降低碱性土壤Pb、Cr活性的钝化剂及其应用
【专利说明】降低碱性土壤Pb、Cr活性的钝化剂及其应用
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及微生物领域，具体地说是降低碱性土壤Pb、Cr活性的钝化剂及其应用。
【背景技术】
[0003]2014年全国土壤污染状况调查公报显示，我国农田重金属污染情况主要集中在铬、镉、铅、砷、汞等方面，其污染超标主要以轻度、轻微为主，重度污染的比例相对较少一止匕
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[0004]目前，针对农田重金属污染，国内外的治理方法主要有通过原位施用石灰、磷酸盐、娃酸盐、粘土矿物、壳聚糖进行钝化治理，以及通过添加生物炭、种植超富集植物等等技术手段治理。异位修复技术包括客土、电动修复、淋洗、堆制发酵等手段。目前的这些技术，或有一定的适用范围的限制，或易产生二次污染，或对食品安全造成影响，或成本过高，或是单一成分组成效果不明显，有的甚至是难以克服的技术难点，如何解决这些技术难点，如何走出目前研究的困境和误区，如何在生态安全的前提下从技术概念进行整体意义上的创新和技术再造，是当前迫切需要解决的一大科学难题。
[0005]农田土壤是个复杂的有机无机复合体，其生物肥力则处于中枢和核心地位，而土壤生物肥力的核心是土壤微生物的特性，一般情况下，土壤中的土壤有益微生物有自我修复能力，可自我净化土壤污染，但是我国在土壤肥力的建设过程中，偏重化学肥料的投入，长期忽视土壤生物肥力的培育，导致土壤生物多样性下降，加之忽视推行轮作换茬和保护性耕作技术，土壤生物群落遭到破坏，土壤养分的生物化学转化过程受到严重阻碍，导致土壤中土著有益微生物及土壤功能酶类等多种物质大大减少、这样一来仅仅依靠土壤自净消除污染的周期就变得很长，而当重金属浓度超过一定范围后，土壤基本丧失自净能力，因此，这时完全依靠自净能力修复土壤重金属污染，变得不切实际了。
[0006]碱性土壤可以分为轻度碱性、中度碱性和重度碱性，轻度碱性土壤的ΡΗ值一般为7.1-8.5。有些碱性农田土壤长期受污水灌溉、施用污泥、化工厂灰尘等因素的影响，还伴随重金属污染。相关研究发现，土壤中的Pb和Cr的释放量随着土壤pH值的变化而变化，其中，强碱性条件可有效促进土壤中铅的释放，中、强酸性条件次之，弱酸、弱碱及中性条件对土壤中铅的释放不利；酸性土壤中铬的存在形态主要为三价铬化合物，90%以上迅速被土壤吸附固定，但相关实验已证明，在pH6.5-8.5的条件下，土壤的三价络能被氧化为六价铬，因此，碱性土壤中铅、铬等重金属的潜在危害不容忽视。
[0007]现有碱性农田土壤重金属污染修复技术成本高、修复剂单一、修复年限长，很难用于生产实践。因此，在耕地资源有限的情况下，如何修复重金属污染土壤，尤其是把碱性土壤重金属污染地修复成良田，是农业科技工作者孜孜以求的目标。
【发明内容】
[0008]本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供降低碱性土壤Pb、Cr活性的钝化剂。
[0009]本发明进一步的技术任务是提供上述钝化剂的应用。
[0010]本发明的技术任务是按以下方式实现的:降低碱性土壤Pb、Cr活性的钝化剂，其特点是该钝化剂由以下重量配比的原料混合而成:
微生物菌剂5?20份
石植果渣10?30份
咖啡渣15?35份
北虫草培养基残基 5?30份蓝莓果渣10?35份。
[0011]为了达到最好的技术效果，上述原料的重量配比优选为:
微生物菌剂10?15份
石植果渣15?25份
咖啡渣20?30份
北虫草培养基残基 15?25份蓝莓果渣15?30份。
[0012]最佳为:
微生物菌剂12份
石榴果渣24份
咖啡渣24份
北虫草培养基残基 20份蓝莓果渣20份。
[0013]所述微生物菌剂可选用现有技术中芽孢杆菌属中的任意一种，如解淀粉芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌等。通过长时间的试验及对铬、铅污染处理筛选，所述微生物菌剂优选为解淀粉芽孢杆菌，且钝化剂中活菌总数优选为20 X 10s?100 X 10 8个/
[0014]微生物菌剂的菌种可自中国工业微生物菌种保藏管理中心或中国农业微生物菌种保藏管理中心，经以下菌种活化、培养、发酵等步骤即可得到应用于本发明的微生物菌剂:
