一种修复镉污染土壤的方法
阅读：284发布：2023-12-31
专利汇可以提供一种修复镉污染土壤的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种修复镉污染 土壤 的方法，属于土壤重金属污染修复技术领域。所述修复镉污染土壤的方法，包括如下步骤：步骤1：在镉污染土壤中， 播种 青葙 种子 ，进行常规管理；步骤2：在播种青葙种子的第5个月，向镉污染土壤中均匀撒施 氯化铵 和 柠檬酸 ，同时向每株青葙的 根际 土壤注射巨大芽孢杆菌菌液；步骤3：在播种青葙种子的第6个月， 收获 青葙的根、茎和叶，得到修复后的土壤。本发明以青葙为镉超积累 植物 ，以氯化铵提高青葙对镉的富集，以柠檬酸提高青葙修复的效率，以巨大芽孢杆菌菌液为接种剂。青葙、氯化铵、柠檬酸和巨大芽孢杆菌协同作用，极大地提高了青葙对于镉污染农田土壤的修复效率。，下面是一种修复镉污染土壤的方法专利的具体信息内容。
1.一种修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在镉污染土壤中，播种青葙种子，进行常规管理，待青葙长到6cm-7cm时进行间苗；
步骤2：在步骤1播种青葙种子的第5个月，向步骤1的镉污染土壤中均匀撒施氯化铵和柠檬酸，使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为180mg/kg-200mg/kg，柠檬酸的浓度为4mmol/kg-6mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射15mL-25mL的巨大芽孢杆菌菌液；
步骤3：在步骤1播种青葙种子的第6个月，收获青葙的根、茎和叶，得到修复后的土壤。
2.根据权利要求1所述的修复镉污染土壤的方法，其特征在于，步骤1中，所述镉污染土壤中，总镉含量为3.5mg/kg-4mg/kg。
3.根据权利要求1所述的修复镉污染土壤的方法，其特征在于，步骤1中，所述青葙种子先用70wt％乙醇消毒1min，再将消毒后的青葙种子和沙子按质量比1:1混匀，播种方式为条播，行距为30cm，株距为30cm-50cm，开沟播种，然后覆土0.5cm-1cm。
4.根据权利要求1所述的修复镉污染土壤的方法，其特征在于，步骤2中，所述巨大芽孢杆菌菌液是取巨大芽孢杆菌，按接种量为2％，接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中，于25℃-
30℃，转速为150r/min-200r/min的条件下振荡培养36h-60h所得，所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数≥108cfu/mL。
5.根据权利要求4所述的修复镉污染土壤的方法，其特征在于，所述马铃薯葡萄糖液体培养基是取马铃薯200g、葡萄糖20g和蒸馏水1000mL，于121℃、2.4×105Pa，灭菌20min后所得。
6.根据权利要求1所述的修复镉污染土壤的方法，其特征在于，步骤3中，所述修复后的土壤中，总镉含量为3.0mg/kg-3.3mg/kg。
一种修复镉污染土壤的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种修复镉污染土壤的方法，属于土壤重金属污染修复技术领域。
背景技术
[0002] 镉(Cd)是土壤中最普遍的污染物之一。2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤镉的位点超标率在所有重金属污染物中最高。与其它重金属元素相比，镉具有较高的移动性和生物有效性，易于通过食物链威胁人体健康，所以该元素也被认为是土壤中危害性最大的污染物之一。在国务院2016年5月28日印发的《土壤污染防治行动计划》(土十条)中，也将镉作为重点防控对象。由此可见，土壤镉污染的治理和修复已成为我国的重大战略需求。
[0003] 植物修复具有经济有效、环境友好和操作简便等优点，被认为是修复重金属污染土壤最具潜力的方法之一。而作为植物修复的核心载体，超积累植物的相关研究已成为了二十多年国内外研究的热点。现有技术的植物强化措施包括：(1)通过转基因技术从根本上改变植物的性状；(2)通过向土壤添加活化剂提高土壤中重金属有效性；(3)通过农艺措施提高植物的生物量。这些方法都具有一定的局限性，例如转基因技术的合法性问题、活化剂增加重金属淋溶风险等。另外，目前发现的大多数镉富集植物繁殖能力弱、生长缓慢、地上部生物量小等，在实际应用中受到限制；加之土壤中大部分重金属呈与固相结合且难于被修复植物吸收利用的状态，造成修复效率的低下以及修复时间较长。
