一种生物修复盐碱危害土壤的方法及应用.pdf

本发明提供了一种生物修复盐碱危害土壤的方法及应用，所述方法包括在土壤中种植修复植物以及对土壤施加修复生物制剂，所述修复植物为一年生杂交饲草高粱、大麦和燕麦中的一种或多种的组合；所述修复生物制剂至少包括含有植物促生菌的菌液，所述菌液含有植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4；优选所述土壤为受到盐碱危害的土壤；更优选所述盐碱为含有Na+、Cl-、CO42-、SO42-的盐碱；还优选所述燕麦为饲草型燕麦。本发明的方法可以大大缩短土壤修复的时间，通常在一个污染严重的地区，可以控制在3-5年将其修复至污染前的水平。

1.  一种生物修复盐碱危害土壤的方法，其特征在于，所述方法包括在土壤中种植修复植物以及对土壤施加修复生物制剂，所述修复植物为一年生杂交饲草高粱、大麦和燕麦中的一种或多种的组合；所述修复生物制剂至少包括含有植物促生菌的菌液，所述菌液含有植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4；优选所述土壤为受到盐碱危害的土壤；更优选所述盐碱为含有Na⁺、Cl^-、CO4^2-、SO4^2-的盐碱；还优选所述燕麦为饲草型燕麦；还优选所述大麦为饲草型大麦。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在菌液中，UW3和UW4的菌数比例为1:2～2:1。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修复生物制剂还包括复合载体材料，所述复合载体材料包括有机质、腐殖酸、腐熟有机质、络合置换剂、包埋材料中任意两种或两种以上的组合；优选复合载体材料和菌液的比例为植物促生菌的菌数至少0.2～2亿/每克复合载体材料；还优选以复合载体材料的重量为100％为基准，所述的复合载体材料包括以下重量百分比的成分：15～35％的有机质、12～32％的腐殖酸、12～32％的腐熟有机质、5～22％的络合置换剂和0.01～1％的包埋材料。

4.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括在植物生长的过程中的第一次50-60天，以及以后每20-30天时对修复植物的进行切割，每次留有根部10-12cm割茬，并将切割物从土壤中清除。

5.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对修复植物的种子在播种前进行处理的步骤，包括用甲基纤维素质量百分比浓度为0.5％的修复生物制剂进行种子着衣处理；优选溶剂用量以每公斤种子计为5-10ml/kg。

6.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对土壤的预处理步骤：包括土地平整，除石头，翻地，耙地和施肥中的一种或多种。

7.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在植物生长期间对植物进行灌溉和/或施肥。

8.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述修复植物的种植 密度以种子数量计,大麦为100-200粒/m²，燕麦为100-200粒/m²，杂交饲草高粱为50-80粒/m²。

9.  根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述修复生物制剂的施加为种肥，或口肥，或基肥施用，施加量为30-100公斤/亩。

10.  修复植物及修复生物制剂联合在土壤修复中的应用，所述修复植物为一年生杂交饲草高粱、大麦和燕麦中的一种或多种的组合；所述修复生物制剂至少包括含有植物促生菌的菌液，所述菌液含有植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4；优选所述土壤为受到盐碱(Na,Cl,CO₄,SO₄)危害的土壤；更优选所述盐碱为含有Na⁺、Cl^-、CO4^2-、SO4^2-的盐碱；还优选所述燕麦为饲草型燕麦；还优选所述大麦为饲草型大麦。

