1.本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂及其制备方法和应用。
背景技术：
2.重金属污染土壤修复的复杂性使得目前尚无一种真正稳定高效的修复技术能满足现实生产的需求。物理修复技术中的固化法利用固化剂和稳定剂将重金属离子包裹起来形成稳定的结构，但固化法并不适合长期应用，因为随着时间推移重金属物质会释放出来，并对土壤造成二次污染。化学修复技术中的淋洗法通过溶剂将重金属转化成液态的形式从土壤中提取分离出来，但该方法不适用于渗透性较差的土壤，并且很容易污染地下水、破坏土壤结构。相比之下，生物修复技术是一种较为安全且符合新时期发展要求的修复技术。生物修复技术中的微生物修复可通过微生物的代谢功能吸收、富集、溶解土壤中的污染因子，然后将重金属固定在土壤中或者将重金属的价态/毒性进行一定程度的转化，实现土壤重金属低毒化甚至无毒化。
3.虽然微生物在重金属污染土壤修复中的应用具有显著优势，但是想要达到预期效果目前相关专利还存在以下问题：
①
大部分微生物修复试剂为单一菌属，无法很好适应重金属毒害作用和土壤环境的变化，也无法对多金属污染土壤中的重金属进行固定或转化；
②
受土壤营养物质、土著微生物拮抗作用、重金属毒性作用等土壤环境的影响，微生物菌剂对重金属污染土壤的修复效果较差，持续性不佳。
技术实现要素：
4.针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种修复重金属污染土壤的复合生物菌剂及其制备方法和应用。本发明将生物炭与丛枝菌根真菌进行复配，得到复合生物菌剂；该复合生物菌剂能够有效吸附、固定或转化土壤重金属，实现重金属污染土壤的原位修复。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂，是生物炭-丛枝菌根真菌复合生物菌剂，其组分按重量百分比为：生物炭60-80％，丛枝菌根真菌20-40％。
7.优选的，所述复合生物菌剂中的丛枝菌根真菌包括：异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)、巨孢囊霉属真菌(gigaspora)和球囊霉属真菌(cladosporium)。
8.更优选的，所述丛枝菌根真菌由异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)、巨孢囊霉属真菌(gigaspora)和球囊霉属真菌(cladosporium)按重量比2-3:1-3:1-2组成。
9.本发明的第二方面，提供了所述复合生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将藻类生物质风干后粉碎、研磨，过1-5mm筛，得到生物质粉，将生物质粉装入坩埚中压实加盖，放置于马弗炉中，以3-5℃/min速率升至300-500℃,保持1-3h后自然冷却
取出，粉碎过50-100目筛。
11.(2)将以孢子形式存在的不同菌属的丛枝菌根真菌，分别接种到具备一定植物生长能力的含重金属土壤中，以适应土壤土著微生物。待与植物形成共生菌根后，取接种丛枝菌根真菌的植物根段和根际土壤，按照每100重量土壤喷20-50重量的水，充分搅拌，至土壤形成直径0.25-3mm的颗粒，风干得到不同菌属的丛枝菌根真菌菌剂。
12.优选的，所述藻类生物质为浒苔和石莼中的一种。
13.优选的，所述植物为黑麦草和碱茅草中的至少一种。
14.本发明的第三方面，提供了所述复合生物菌剂在重金属污染土壤中的应用。所述应用方法如下：
15.取复合生物菌剂均匀覆盖在重金属污染土壤表面，充分翻耕使菌剂与土壤混合均匀；其中，所述复合生物菌剂添加量为土壤重量的0.5-6％。
16.对于重金属总含量为1500-2000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的0.5-2％称取复合生物菌剂添加到土壤中，优选为1-1.5％。
17.对于重金属总含量为2000-3000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的2-4％称取复合生物菌剂添加到土壤中，优选为2.5-3.5％。
18.对于重金属总含量大于3000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的4-6％称取复合生物菌剂添加到土壤中，优选为4.5-5.5％。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.(1)微生物试剂菌属的多样性：不同菌属的丛枝菌根真菌以不同比例添加至重金属污染土壤中，增强了微生物的代谢功能稳定性和对重金属的固定转化能力，能够更好适应重金属毒害作用与土壤环境的变化。
21.(2)生物炭与丛枝菌根真菌菌剂的协同增效：一方面，生物炭为微生物提供营养来源和庇护所，保证了丛枝菌根真菌的成活率，增强了菌剂对重金属污染土壤的修复效果；另一方面，生物炭改善了污染土壤的理化性质，增加了土壤孔隙度，提高了土壤肥力。
