行輪作換茬和保護(hù)性耕作技術(shù)，土壤生物群落遭到破壞，土壤養(yǎng)分的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程受到嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致土壤中土著有益微生物及土壤功能酶類等多種物質(zhì)大大減少、這樣一來(lái)僅僅依靠土壤自凈消除污染的周期就變得很長(zhǎng)，而當(dāng)重金屬濃度超過(guò)一定范圍后，土壤基本喪失自凈能力，因此，這時(shí)完全依靠自凈能力修復(fù)土壤重金屬污染，變得不切實(shí)際了。
[0006]堿性土壤可以分為輕度堿性、中度堿性和重度堿性，輕度堿性土壤的ΡΗ值一般為7.1-8.5。有些堿性農(nóng)田土壤長(zhǎng)期受污水灌溉、施用污泥、化工廠灰塵等因素的影響，還伴隨重金屬污染。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的Pb和Cr的釋放量隨著土壤pH值的變化而變化，其中，強(qiáng)堿性條件可有效促進(jìn)土壤中鉛的釋放，中、強(qiáng)酸性條件次之，弱酸、弱堿及中性條件對(duì)土壤中鉛的釋放不利；酸性土壤中鉻的存在形態(tài)主要為三價(jià)鉻化合物，90%以上迅速被土壤吸附固定，但相關(guān)實(shí)驗(yàn)已證明，在pH6.5-8.5的條件下，土壤的三價(jià)絡(luò)能被氧化為六價(jià)鉻，因此，堿性土壤中鉛、鉻等重金屬的潛在危害不容忽視。
[0007]現(xiàn)有堿性農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)成本高、修復(fù)劑單一、修復(fù)年限長(zhǎng)，很難用于生產(chǎn)實(shí)踐。因此，在耕地資源有限的情況下，如何修復(fù)重金屬污染土壤，尤其是把堿性土壤重金屬污染地修復(fù)成良田，是農(nóng)業(yè)科技工作者孜孜以求的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供降低堿性土壤Pb、Cr活性的鈍化劑。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)任務(wù)是提供上述鈍化劑的應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的:降低堿性土壤Pb、Cr活性的鈍化劑，其特點(diǎn)是該鈍化劑由以下重量配比的原料混合而成:
微生物菌劑5?20份
石植果渣10?30份
咖啡渣15?35份
北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基 5?30份藍(lán)莓果渣10?35份。
[0011]為了達(dá)到最好的技術(shù)效果，上述原料的重量配比優(yōu)選為:
微生物菌劑10?15份
石植果渣15?25份
咖啡渣20?30份
北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基 15?25份藍(lán)莓果渣15?30份。
[0012]最佳為:
微生物菌劑12份
石榴果渣24份
咖啡渣24份
北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基 20份藍(lán)莓果渣20份。
[0013]所述微生物菌劑可選用現(xiàn)有技術(shù)中芽孢桿菌屬中的任意一種，如解淀粉芽孢桿菌、多粘類芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌等。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)及對(duì)鉻、鉛污染處理篩選，所述微生物菌劑優(yōu)選為解淀粉芽孢桿菌，且鈍化劑中活菌總數(shù)優(yōu)選為20 X 10s?100 X 10 8個(gè)/
[0014]微生物菌劑的菌種可自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心或中國(guó)農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心，經(jīng)以下菌種活化、培養(yǎng)、發(fā)酵等步驟即可得到應(yīng)用于本發(fā)明的微生物菌劑:
(1)斜面菌種活化
試管斜面為營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，于37°C培養(yǎng)18-24h ；
(2)搖瓶培養(yǎng)
液體培養(yǎng)基用牛肉蛋白胨液體培養(yǎng)，37°C，12h，180r/min，裝液量30ml/250mL ;
(3)200L種子罐培養(yǎng)
液體培養(yǎng)基為玉米粉1%，糖蜜2%，酵母膏0.2，MgS04.7Η20 0.lg/L，K2HP04 0.2g/L ;接種量 0.3%-0.5%，37°C，通氣比為 1:0.5(V / V.m)，24h0
[0015](4)發(fā)酵床淺盤(pán)發(fā)酵培養(yǎng)
固體培養(yǎng)基采用麩皮秸桿培養(yǎng)基，麩皮和秸桿粉按5:1 (質(zhì)量比)混合，再按1:(1.2-1.3)的料水比加入水混合均勻，不能有大的結(jié)塊，以免滅菌不徹底?；旌暇鶆虻呐囵B(yǎng)基放入臥式蒸汽滅菌鍋滅菌60-90min ;
發(fā)酵床結(jié)構(gòu):長(zhǎng)度5.5-8.0m，寬度1.5-2.5m，高度0.5-0.6米；
將獲得的芽孢桿菌種子罐種子以10%-15% (體積比)的接種量接種于經(jīng)滅菌降溫至40-50°C的芽孢桿菌固體培養(yǎng)基中，料菌均勻后，堆積l-2h，上發(fā)酵床攤平，厚度30-35cm ;