[0004] 植物-微生物联合修复技术作为近年来新兴的植物修复强化措施，具有效果好、成本低、无二次污染等优点，已成为国内外研究的热点。然而，接种菌株并不一定能提高所有植物的重金属积累能力，同时强化的方式和具体条件也会互相影响，对最终的强化效果产生巨大的影响。此外，目前关于微生物促进植物修复效果的研究多为实验室内的盆栽实验，其实验结果往往与野外田间修复的结果有较大出入，难以指导大田修复实践。
[0005] 鉴于此，有必要研究一种新的修复镉污染农田土壤的方法，以解决现有技术的不足。
发明内容
[0006] 本发明的目的，是克服现有技术的不足，提供一种修复镉污染土壤的方法。本发明的修复镉污染土壤的方法，以青葙为镉超积累植物，以氯化铵提高青葙对镉的富集，以柠檬酸提高青葙修复的效率，以巨大芽孢杆菌菌液为接种剂，通过巨大芽孢杆菌促进青葙生长，提高其吸收土壤中镉的能力。青葙、氯化铵、柠檬酸和巨大芽孢杆菌协同作用，极大地提高了青葙对于镉污染农田土壤的修复效率。
[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种修复镉污染土壤的方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤2：在步骤1播种青葙种子的第5个月，向步骤1的镉污染土壤中均匀撒施氯化铵和柠檬酸，使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为180mg/kg-200mg/kg，柠檬酸的浓度为4mmol/kg-6mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射15mL-25mL的巨大芽孢杆菌菌液；
[0010] 步骤3：在步骤1播种青葙种子的第6个月，收获青葙的根、茎和叶，得到修复后的土壤。
[0011] 本发明的原理：
[0012] 青葙，为苋科青葙属一年生草本植物，具有结籽量多、喜阳耐旱、易于人工种植等特点，是一种重金属锰和镉的超富集植物。
[0013] 巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)属于芽孢杆菌属(Bacillus)，为革兰氏阳性菌，能形成芽孢，其芽孢的抗辐射能力强，能在葡萄糖、铵盐培养基上生长，好氧，在自然界中分布广泛。近年来研究表明，巨大芽孢杆菌是一种具有多种功能的安全高效、无残留、无毒副作用的优良菌株，已广泛地应用于生产生物有机肥、生产磷细菌肥料、农药降解、抗生素合成以及酶工业等。但是，目前尚未有巨大芽孢杆菌、氯化铵、柠檬酸和青葙结合进行镉污染修复的相关报道。
[0014] 氯化铵，是一种生理酸性铵态氮肥，能有效增加青葙的生物量，而不减少青葙体内镉的含量，进而提高青葙对镉的富集。
[0015] 柠檬酸，是一种天然螯合剂，能改变镉的形态并促进其释放，进而提高青葙吸收和富集土壤中的镉。在本发明中，加入柠檬酸，能够有效提高镉污染土壤的青葙修复的效率。
[0016] 本发明的修复镉污染土壤的方法，以青葙为镉超积累植物，以氯化铵提高青葙对镉的富集，以柠檬酸提高青葙修复的效率，以巨大芽孢杆菌菌液为接种剂，通过巨大芽孢杆菌促进青葙生长，提高其吸收土壤中镉的能力。青葙、氯化铵、柠檬酸和巨大芽孢杆菌协同作用，极大地提高了青葙对于镉污染农田土壤的修复效率。而且，本申请的发明人经过多次试验发现，在步骤1播种青葙种子的第5个月，也就是在步骤3收获青葙的前1个月，进行强化措施，修复镉污染土壤的效果是比较好的。
[0017] 步骤2中，要使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为180mg/kg-200mg/kg，具体的计算方法是：先计算出待处理的耕作层镉污染土壤的体积，然后乘以土壤密度，得到土壤质量。用土壤质量乘以氯化铵的浓度，即得到需要撒施的氯化铵的用量。同理，需要撒施的柠檬酸的用量也采用上述方法来计算。
[0018] 与现有技术的化学法、农艺措施等强化手段相比，本发明的修复镉污染土壤的方法，具有镉修复效果明显、修复周期稳定、持续、长久、无二次污染、人工劳动量小、成本低廉等优点，具有广阔的应用前景和市场空间。