一种生物修复盐碱危害土壤的方法及应用
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体说，涉及一种生物修复盐碱危害土壤的方法及应用。
背景技术
随着现代化工业的发展，土壤污染已逐渐成为全球性环境问题之一。尤其是采矿、金属冶炼、石油开采及化工企业生产，对土壤污染最为严重。造成重金属、烃类化合物及各种有毒盐类在土壤中含量过高，且在很长时期内难以靠自然分解消除干净。
土壤污染不但直接对人体产生毒害作用，还导致粮食减产，甚至通过粮食中的重金属及盐类含量过高进一步危害人们的健康。
据有关部门对京、津、沪等七城市调查，123种主要蔬菜中，硝酸盐轻度污染的有34种，占27.6％，中高度污染的占72.4％。根据世界卫生组织资料，硝酸盐可对3个月婴儿致病，产生蓝婴症，死亡率高达8‰；其次，硝酸盐在人体内可转化为亚硝酸盐与次级胺或其它胺类合成亚硝胺，导致消化系统癌症。
据我国农大资料，一些地区鲜品叶菜每斤含硝酸盐4000-6000毫克，根菜小萝卜也达2000-4000毫克/千克。按人均年消费鲜菜200斤计算，人均年吸收硝酸盐100万毫克/年人。城乡居民中的奇病、怪病均与此有关。
如何消除土壤的污染问题，已经成为刻不容缓的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术问题，本发明的一个目的在于提供一种生物修复盐碱危害土壤的方法，所述方法包括在土壤中种植修复植物以及对土壤施加修复生物制剂。
本发明的另一目的在于提供所述修复植物及修复生物制剂联合在土壤修复中的应用。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种生物修复盐碱危害土壤的方法，所述 方法包括在土壤中种植修复植物以及对土壤施加修复生物制剂，所述修复植物为一年生杂交饲草高粱(CFSH30，苏丹草与饲草高粱的三交种)、大麦和燕麦(Avena sativa)中的一种或多种的组合燕麦中的一种或多种的组合；所述修复生物制剂至少包括含有植物促生菌的菌液，所述菌液含有植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4。
植物促生菌可以抑制植物中乙烯的产生，并合成有益的生长素，用以促进植物生长。而本发明发现，植物促生菌还可以促进植物的盐份代谢，以及植物根系对盐碱污染物的吸收，甚至可以保护植物免受土壤中污染物的伤害。
进一步的，本发明通过大量的实验，发现所选用的菌种与特定的植物具有良好的协同效应，可以更高效的清除土壤中的无机盐。
其中本发明优选所述土壤为受到盐碱侵蚀的土壤。
其中更优选所述盐碱为含有Na⁺、Cl^-、CO₄^2-、SO₄^2-的盐碱。
其中优选所述大麦为饲草型大麦；
其中还优选所述燕麦为饲草型燕麦。
其中本发明的一年生杂交饲草高粱、大麦和燕麦可商购获得，譬如可购自www.aerc.com；
其中本发明的Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4记载于中国专利申请200810181327.8中，本发明不再进行赘述。
譬如，在菌液中，UW3和UW4的菌数比例为1:2～2:1。
再譬如，所述修复生物制剂还包括复合载体材料，所述复合载体材料包括有机质、腐殖酸、腐熟有机质、络合置换剂、包埋材料中任意两种或两种以上的组合；优选复合载体材料和菌液的比例为植物促生菌的菌数至少0.2～2亿/每克复合载体材料；还优选以复合载体材料的重量为100％为基准，所述的复合载体材料包括以下重量百分比的成分：15～35％的有机质、12～32％的腐殖酸、12～32％的腐熟有机质、5～22％的络合置换剂和0.01～1％的包埋材料。
该菌剂的制备可以参照专利200810181327.8的制备方法，其中具体为：
(1).取1克植物根际土壤，浸入50ml PAF提取溶液中，再置入250ml容器中；该PAF提取溶液为含有朊间质蛋白胨、干酪素水解物、MgSO₄、K₂HPO₄和甘油的组合物溶液；
(2).将上述含有50ml PAF提取溶液的三角瓶在25±2℃下震荡；
(3).取1ml上述步骤(2)震荡后的PAF提取溶液，再溶入含有50ml PAF提取溶液的250ml容器中，在25±2℃下，震荡；
(4).取1ml上述步骤(3)得到的PAF提取溶液,溶入含有50ml DF盐溶液的250ml容器中，在25±2℃下震荡；该DF盐溶液为含有磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、葡萄糖、葡糖酸、柠檬酸、硫酸亚铁、硼酸、硫酸锰、硫酸锌、硫酸铜、三氧化钼和硫酸铵的溶液；
(5).取1ml上述步骤(4)得到的提取溶液,再溶入50ml不含有硫酸铵但含有3.0mM 1-氨基环丙烷-1-羧酸的上述DF盐溶液的容器中，在25±2℃下震荡；
(6).取0.01ml上述步骤(5)得到的提取溶液，接入含有0.03mM ACC的DF盐的平板凝胶培养基上，在30±2℃培养2-4天；
