一种微生物、植物、生物炭协同修复土壤重金属污染的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及污染土壤治理领域，特别涉及一种微生物、植物、生物炭协同修复土壤 重金属污染的方法。
【背景技术】
[0002] 土壤污染是由于土壤中含有的有害物质过多，超过了土壤的自净能力，从而引起 了土壤的组成、结构和功能发生变化，有害物质在土壤中逐渐累积，通过"土壤一植物一人 体"，或通过"土壤一水一人体"间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度。土壤重金属污 染主要包括汞（Hg)、镉（Cd)、铅（Pb)、铬（Cr)和类金属砷（As)等生物毒性显著的元素，以及 有一定毒性的锌（Zn)、铜（Cu)、镍（Ni)等元素，重金属污染元素在土壤中移动性差、滞留 时间长、只能发生形态的转变和迀移，不能被微生物降解。历史上发生的"骨痛病"和"水俣 病"就是由于重金属污染而致病的典型案例。因此，探索土壤重金属污染的有效修复方法成 为当务之急。
[0003] 目前，土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状 态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。方法主要有工程物理化学法，包 括：客土法、冲洗络合法、电动化学法、热处理法等，不适合污染面积较大的土壤；生物修复 法包括：植物修复、微生物修复和动物修复等，植物和低等动物修复法对土壤修复的效果 不太显著；微生物修复利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作 用，从而降低土壤中重金属的毒性。该技术可以使重金属污染物从土壤中去除，对周围环境 影响较小，不会产生二次污染，具有的巨大土壤修复潜力。但现有的重金属污染土壤的微生 物修复技术存在一定的局限性，如微生物修复持续时间长、见效慢、一般形成络合物降低重 金属的危害，并不能将重金属从土壤中除去。
[0004] 趋磁细菌属于革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特 性，细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在地磁场的作用下可以定向运 动，而且对重金属有较强的吸附能力。目前，国内外已有关于趋磁细菌吸附水体中重金属的 研究，但是对于趋磁细菌修复重金属污染的土壤尚未见报道。
[0005] 植物修复技术是利用植物及其根际微生物对土壤污染物的吸收、挥发、转化、降 解、固定作用而去除土壤中污染物的修复技术。目前已经发现很多植物可同时对多种重金 属有强大的富集能力，但大多数已报道的植物修复方法效果不显著、见效慢、修复效果不稳 定，再加上受到气候、土壤环境的限制，使得这些植物的重金属积累量有限，从而在其应用 上受到限制。
[0006] 生物炭天然的多孔结构对有毒重金属具有较强的吸附力，通过吸附固定作用使有 毒物质固定在炭的微孔表面上，从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性，达到长 效地修复污染土壤的目的。生物炭施到土壤，从一定程度上还能增加土壤有机物质、提高土 壤肥力、使作物增产。
[0007] 如上所述，为了更好地治理重金属金属污染土壤，急需解决以下技术问题： 1.确定合适的耐性作物，其具有种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长 迅速、生物量大的特点。
[0008] 2.克服耐性作物的重金属吸收效率低下、重金属修复元素单一、修复时间太长、 存活率低的难题。
[0009] 3.避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种可回收形趋磁细 菌微生物和种植难度低、耐受性强、不进入食物链的植物及能够提高土壤肥力、改善土壤结 构的生物炭联合修复重金属污染土壤的方法。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 一种微生物、植物、生物炭协同修复土壤重金属污染的方法，包括以下步骤： 1) 将趋磁细菌液体培养基添加到重金属污染的土壤中，接种趋磁细菌，翻耕重金属污 染土壤的表层厚10~12cm的土壤，使趋磁细菌培养基、趋磁细菌和重金属污染土壤充分混 合； 2) 培养45~50天，在重金属污染土壤表层3~5cm厚的土壤里添加趋磁细菌培养基，并 灌溉该土壤，使重金属污染土壤保持淹水状态，并在所述重金属污染的土壤上面设置磁场， 保持29~34天； 3) 收集步骤2)所述重金属污染土壤表层厚4~6cm的土壤；并用水淋洗收集的重金属 污染土壤，使趋磁细菌与重金属污染土壤分离进入水溶液中，重复淋洗2~4次，填回； 4) 选择禾本科植物种植在步骤3)重金属污染土壤中，禾本科植物包括玉米和/或小 麦； 5) 当植物的植株开始抽穗时，及时拔除幼穗，当植株出现分蘖时，对分蘖的幼穗同时拔 除，并在植物生长的拔节期、抽穗期及灌浆期施入灌溉和肥料； 6) 当植物的生长季结束，将含重金属的植株茎杆及根系全部移除； 7) 将生物炭基肥施入步骤4)种植过禾本科植物的重金属污染土壤中，混合均匀，陈化 70~80天； 8) 循环重复执行步骤1) ~步骤7)，直至土壤中重金属的含量达到安全标准。