[0019] 现有技术采用盆栽实验或者水培实验进行植物吸收重金属的研究，周期一般为2-3个月，时间短，实验效果有待考究。而本发明与之不同，通过了长达6个月的大田实验的验证，更具有实际应用价值。
[0020] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0021] 进一步，步骤1中，所述镉污染土壤中，总镉含量为3.5mg/kg-4mg/kg。
[0022] 进一步，步骤1中，所述青葙种子先用70wt％乙醇消毒1min，再将消毒后的青葙种子和沙子按质量比1:1混匀，播种方式为条播，行距为30cm，株距为30cm-50cm，开沟播种，然后覆土0.5cm-1cm。
[0023] 更进一步，所述青葙种子采集于广西桂林市雁山区大埠乡上等元村。
[0024] 进一步，步骤2中，所述巨大芽孢杆菌菌液是取巨大芽孢杆菌，按接种量为2％，接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中，于25℃-30℃，转速为150r/min-200r/min的条件下振荡培养36h-60h所得，所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数≥108cfu/mL。
[0026] 更进一步，所述巨大芽孢杆菌购自中国典型培养物保藏中心，其菌种保藏号为CCTCC AB 207465，保藏日期为2007年06月15日。
[0027] 更进一步，所述马铃薯葡萄糖液体培养基是取马铃薯200g、葡萄糖20g和蒸馏水1000mL，于121℃、2.4×105Pa，灭菌20min后所得。
[0028] 进一步，步骤2中，所述氯化铵购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，氯化铵的质量百分含量≥99.5％。
[0029] 进一步，步骤2中，所述柠檬酸购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，柠檬酸的质量百分含量≥99.5％。
[0030] 进一步，步骤3中，所述修复后的土壤中，总镉含量为3.0mg/kg-3.3mg/kg。
[0031] 本发明的有益效果：
[0032] (1)本发明的修复镉污染土壤的方法，以青葙为镉超积累植物，以氯化铵提高青葙对镉的富集，以柠檬酸提高青葙修复的效率，以巨大芽孢杆菌菌液为接种剂，通过巨大芽孢杆菌促进青葙生长，提高其吸收土壤中镉的能力。青葙、氯化铵、柠檬酸和巨大芽孢杆菌协同作用，极大地提高了青葙对于镉污染农田土壤的修复效率。
[0033] (2)与现有技术的化学法、农艺措施等强化手段相比，本发明的修复镉污染土壤的方法，具有镉修复效果明显、修复周期稳定、持续、长久、无二次污染、人工劳动量小、成本低廉等优点，具有广阔的应用前景和市场空间。
具体实施方式
[0034] 以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035] 实施例1
[0036] 本实施例的修复镉污染土壤的方法，包括如下步骤：
[0037] 步骤1：在总镉含量为3.52mg/kg的镉污染土壤中，播种青葙种子。青葙种子采集于广西桂林市雁山区大埠乡上等元村。青葙种子先用70wt％乙醇消毒1min，再将消毒后的青葙种子和沙子按质量比1:1混匀，播种方式为条播，行距为30cm，株距为30cm，开沟播种，然后覆土0.5cm。进行常规管理，待青葙长到6cm时进行间苗。
[0038] 步骤2：在步骤1播种青葙种子的第5个月，向步骤1的镉污染土壤中均匀撒施氯化铵和柠檬酸，使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为180mg/kg，柠檬酸的浓度为4mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射15mL的巨大芽孢杆菌菌液。巨大芽孢杆菌菌液是取巨大芽孢杆菌，按接种量为2％，接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中，于25℃，转速为150r/min的条件下振荡培养60h所得。所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数为108cfu/mL。