發(fā)酵過(guò)程控制:整個(gè)發(fā)酵過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段為前22h的發(fā)酵控制過(guò)程，其中前10h為靜止期，10h后間斷通風(fēng)控制溫度在37°C，20h左右第一次翻曲，第二階段23-40h，其中28-30h第二次翻曲，控制溫度在37°C，直至發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵期間定時(shí)鏡檢，當(dāng)芽孢率達(dá)到80%以上停止發(fā)酵，60°C低溫烘干，得到淺褐色均勻粉末狀解淀粉芽孢桿菌。
[0016]采用上述方法生產(chǎn)的解淀粉芽孢桿菌置于室溫環(huán)境且無(wú)陽(yáng)光直射的環(huán)境下存放12個(gè)月后菌種的死亡率不超過(guò)10%。
[0017]所述石榴果渣是石榴經(jīng)榨汁后的副產(chǎn)物，它是皮籽混合物，含有大量的多酚類物質(zhì)、植酸、花青素、果膠、有機(jī)酸、氨基酸、單寧等物質(zhì)，可以為本發(fā)明所述鈍化劑提供大量的羥基、醇羥基、羰基、羧基等功能基團(tuán)，達(dá)到吸附、螯合、鈍化重金屬的效果。
[0018]所述咖啡渣為是經(jīng)過(guò)烘焙的咖啡豆在萃取了咖啡精華之后的剩余物，含有大量纖維素、多酚類物質(zhì)、咖啡鞣酸，可以為本發(fā)明所述鈍化劑提供醇羥基、酚羥基、羧基，達(dá)到脫除、置換、螯合、沉淀重金屬的效果，除此之外，咖啡渣為弱酸性，且還含有大量的氮、磷、鉀、鎂、可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)、改良鹽堿地。
[0019]所述北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基為采收北冬蟲(chóng)夏草后的栽培廢料，富含特有的蟲(chóng)草素、蟲(chóng)草多糖、蟲(chóng)草酸、蟲(chóng)草多肽、多種氨基酸、維生素、不飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)成分，可以為本發(fā)明所述鈍化劑提供羥基、羧基等負(fù)離子基團(tuán)，達(dá)到絡(luò)合、吸附重金屬的效果，此外還可為土壤中的有益微生物和鈍化劑中的微生物提供營(yíng)養(yǎng)。
[0020]所述藍(lán)莓果渣為石榴經(jīng)榨汁后的副產(chǎn)物，它是皮籽混合物，富含花青素、有機(jī)酸、藍(lán)莓多糖、果膠、酚酸、鈣、磷、鉀，可以為本發(fā)明所述鈍化劑提供酚基、羧基、礦物質(zhì)，達(dá)到螯合重金屬、為微生物和植物提供營(yíng)養(yǎng)的效果。
[0021]申請(qǐng)人經(jīng)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由微生物菌劑、石榴果渣、咖啡渣、北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基、藍(lán)莓果渣混合而成的鈍化劑既可以顯著降低土壤(尤其是堿性土壤)中重金屬有效態(tài)的含量，還能改善作物的品質(zhì)、增強(qiáng)土壤肥力、殺死土壤中的病害菌和線蟲(chóng)、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、保持土壤生態(tài)平衡、提高堿性土壤中氫離子濃度，改善作物的生長(zhǎng)狀況，即，本發(fā)明鈍化劑可以在堿性農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)中應(yīng)用，使受到重金屬污染的堿性土壤可以正常種植作物。
[0022]究其原理，該鈍化劑中的微生物特有結(jié)構(gòu)和胞外代謝產(chǎn)物如蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、多糖等可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)累積吸附作用、生物性甲基化作用、沉降作用、螯合作用，以及石榴果渣、咖啡渣、北蟲(chóng)草培養(yǎng)基殘基、藍(lán)莓果渣中的多糖物質(zhì)、酚類物質(zhì)、有機(jī)酸物質(zhì)等帶有大量的醇羥基、羰基、羧基等功能集團(tuán)吸附、螯合重金屬。鈍化劑中的這些物質(zhì)可能能夠最大程度的發(fā)揮協(xié)同作用，從而大幅度降低土壤中重金屬有效態(tài)含量，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌拘越档?、穩(wěn)定性較強(qiáng)的形態(tài)，從根源上解決了土壤及環(huán)境污染問(wèn)題，
作為優(yōu)選，本發(fā)明所述鈍化劑修復(fù)的土壤為鉻、鉛重金屬污染時(shí)，修復(fù)效果最佳。其中絡(luò)濃度為250?500mg/kg，鉛濃度為250?500mg/kg，土壤pH值7.1?8.5。
[0023]作為優(yōu)選，本發(fā)明所述鈍化劑在對(duì)小麥、玉米、北方旱稻種植土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，修復(fù)效果最佳，且作用生長(zhǎng)品質(zhì)可得到明顯提升。
[0024]本發(fā)明農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)劑可單獨(dú)使用，也可以與基肥、復(fù)合肥混合使用，每畝