(1)斜面菌种活化
试管斜面为营养琼脂培养基，于37°C培养18-24h ；
(2)摇瓶培养
液体培养基用牛肉蛋白胨液体培养，37°C，12h，180r/min，装液量30ml/250mL ;
(3)200L种子罐培养
液体培养基为玉米粉1%，糖蜜2%，酵母膏0.2，MgS04.7Η20 0.lg/L，K2HP04 0.2g/L ;接种量 0.3%-0.5%，37°C，通气比为 1:0.5(V / V.m)，24h0
[0015](4)发酵床浅盘发酵培养
固体培养基采用麸皮秸杆培养基，麸皮和秸杆粉按5:1 (质量比)混合，再按1:(1.2-1.3)的料水比加入水混合均匀，不能有大的结块，以免灭菌不彻底。混合均匀的培养基放入卧式蒸汽灭菌锅灭菌60-90min ;
发酵床结构:长度5.5-8.0m，宽度1.5-2.5m，高度0.5-0.6米；
将获得的芽孢杆菌种子罐种子以10%-15% (体积比)的接种量接种于经灭菌降温至40-50°C的芽孢杆菌固体培养基中，料菌均匀后，堆积l-2h，上发酵床摊平，厚度30-35cm ;
发酵过程控制:整个发酵过程分为两个阶段，第一阶段为前22h的发酵控制过程，其中前10h为静止期，10h后间断通风控制温度在37°C，20h左右第一次翻曲，第二阶段23-40h，其中28-30h第二次翻曲，控制温度在37°C，直至发酵结束。发酵期间定时镜检，当芽孢率达到80%以上停止发酵，60°C低温烘干，得到浅褐色均匀粉末状解淀粉芽孢杆菌。
[0016]采用上述方法生产的解淀粉芽孢杆菌置于室温环境且无阳光直射的环境下存放12个月后菌种的死亡率不超过10%。
[0017]所述石榴果渣是石榴经榨汁后的副产物，它是皮籽混合物，含有大量的多酚类物质、植酸、花青素、果胶、有机酸、氨基酸、单宁等物质，可以为本发明所述钝化剂提供大量的羟基、醇羟基、羰基、羧基等功能基团，达到吸附、螯合、钝化重金属的效果。
[0018]所述咖啡渣为是经过烘焙的咖啡豆在萃取了咖啡精华之后的剩余物，含有大量纤维素、多酚类物质、咖啡鞣酸，可以为本发明所述钝化剂提供醇羟基、酚羟基、羧基，达到脱除、置换、螯合、沉淀重金属的效果，除此之外，咖啡渣为弱酸性，且还含有大量的氮、磷、钾、镁、可以促进植物生长、改良盐碱地。
[0019]所述北虫草培养基残基为采收北冬虫夏草后的栽培废料，富含特有的虫草素、虫草多糖、虫草酸、虫草多肽、多种氨基酸、维生素、不饱和脂肪酸等营养成分，可以为本发明所述钝化剂提供羟基、羧基等负离子基团，达到络合、吸附重金属的效果，此外还可为土壤中的有益微生物和钝化剂中的微生物提供营养。
[0020]所述蓝莓果渣为石榴经榨汁后的副产物，它是皮籽混合物，富含花青素、有机酸、蓝莓多糖、果胶、酚酸、钙、磷、钾，可以为本发明所述钝化剂提供酚基、羧基、矿物质，达到螯合重金属、为微生物和植物提供营养的效果。
[0021]申请人经大量试验发现，由微生物菌剂、石榴果渣、咖啡渣、北虫草培养基残基、蓝莓果渣混合而成的钝化剂既可以显著降低土壤(尤其是碱性土壤)中重金属有效态的含量，还能改善作物的品质、增强土壤肥力、杀死土壤中的病害菌和线虫、促进作物生长、保持土壤生态平衡、提高碱性土壤中氢离子浓度，改善作物的生长状况，即，本发明钝化剂可以在碱性农田土壤重金属修复中应用，使受到重金属污染的碱性土壤可以正常种植作物。
[0022]究其原理，该钝化剂中的微生物特有结构和胞外代谢产物如蛋白质、有机酸、多糖等可以导致细胞内累积吸附作用、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、北虫草培养基残基、蓝莓果渣中的多糖物质、酚类物质、有机酸物质等带有大量的醇羟基、羰基、羧基等功能集团吸附、螯合重金属。钝化剂中的这些物质可能能够最大程度的发挥协同作用，从而大幅度降低土壤中重金属有效态含量，将其转变为其他毒性降低、稳定性较强的形态，从根源上解决了土壤及环境污染问题，
作为优选，本发明所述钝化剂修复的土壤为铬、铅重金属污染时，修复效果最佳。其中络浓度为250?500mg/kg，铅浓度为250?500mg/kg，土壤pH值7.1?8.5。
[0023]作为优选，本发明所述钝化剂在对小麦、玉米、北方旱稻种植土壤进行修复时，修复效果最佳，且作用生长品质可得到明显提升。
[0024]本发明农田土壤重金属修复剂可单独使用，也可以与基肥、复合肥混合使用，每亩