(7).取步骤(6)的培养基上生长的菌落，其为植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4的菌种；
(8).取上述步骤7得到的菌种，接种在胰蛋白胨大豆肉汤培养基中，在25±2℃温度下培养震荡24小时，得到培养溶液；
(9).在4℃下离心步骤(8)的培养溶液；
(10).用DF液冲洗步骤(9)离心沉淀的细胞；该DF液的成分包括蔗糖、琥珀酸、EDTA、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾和氯化镁；
(11).在4℃下再离心步骤(10)得到的DF细胞溶液；
(12).用DF盐液溶解离心沉淀的细胞，加入3.0mM的ACC，得到含菌细胞DF盐溶液；
(13).步骤(12)得到的含菌细胞DF盐溶液，在25±2℃下培养、震荡；
(14).在4℃离心步骤(13)得到的DF培养溶液，得到离心沉淀的细胞；
(15).用10ml DF盐液溶解步骤(13)得到的离心沉淀的细胞得到含菌细胞DF盐溶液；
(16).将步骤(15)得到的含菌细胞DF盐溶液在28±2℃下接种发酵，得到工业发酵后的植物促生菌的菌液；该植物促生菌的菌液中菌数达到30-50亿/ml；
(17).将步骤(16)得到的植物促生菌的菌液与15～35％的有机质、12～32％的腐殖酸、12～32％的腐熟有机质、5～22％的络合置换剂以及0.01～1％的包埋材料 混合，再加入8～28％的成粒剂，造粒，干燥，得到所述的生物制剂。
根据本发明所优选的实施方案，其中优选所述燕麦为饲草型燕麦。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述方法包括在植物生长的过程中的第一次50-60天，以及以后每20-30天时对修复植物的进行切割，留有根部10-12cm割茬，并将切割物从土壤中清除。
其中优选是在植物生长的过程中的第一次50-60天，以及以后每20-30天时对修复植物的进行切割。
本发明在对植物切割后，留有根部10-12cm左右的割茬，可以使得植物再生长。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述切割可以按照上述切割间隔贯穿植物的整个生长期；甚至可以在每次切割后对土壤取样进行监测，至土壤中盐碱含量降至预期水平。譬如是在第60，90，120，150，180，210，240，270，300天时对修复植物的进行切割。
根据本发明所述的方法，其中所述的修复生物制剂可以用多种方式施加至土壤中：譬如直接施加至土壤中，或者采用种子包衣的方式施加；甚至可以在直接施加到土壤中的同时也对种子进行包衣；
其中当同时采用直接施加至土壤中以及对种子进行包衣时，直接施加至土壤中的修复生物制剂与包衣所用的修复生物制剂用量比例没有特别要求。
根据本发明所优选的实施方案，所述方法还包括对修复植物的种子在播种前进行处理的步骤，包括用甲基纤维素质量百分比浓度为0.5％的修复生物制剂进行种子着衣处理；
其中以甲基纤维素的修复生物制剂溶液总重量为100％计。
其中优选溶剂用量以每公斤种子计为5-10ml/kg；其中更优选为4ml/kg。
根据本发明所优选的实施方案，所述种子着衣处理可以使用现有市售的种子包衣机。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述方法还包括对土壤的预处理步骤：包括土地平整，除石头，翻地，耙地和施肥中的一种或多种。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述方法还包括对土壤包括在植物生长期间对植物进行灌溉和/或施肥。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述修复生物制剂的施加为种肥，或口肥， 或基肥施用，施加量30-100公斤/亩。
根据本发明所优选的实施方案，其中所述修复植物的种植密度以种子数量计为大麦为100-200粒/m²(30-60公斤/亩)，燕麦为100-200粒/m²(30-60公斤/亩)，杂交饲草高粱CFSH30为50-80粒/m²(1-2公斤/亩)。
另一方面，本发明还提供了所述修复植物及修复生物制剂联合在土壤修复中的应用，所述修复植物为一年生杂交饲草高粱(CFSH30，苏丹草与饲草高粱的三交种)、大麦和燕麦(饲草型)中的一种或多种的组合；所述修复生物制剂至少包括含有植物促生菌的菌液，所述菌液含有植物促生菌Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4。
其中本发明优选所述土壤修复为受到盐侵蚀的土壤。
更优选所述盐碱为含有Na⁺、Cl^-、CO₄^2-、SO₄^2-的盐碱；
还优选所述燕麦为饲草型燕麦；
还优选所述大麦为饲草型大麦。
综上所述，本发明提供了一种修复盐碱危害土壤方法。本发明的方法具有如下优点：
(1)利用太阳能的绿色环保技术；
(2)适用性广泛，可适用于不同地区和不同气候条件；
(3)保持和恢复土壤的自然结构和物理，化学和生物学特征；
(4)成本低廉,实施简单,实用性强；
(5)可同时进行多种污染混合化合物的处理；
