鎘污染土壤微生物修復(fù)劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于修復(fù)被鎘污染的土壤的微生物修復(fù)劑，以及這種微生物修復(fù) 劑在土壤修復(fù)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬污染是指比重大于5或4(主要包括&1、211、0(1、？13、取、038、附、(：〇)的 金屬或其化合物在環(huán)境中所造成的污染。重金屬元素按其生物化學(xué)質(zhì)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是 在一定濃度范圍內(nèi)可以維持生物機(jī)體正常生理活動(dòng)的必需元素，但如果其濃度超過(guò)一定范 圍，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)體中毒，如銅、鋅等；另一類(lèi)則是生物體正常生理活動(dòng)的非必需元素，也就是 有害的元素，如鎘、汞、鉛等。鎘（cd)是生物毒性極強(qiáng)的重金屬元素，與Pb、cr、As和Hg合 稱(chēng)為"五毒"，位列第二。
[0003] 土壤是人類(lèi)生存環(huán)境的重要組成部分，土壤能吸持進(jìn)入其內(nèi)部的各種污染物，特 別是重金屬元素，進(jìn)而在土壤中發(fā)生累積，當(dāng)累積量超過(guò)土壤自身的承受能力和允許容量 時(shí)，就會(huì)造成土壤污染。而且土壤重金屬污染相比大氣污染和水體污染而言，具有長(zhǎng)期性、 隱蔽性、不可逆性、以及不能完全被分解或消逝等特點(diǎn)，并直接與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)，因此危害 嚴(yán)重、治理困難。如何有效地防治和解決土壤重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。 近年來(lái)，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展以及鎘在冶煉、化工、造紙和電子工業(yè)等方面的廣泛應(yīng)用，使得土 壤Cd污染日趨嚴(yán)重，研宄發(fā)現(xiàn)，排放到環(huán)境中的Cd有82. 94 %進(jìn)入土壤。
[0004] 鎘類(lèi)化合物具有較大脂溶性、生物富集性和毒性，是一種劇毒物，也是土壤中最具 運(yùn)動(dòng)性的重金屬之一。早在1974年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署和國(guó)際勞動(dòng)衛(wèi)生重金屬委員會(huì)就將 其定為重點(diǎn)污染物，美國(guó)毒物管理委員會(huì)（ATSDR)己將其列為第六位危及人類(lèi)健康的有毒 物質(zhì)，被國(guó)際癌癥研宄機(jī)構(gòu)確定為人類(lèi)的肺癌和前列腺癌的確認(rèn)致癌物。鎘是機(jī)體生長(zhǎng)發(fā) 育非必需元素，少量進(jìn)入人體即可通過(guò)生物放大和生物積累，對(duì)腎、肺、肝、睪丸、腦、骨骼以 及血液系統(tǒng)產(chǎn)生一系列損傷。食用含過(guò)量鎘食品而造成的中毒大多是急性的，主要癥狀是 惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛。鎘對(duì)人體的毒害引起了世界各國(guó)的重視，在我國(guó)也出現(xiàn)了許多污染 區(qū)鎘中毒的情況。
[0005] 在受重金屬鎘污染的土壤上種植作物，可直接導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，而且Cd能使糙米中 的粗蛋白、粗淀粉、直鏈淀粉、賴(lài)氨酸等含量減少，降低作物的品質(zhì)。另外許多地方的糧食、 蔬菜和水果等食物中Cd含量超標(biāo)和接近臨界值。我國(guó)許多農(nóng)產(chǎn)品由于鎘含量過(guò)高而被拒 之于外國(guó)的國(guó)門(mén)之外。如何有效的處理環(huán)境中的鎘污染，減少鎘在農(nóng)產(chǎn)品中的富集，已成為 近年來(lái)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的突出問(wèn)題。