22.(3)对多金属污染土壤的良好修复能力：所述复合菌剂对多种不同重金属均有良好的修复效果，因此适用于更大范围和更多类型的污染场地；作为对比，cn111187102a公开的复合生物土壤改良剂在重金属污染土壤中的应用效果不佳，对重金属的修复效果较差。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1
25.(1)污染土壤获取
26.从某化工厂所在地块采集重金属污染土壤，其重金属总含量为1710mg/kg，其中cd：192mg/kg，cr(ⅵ)：175mg/kg，pb：1150mg/kg，sb：86mg/kg。原始土壤经自然风干晾晒后除去石块、残根等明显杂物，充分混合后过2mm筛，于室温下保存备用。
27.(2)复合生物菌剂的制备
28.生物炭的制备：
29.将浒苔生物质风干后粉碎、研磨，过2mm筛，得到浒苔粉；将浒苔粉装入坩埚中压实加盖，放置于马弗炉中，以4℃/min速率升至400℃，保持2h后自然冷却取出，粉碎过60目筛，得到浒苔生物炭。
30.丛枝菌根真菌菌剂的制备：
31.将以孢子形式存在的异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)、巨孢囊霉属真菌(gigaspora)和球囊霉属真菌(cladosporium)，分别施加到种植植物的天然含重金属土壤中，种植植物为黑麦草，以适应土著微生物。待丛枝菌根真菌成功与植物形成共生菌根后，取接种丛枝菌根真菌的黑麦草根段和根际土壤，按每100重量土壤喷30重量的水，充分搅拌，至土壤形成直径2mm的颗粒，风干得到丛枝菌根真菌菌剂。
32.生物炭-丛枝菌根真菌复合生物菌剂的制备：
33.取浒苔生物炭80份，异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)菌剂10份，巨孢囊霉属真菌(gigaspora)菌剂5份，球囊霉属真菌(cladosporium)菌剂5份，均匀混合，得到生物炭与丛枝菌根真菌联合制备的复合生物菌剂。
34.(3)复合生物菌剂的施用及功效评价方法
35.进行室内盆栽实验，每盆取污染土壤1kg，添加去离子水使土壤水分保持在饱和持水量的60％左右，平衡2周备用。
36.共设置空白对照组(ck)、生物炭组(bc)、丛枝菌根真菌组(amf)与复合生物菌剂组(bc-amf)四组实验，其中ck组不添加任何修复剂，其余各组分别向土壤中添加土壤重量1.5％的生物炭、丛枝菌根真菌菌剂、复合生物菌剂。将各组土壤在室温与自然光照条件下放置60d，60d后取样测定土壤重金属含量变化。
37.经对比分析后发现，添加修复剂后各实验组污染土壤中的重金属含量均有所下降，其中复合生物菌剂组(bc-amf)的土壤重金属含量下降幅度最大，cd、cr(ⅵ)、pb、sb含量分别下降了69.8％、62.3％、63.2％、59.3％，因此生物炭与丛枝菌根真菌的复合生物菌剂对重金属污染土壤的修复效果明显。具体实施例结果见表1。
38.表1实施例1不同处理组土壤重金属含量
[0039][0040]
实施例2
[0041]
与实施例1的不同之处为：污染土壤重金属总含量为2362mg/kg，其中cu：1052mg/kg，cr(ⅵ)：116mg/kg，ni：372mg/kg，pb：705mg/kg；复合生物菌剂的制备方式为取浒苔生物
炭70份，异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)菌剂12份，巨孢囊霉属真菌(gigaspora)菌剂10份，球囊霉属真菌(cladosporium)菌剂8份，均匀混合；各实验组分别向土壤中添加土壤重量3％的生物炭、丛枝菌根真菌菌剂、复合生物菌剂。
[0042]
经对比分析后发现，添加修复剂后各实验组污染土壤中的重金属含量均有所下降，其中复合生物菌剂组(bc-amf)的土壤重金属含量下降幅度最大，cu、cr(ⅵ)、ni、pb含量分别下降了36.6％、62.9％、42.2％、47.5％，因此生物炭与丛枝菌根真菌的复合生物菌剂对重金属污染土壤的修复效果明显。具体实施例结果见表2。
[0043]
表2实施例2不同处理组土壤重金属含量
[0044][0045]
实施例3
[0046]
与实施例1、2的不同之处为：污染土壤重金属总含量为3562mg/kg，其中cu：1240mg/kg，ni：285mg/kg，pb：822mg/kg，mn：1126mg/kg；复合生物菌剂的制备方式为取浒苔生物炭60份，异形根孢囊霉属真菌(rhizophagus)菌剂15份，巨孢囊霉属真菌(gigaspora)菌剂15份，球囊霉属真菌(cladosporium)菌剂10份，均匀混合；各实验组分别向土壤中添加土壤重量5％的生物炭、丛枝菌根真菌菌剂、复合生物菌剂。
[0047]
表3实施例3不同处理组土壤重金属含量
[0048][0049]
经对比分析后发现，添加修复剂后各实验组污染土壤中的重金属含量均有所下降，其中复合生物菌剂组(bc-amf)的土壤重金属含量下降幅度最大，cu、ni、pb、mn含量分别下降了37.1％、35.8％、37.2％、38.7％，因此生物炭与丛枝菌根真菌的复合生物菌剂对重金属污染土壤的修复效果明显。具体实施例结果见表3。
[0050]