巨大芽孢杆菌购自中国典型培养物保藏中心，其菌种保藏号为CCTCC AB 207465，保藏日期为2007年06月15日。所述马铃薯葡萄糖液体培养基是取马铃薯200g、葡萄糖20g和蒸馏水1000mL，于121℃、2.4×105Pa，灭菌20min后所得。所述氯化铵购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，氯化铵的质量百分含量≥99.5％。所述柠檬酸购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，柠檬酸的质量百分含量≥99.5％。
[0039] 步骤3：在步骤1播种青葙种子的第6个月，收获青葙的根、茎和叶，得到总镉含量为3.05mg/kg的修复后的土壤，土壤镉去除率为13.35％。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例的修复镉污染土壤的方法，包括如下步骤：
[0042] 步骤1：在总镉含量为3.68mg/kg的镉污染土壤中，播种青葙种子。青葙种子采集于广西桂林市雁山区大埠乡上等元村。青葙种子先用70wt％乙醇消毒1min，再将消毒后的青葙种子和沙子按质量比1:1混匀，播种方式为条播，行距为30cm，株距为40cm，开沟播种，然后覆土0.8cm。进行常规管理，待青葙长到6.5cm时进行间苗。
[0043] 步骤2：在步骤1播种青葙种子的第5个月，向步骤1的镉污染土壤中均匀撒施氯化铵和柠檬酸，使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为190mg/kg，柠檬酸的浓度为5mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液。巨大芽孢杆菌菌液是取巨大芽孢杆菌，按接种量为2％，接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中，于28℃，转速为170r/min的条件下振荡培养48h所得。所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数为109cfu/mL。巨大芽孢杆菌购自中国典型培养物保藏中心，其菌种保藏号为CCTCC AB 207465，保藏日期为2007年06月15日。所述马铃薯葡萄糖液体培养基是取马铃薯200g、葡萄糖20g和蒸馏水1000mL，于121℃、2.4×105Pa，灭菌20min后所得。所述氯化铵购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，氯化铵的质量百分含量≥99.5％。所述柠檬酸购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，柠檬酸的质量百分含量≥99.5％。
[0044] 步骤3：在步骤1播种青葙种子的第6个月，收获青葙的根、茎和叶，得到总镉含量为3.18mg/kg的修复后的土壤，土壤镉去除率为13.59％。
[0045] 实施例3
[0046] 本实施例的修复镉污染土壤的方法，包括如下步骤：
[0047] 步骤1：在总镉含量为3.72mg/kg的镉污染土壤中，播种青葙种子。青葙种子采集于广西桂林市雁山区大埠乡上等元村。青葙种子先用70wt％乙醇消毒1min，再将消毒后的青葙种子和沙子按质量比1:1混匀，播种方式为条播，行距为30cm，株距为50cm，开沟播种，然后覆土1cm。进行常规管理，待青葙长到7cm时进行间苗。
[0048] 步骤2：在步骤1播种青葙种子的第5个月，向步骤1的镉污染土壤中均匀撒施氯化铵和柠檬酸，使得镉污染土壤中氯化铵的浓度为200mg/kg，柠檬酸的浓度为6mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射25mL的巨大芽孢杆菌菌液。巨大芽孢杆菌菌液是取巨大芽孢杆菌，按接种量为2％，接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中，于30℃，转速为200r/min的条件下振荡培养36h所得。所述巨大芽孢杆菌的有效活菌数为1010cfu/mL。巨大芽孢杆菌购自中国典型培养物保藏中心，其菌种保藏号为CCTCC AB 207465，保藏日期为2007年06月15日。所述马铃薯葡萄糖液体培养基是取马铃薯200g、葡萄糖20g和蒸馏水1000mL，于121℃、2.4×105Pa，灭菌20min后所得。所述氯化铵购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，氯化铵的质量百分含量≥99.5％。所述柠檬酸购自西陇科学股份有限公司，分析纯，500g/瓶，柠檬酸的质量百分含量≥99.5％。