[0006] 芽孢桿菌屬為革蘭氏陽(yáng)性桿菌，在自然界分布比較廣泛，對(duì)不良環(huán)境有較強(qiáng)的抗 性。目前已有將芽孢桿菌作為生物吸附劑吸附重金屬Pb2+、Cu2+、Cd2+和Zn2+的報(bào)道。另 夕卜，芽孢桿菌的細(xì)胞壁與其他細(xì)菌相比，厚度大（20_80nm)，化學(xué)成分簡(jiǎn)單，一般含有90% 肽聚糖和10%的磷壁酸。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)細(xì)菌吸附重金屬的機(jī)理進(jìn)行了大量的研宄，認(rèn) 為革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌對(duì)重金屬的吸附位點(diǎn)是細(xì)胞壁肽聚糖、磷壁酸上的羧基和糖醛酸上的磷 酸基。細(xì)菌細(xì)胞壁是由肽聚糖與磷壁酸連接而成的聚合體組成的，肽聚糖是NAM(N-乙酰胞 壁酸）和NAG(N-乙酰氨基葡萄糖）交替的高聚物。這些高聚物并列在一起并且進(jìn)行交聯(lián)， 從而形成吸附層。N-乙酰胞壁酸是唯一存在于細(xì)菌細(xì)胞壁的物質(zhì)，附著在N-乙酰胞壁酸 上的是四個(gè)短鏈氨基酸，包括L-丙胺酸、D-丙胺酸、D-谷氨酸和二氨基庚二酸，這些短的多 肽鏈包含有自由的羧基和氨基官能團(tuán)。細(xì)菌細(xì)胞壁的另一個(gè)結(jié)構(gòu)就是磷壁酸，是由短鏈的 甘油磷酸鹽組成，因此具有大量的負(fù)電荷，這是細(xì)菌細(xì)胞壁帶有大量負(fù)電荷，吸附重金屬能 力強(qiáng)的主要原因。酵母菌也具有高效抗重金屬的能力，并且抗性機(jī)理與細(xì)菌有很大的差別。 通常認(rèn)為酵母菌）主要通過(guò)利用金屬硫蛋白螯合體內(nèi)重金屬，以減少破壞性較大的活性游 離態(tài)重金屬的存在。
[0007] 微生物修復(fù)措施的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施較簡(jiǎn)單、投資較少和對(duì)環(huán)境破壞小，缺點(diǎn)是治理效 果至今不顯著，因?yàn)槲⑸镄迯?fù)容易受各種環(huán)境因素的影響，如溫度、氧氣、水分等均可影 響微生物活性，進(jìn)而影響修復(fù)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種鎘污染土壤微生物修復(fù)劑，以及這種復(fù)合微生物修復(fù)劑在土壤修 復(fù)中的應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
[0009] 本發(fā)明首先是提供一種鎘污染土壤微生物修復(fù)劑，其包括如下組分：短芽孢桿菌、 熱帶假絲酵母、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和載體。
[0010] 各組分的重量份數(shù)如下：短芽孢桿菌10-30份、熱帶假絲酵母5-10份、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 10-30份和載體50-200份。
[0011] 所述短芽孢桿菌選自保藏號(hào)CMCC63201、保藏號(hào)CMCC63202、保藏號(hào)CMCC63203、保 藏號(hào)保藏號(hào)CMCC63204、保藏號(hào)CMCC63205中的至少一種菌株；
[0012] 所述熱帶假絲酵母選自保藏號(hào)ACCC20004、保藏號(hào)ACCC20005、保藏號(hào)ACCC20006、 保藏號(hào)ACCC20148中的至少一種菌株；
[0013] 所述短芽孢桿菌的有效菌落數(shù)為20-80X108cfu/g，所述熱帶假絲酵母的有效菌 落數(shù)為 30-50X108cfu/g。
[0014] 所述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為氮，磷，鉀，鋅和鐵；各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)優(yōu)選的配比為：所述氮，磷，鉀，鋅 和鐵的重量比例為N:P205:K20:ZnO:Fe203= 1. 1 :1. 8 :1. 5 :3 :1。
[0015] 所述載體為膨潤(rùn)土、海泡石的至少一種，優(yōu)選采用膨潤(rùn)土和海泡石的混合物，兩者 的重量比為0.3-0. 8 :1。
[0016] 作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，短芽孢桿菌、熱帶假絲酵母采用其經(jīng)如下方法生長(zhǎng)培 養(yǎng)后得到的培養(yǎng)菌素：將短芽孢桿菌和熱帶假絲酵母的原始菌種在無(wú)菌條件下分別依次進(jìn) 行斜面培養(yǎng)、搖床培養(yǎng)、發(fā)酵罐培養(yǎng)后，將得到的發(fā)酵液經(jīng)過(guò)濃縮干燥得到所述培養(yǎng)菌素。
[0017] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制備所述鎘污染土壤微生物修復(fù)劑的方法，其是 將按短芽孢桿菌、熱帶假絲酵母、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和載體按比例混合攪拌均勻而得。
[0018] 本發(fā)明還有一個(gè)目的，是提供一種上述鎘污染土壤微生物修復(fù)劑在鎘污染土壤修 復(fù)中的應(yīng)用中，該鎘污染土壤微生物修復(fù)劑為粉狀或顆粒狀劑型，在土地翻耕時(shí)拌細(xì)黃土 或摻入基肥中均勻撒施，平整土地，一般用量為10-80kg/m2。
[0019] 本發(fā)明所使用的微生物能迅速在土壤中定植生長(zhǎng)并形成強(qiáng)大菌落，能直接吸附重 金屬離子，尤其是鎘到微生