[0012] 优选的，所述步骤1)中趋磁细菌的接种比例为每平方米重金属污染的土壤中接种 7. 0 X 10s~5. 0 X IO9个趋磁细菌。
[0013] 优选的，所述步骤1)中液体培养基添加量每平方米重金属污染土壤喷施50~ 80ml液体培养基。
[0014] 优选的，所述步骤2)液体培养基添加量为每平方米重金属污染土壤喷施30~ 50ml液体培养基。
[0015] 优选的，所述步骤2)磁场方向背离地面向上，磁场强度为200~300高斯。
[0016] 优选的，所述生物炭基肥由75~79重量份生物炭与1~1. 5重量份的氯化钠、2~2. 8 重量份的硫酸镁、3~4重量份的硝酸钾、3~3. 6重量份的硫酸钙、5~8重量份的尿素和6~7重 量份的煤渣混合到一起并搅拌均匀获得。
[0017] 优选的，所述生物炭为步骤6)移除的禾本科植物制成的，生物炭用质量分数10% 的稀盐酸和质量分数5%的稀硝酸以体积比1~2. 5 :1的混合后酸洗l~3h，再用去离子水反 复浸洗至中性，然后烘干。
[0018] 优选的，所述生物炭基肥的施入量为每平方米重金属污染土壤加入6-10g生物炭 基肥。
[0019] 优选的，所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为3~5mm的颗粒。
[0020] 优选的，所述禾本科植物采用播种的方式种植，所述禾本科植物的种子由15%~20% 的H2O2消毒处理，然后蒸馏水洗涤浸泡12h，选择籽粒饱满且不下沉的种子进行播种。
[0021] 本发明的有益效果： 1.趋磁细菌属于革兰氏阴性菌，是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌，具有负趋氧特 性，细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链，在磁场的作用下可以定向运动， 而且对重金属有较强的吸附能力；在地磁场的作用下趋磁细菌可以向地下深处移动，由于 地磁场的作用力很弱，在土壤表面设置磁场，并通过控制磁场的方向使趋磁细菌集中在小 面积内，步骤2)中灌溉重金属污染土壤的目的是降低土壤表层的含氧量，创造有利于趋磁 细菌生存的环境。
[0022] 2.趋磁细菌对重金属离子的吸附是以细胞表面的吸附为主，因此趋磁细菌对重 金属的吸附速度很快，在其移动的过程中有效吸附土壤中的重金属，大大降低了土壤中重 金属的积累量。
[0023] 3.本发明步骤3)得到的淋洗液回收重金属，一方面防止重金属在回到土壤或者 水体，另一方面回收的重金属具有很高的附加价值，可以增加收益。趋磁细菌的回收率达到 90%以上，淋洗液重金属回收率达到99%以上，有利于重金属污染土壤的修复。
[0024] 4.禾本科植物对重金属有较强的富集作用，对生长环境的适应性强，适用于大面 积种植，做为非食用性植物用于修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链，最大限度的 减少了修复土壤中可引起的二次污染。
[0025] 5.本发明采用治理过重金属污染土壤的禾本科植物的茎叶、根等有机废物制备 生物炭，充分利用了植物废弃有机体，成本低廉，所得生物炭均用酸洗一段时间后，通过去 离子水的反复浸洗至中性，然后烘干，将炭化物质与含有重金属的溶液分离，可以对重金属 进行回收再利用。
[0026] 6.趋磁细菌、生物炭和植物三者联合修复重金属污染土壤的方法，能发挥趋磁 细菌与生物炭的吸附和植物的修复作用，生物炭的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸 附固定土壤中的各种重金属，将土壤中的重金属改性为可供趋磁细菌和植物吸收的可提取 态，而且在一定程度上可以增加农作物产量，三者协同作用将极大的加速了重金属污染土 壤的生物修复进程。
[0027] 总之，本发明趋磁细菌、生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法与传统的 污染土壤治理方法相比，具有投资少、技术要求不高、种植难度低、易于管理、适用于大面积 污染土壤的治理、土壤治理效果好、实用性强的特点。
【具体实施方式】
[0028] 以下通过实施例对本发