[0049] 步骤3：在步骤1播种青葙种子的第6个月，收获青葙的根、茎和叶，得到总镉含量为3.25mg/kg的修复后的土壤，土壤镉去除率为12.63％。
[0050] 实验例
[0051] 试验农田位于桂林市阳朔县思的村，东经110°13′-110°40′，北纬24°38′-25°04′，由于区域上游铅锌矿开采导致镉污染。试验农田中土壤理化性质为：pH为6.00，有机质含量为0.7％，铵态氮含量为15.2mg kg-1，速效磷含量为51.4mg kg-1，速效钾含量为225.8mg kg-1 -1，总镉含量为3.58mgkg 。
[0052] 在试验农田中分隔出15个试验小区，每个小区面积为2m×4m，小区之间间隔0.5m，其中3个小区为“青葙”对照组，3个小区为“青葙加巨大芽孢杆菌”试验组；3个小区为“青葙加氯化铵”试验组；3个小区为“青葙加柠檬酸”试验组；3个小区为“青葙加巨大芽孢杆菌加氯化铵加柠檬酸”试验组。
[0053] 在镉污染土壤中，播种青葙种子，进行常规管理，待青葙长到6cm-7cm时进行间苗；
[0054] 在播种青葙种子的第5个月，在“青葙”对照组，向每株青葙的根际土壤注射20mL的去离子水；在“青葙加巨大芽孢杆菌”试验组中，向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液；在“青葙加氯化铵”试验组，向土壤中加入氯化铵，使得土壤中氯化铵的浓度为200mg/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液；在“青葙加柠檬酸”试验组，向土壤中加入柠檬酸，使得土壤中柠檬酸的浓度为5mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液；在“青葙加巨大芽孢杆菌加氯化铵加柠檬酸”试验组，向土壤中加入氯化铵和柠檬酸，使得土壤中氯化铵的浓度为200mg/kg，柠檬酸的浓度为
5mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液；。
5mmol/kg，同时向每株青葙的根际土壤注射20mL的巨大芽孢杆菌菌液；。
[0055] 在播种青葙种子的第6个月，收获15个试验小区青葙的根、茎和叶，去离子水冲洗3-5次，然后在105℃杀青30min，65℃烘干至恒重，测定干重。烘干的样品磨碎过5mm筛，用HNO3-HClO4消解后，用原子吸收光谱仪(PE-AA700)测定镉含量。同时取15个试验小区的土壤，测定镉含量。
[0056] 数据处理和分析：实验数据采用3个重复样的算术平均值±标准偏差(SD)表示。统计分析采用SPSS19.0中的单因素方差分析(ANOVA)，并用最小显著差数法(LSD)进行显著性检验(p<0.05)。
[0057] 各处理组中，青葙的生物量，如表1所示。
[0058] 表1各处理组中，青葙的生物量
[0059]
[0060] 表中，a、b、c分别代表同组数据在0.05水平下差异显著。各处理组中，青葙的镉富集情况，如表2所示。
[0061] 表2各处理中，青葙的镉富集情况
[0062]
[0063] 表中，a、b、c分别代表同组数据在0.05水平下差异显著。
[0064] 各处理组中，修复前后土壤中的镉含量，如表3所示。
[0065] 表3各处理中，土壤中的镉含量情况
[0066]
[0067] 表中，a、b、c分别代表同组数据在0.05水平下差异显著。
[0068] 由此可见，本发明以青葙为镉超积累植物，以氯化铵提高青葙对镉的富集，以柠檬酸提高青葙修复的效率，以巨大芽孢杆菌菌剂为接种剂，通过巨大芽孢杆菌促进青葙生长，提高其吸收土壤中镉的能力。青葙、氯化铵、柠檬酸和巨大芽孢杆菌协同作用，极大地提高了青葙对于镉污染农田土壤的修复效率。
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