本发明中生物炭与微生物可有效吸附、固定或转化土壤重金属，同时生物炭可为微生物提供营养与庇护所，保证复合菌剂中的微生物成活率，因此二者的协同作用提高了彼此对重金属的适应性，进而增强了对重金属污染土壤的修复效果。
[0051]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于熟悉本领域的技术人员来说，本技术可有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。技术特征：
1.一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂，其特征在于，是生物炭-丛枝菌根真菌复合生物菌剂，其组分按重量百分比为：生物炭60-80％，丛枝菌根真菌20-40％。2.根据权利要求1所述的一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂，其特征在于，所述复合生物菌剂中的丛枝菌根真菌包括：异形根孢囊霉属真菌、巨孢囊霉属真菌和球囊霉属真菌。3.根据权利要求1所述的一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂，其特征在于，所述丛枝菌根真菌由异形根孢囊霉属真菌、巨孢囊霉属真菌和球囊霉属真菌按重量比2-3:1-3:1-2组成。4.一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将藻类生物质风干后粉碎、研磨，过1-5mm筛，得到生物质粉，将生物质粉装入坩埚中压实加盖，放置于马弗炉中，以3-5℃/min速率升至300-500℃,保持1-3h后自然冷却取出，粉碎过50-100目筛；(2)将以孢子形式存在的不同菌属的丛枝菌根真菌，分别接种到具备一定植物生长能力的含重金属土壤中，以适应土壤土著微生物；待与植物形成共生菌根后，取接种丛枝菌根真菌的植物根段和根际土壤，按照每100重量土壤喷20-50重量的水，充分搅拌，至土壤形成直径0.25-3mm的颗粒，风干得到不同菌属的丛枝菌根真菌菌剂。5.根据权利要求4所述的一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述藻类生物质为浒苔或石莼中的一种。6.根据权利要求4所述的一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂的制备方法，其特征在于，所述植物为黑麦草或碱茅草中的至少一种。7.一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂的在重金属污染土壤中的应用，应用方法如下：取复合生物菌剂均匀覆盖在重金属污染土壤表面，充分翻耕使菌剂与土壤混合均匀；其中，所述复合生物菌剂添加量为土壤重量的0.5-6％。8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，对于重金属总含量为1500-2000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的0.5-2％称取复合生物菌剂添加到土壤中。9.如权利要求7所述的应用，其特征在于，对于重金属总含量为2000-3000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的2-4％称取复合生物菌剂添加到土壤中。10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，对于重金属总含量大于3000mg/kg的污染土壤，按照土壤重量的4-6％称取复合生物菌剂添加到土壤中。
技术总结
一种用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂及其制备方法与应用。本发明涉及一种高效修复重金属污染土壤的复合生物菌剂及其制备方法与应用，是生物炭-丛枝菌根真菌复合生物菌剂，其组分按重量百分比为：生物炭60-80％，丛枝菌根真菌20-40％。所述复合生物菌剂通过制备生物炭、制备真菌菌剂和混合等步骤制备得到，用于重金属污染土壤原位修复。本发明中生物炭与微生物可有效吸附、固定或转化土壤重金属，同时生物炭可为微生物提供营养与庇护所，保证复合菌剂中的微生物成活率，因此二者的协同作用提高了彼此对重金属的适应性，进而增强了对重金属污染土壤的修复效果。了对重金属污染土壤的修复效果。
技术研发人员：刘明 郑阳 申英杰 刘继东 陈俊杰 王森 陈润生 胡佳晨 王加华 王湘徽
受保护的技术使用者：上海康恒环境修复有限公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/2/23
声明：
“用于重金属污染土壤修复的复合生物菌剂及其制备方法与应用与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
742
编辑：中冶有色技术网
来源：上海康恒环境修复有限公司
分享 0
举报 0
收藏 0
反对 0
点赞 0
中冶有色技术平台
2024年12月27日 ~ 29日 