(6)对环境安全,不留二次污染和任何环境隐患；
(7)可提供大量生物能量，快速，完全，彻底的完成修复过程；
(8)修复过程产生大量生物量可作为动物饲料和生物质能源，使土壤修复过程经济可持续。
本发明通过植物促生菌可以使得植物生长旺盛，从而引起自然存在的微生物的大量增殖，并进一步促进植物根系的活跃，以大量的吸收土壤中的无机盐等污染物；
本发明的方法可以大大缩短土壤修复的时间，通常在一个污染严重的地区，可以控制在3-5年将其修复至污染前的水平。
附图说明
图1为修复盐碱危害土壤的方法的修复过程解析图；
图2为实施例1修复结果示意图；
图3为实施例1修复过程促生菌对植物吸收盐分作用；
图4为实施例1修复过程促生菌植物生长和生物量的作用；
图5为实施例2修复结果图；
图6为实施例3修复结果图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
参照图1，场地A东北地区(吉林省白城)重盐碱污染的土壤的修复过程。土壤含有0.9％左右(10-15g/kg)(ECe:14-16dS/m)的(主要是NaCO₄,Na离子含量高)白桨土盐碱地；面积20公顷2008年4月整地，平整，施肥(N:P:k:10:10:5公斤/亩)，施修复生物制剂(中国专利申请200810181327.8实施例1产品)(100公斤/亩)和旋耕；5月20日播种，一年生饲草型燕麦为200粒/m²，亩用量30公斤；种子在播前进行菌液包衣，包衣菌液为Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4，2万菌细胞/粒，其中含有质量百分比浓度0.5％的甲基纤维素；在5个月的修复过程，割取2次，每次留有根部12cm割茬，7月30日和8月30日；10月初采样(30个)分析检验，连续2年的修复结果如图2所示，并汇总如下：新技术的降盐率每年50-60％，第一年从14.9降到8.7dS/m(58％)，第二年从8.7降到5dS/m(57％)，2年降低近80％的盐碱(从12g/kg降到3.1g/kg)。
实施修复区的作物燕麦和实验区修复作物大麦在割后，对其作物体内的盐份进行了分析，分析表明UW3+UW4合菌产品可提高两种作物对盐份的吸收能力20％。和其他处理如AV菌(常规的菌根菌)处理相比，UW3+UW4合菌产品的效果最好(图3)。此外，收割后的植物量分析表明，UW3+UW4合菌产品对提高修复作物的生物量的作用也是最好，和对照相比，可提高修复作物生物量高达50％，尤其是对修复作物的地上部分的生物量更加显著(图4)。所以，使用UW3+UW4合菌产品可大幅度 (100-200％)的提高作物盐碱修复的效率，把常规10年的修复过程，利用新方法可在2-3年内完成，节省了大量的时间和费用，使重盐碱地的土壤修复经济上可持续。
实施例2
场地B华北地区(河北省沧州)中度盐碱污染的土壤的修复过程。土壤含有0.4-0.5％(5-6g/kg土壤)(ECe:6-8dS/m)的(主要是NaCl,Cl离子含量高)海滩盐碱地；面积为10公顷2008年4月整地，平整，施肥(N:P:k:10:10:5公斤/亩)，施修复生物制剂(中国专利申请200810181327.8实施例1产品)(100公斤/亩)和旋耕；5月2日播种，杂交饲草高粱CFSH30为70/m²，1.5公斤/亩；种子在播前进行菌液包衣，包衣菌液为Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4，2万菌细胞/粒，其中含有质量百分比浓度0.5％的甲基纤维素；在5个月的修复过程，割取3次，每次留有根部12cm割茬，7月30日，8月30日和9月30日；10月初采样(20个)分析检验，连续2年的修复结果如图5所示，并汇总如下：新技术的降盐率每年40-60％，第一年从5.5降到3.1dS/m(56％)，第二年从3.1降到1.5dS/m(48％)，2年降低50％的盐碱(从5g/kg降到2.2g/kg)。
实施例3
场地C陕北地区(神木县)轻度盐碱污染的土壤的修复过程。当地年降雨量不足300mm,土壤含有0.2-0.4％(3-5g/kg土壤)(ECe:4-6dS/m)，主要是NaCl,Cl离子含量高，地下水含盐碱；面积为10公顷2008年4月整地，平整，施肥(N:P:k:10:10:5公斤/亩)，施修复生物制剂(中国专利申请200810181327.8实施例1产品)(100公斤/亩)和旋耕；5月10日播种，杂交饲草高粱CFSH30为50-60粒/m²，1公斤/亩；种子在播前进行菌液包衣，包衣菌液为Pseudomonas cedrina UW3和Pseudomonas putida UW4，2万菌细胞/粒，其中含有质量百分比浓度0.5％的甲基纤维素；在5个月的修复过程，割取3次，每次留有根部12cm割茬，7月30日，8月30日和9月30日；10月初采样(10个)分析检验，连续2年的修复结果如图6所示，并汇总如下：新技术的降盐率每年30-40％，第一年从3.8降到3dS/m(28％)，第二年从3.0降到1.7dS/m(43％)，2年降低55％的盐碱(从3.8g/kg降到1.7g/kg)。