削減作物中鎘含量的土壤調理劑及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及土壤學領域，特別是提供一種削減作物中鎘含量的土壤調理劑，由以下重量份的原料混合制成：生物菌素6～14份，理化調節因子86～94份；所述生物菌素的有效成分為沼澤紅假單胞菌；所述理化調節因子由白石粉、白泥粉、七水硫酸鋅、氧化鎂組成。本發明還提供制備所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑的方法。本發明具有以下優點：本發明的土壤調理劑中，生物菌素含有能吸附固化、鈍化、螯合重金屬離子鎘Cd＋的微生物菌群，理化調節因子含有能顯著提高土壤pH值，降低重金屬離子鎘Cd＋活性的成分，使得本法明的土壤調節劑使用后能使作物中的鎘含量降低。
【專利說明】削減作物中鎘含量的土壤調理劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及土壤學領域，特別是涉及一種削減作物中鎘含量的土壤調理劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]鎘不是人體的必需元素。鎘和鋅是同族元素，在自然界中鎘常與鋅、鉛共生。當環境受到鎘污染后，鎘可在生物體內富集，通過食物鏈進入人體引起慢性中毒。鎘被人體吸收后，在體內形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積肝、腎中。其中，腎臟可吸收進入體內近1/3的鎘，是鎘中毒的“靶器官”。其它臟器如脾、胰、甲狀腺和毛發等也有一定量的蓄積。
[0003]鎘污染土壤一是工業廢氣(如有色金屬的冶煉、煅燒，礦石的燒結，含鎘廢棄物的處理等)中的鎘隨風向四周擴散，經自然沉降，蓄積于工廠周圍土壤中；二是含鎘工業廢水灌溉農田。該鎘污染源主要是鉛鋅礦及有色金屬冶煉、電鍍和用鎘化合物作原料或觸媒的工廠。2006年3至4月，廣州中山大學生物科技學院聯同香港浸會大學生物系抽查化驗中港兩地市面出售的楊桃，51%鎘含量屬嚴重超標；湖南省株洲市2006年I月，新馬村發生震動全國的鎘污染事件，有2人因不明原因死亡，150名村民經過體檢被判定為慢性輕度鎘中毒；如何有效地治理鎘污染，尋找到正確的途徑與方法是關鍵。
[0004]目前主要有兩種:一種是將污染物鎘清除；另一種是改變重金屬鎘在土壤中的存在形態，使其固定鈍化，從而降低其移動性和生物可利用性[俄勝哲，楊思存等.我國土壤重金屬污染現狀及生物修復技術研究進展.安徽農業科學[J].2009, 37(19):9104-9106]。鑒于目前重金屬鎘污染土壤大多尚處在中輕度污染水平，研究采取快速有效的生物與理化綜合修復技術，即可確保糧食質量安全又可繼續維持生產，對緩解我國當前人口與耕地資源矛盾，具有十分重要的意`義。
【發明內容】
[0005]為實現削減作物對重金屬離子鎘Cd +的吸收，本發明提供一種削減作物中鎘含量的土壤調理劑及其制備方法和應用。
[0006]本發明提供的一種削減作物中鎘含量的土壤調理劑，由以下重量份的原料混合制成:生物菌素6~14份，理化調節因子86~94份；優選為由以下重量份的原料混合制成:生物菌素10份，理化調節因子90份。本發明的削減作物中鎘含量的土壤調理劑是固體狀劑型。
[0007]其中，所述生物菌素的有效成分為沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonaspalustris)，選自中國微生物菌種保藏管理委員會農業微生物中心ACCC10649、ACCC00309、ACCC00311中的一種或多種，作用是吸附固化、鈍化、螯合重金屬離子鎘Cd+。
[0008]其中，所述生物菌素中沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonas palustris)的總有效活菌數≤18.0X 108，優選總有效活菌數≤22.0X 108cfu/g。
[0009]其中，所述理化調節因子由以下重量份的原料粉碎過200目篩后混合而成:白石粉40~72份、白泥粉20~40份、七水硫酸鋅3~5份、氧化鎂3~7份。優選為白石粉61份、白泥粉30份、七水硫酸鋅4份、氧化鎂5份。白石粉中的CaCO3質量百分比> 90% ；白泥粉為氨堿法生產純堿時產生的廢渣，pH值9.3~11.2，含CaC0320.3~28.5%, Ca (OH) 24~
4.9%、CaS043.1 ~4.6%,Mg (OH) 24.2 ~5.6%,Fe2O30.5 ~l%、Si029.03-10.25% ;氧化鎂為食
品級氧化鎂。 [0010]所述生物菌素通過如下方法制備:將沼澤紅假單胞菌的原始菌種在無菌條件下進行斜面培養、搖床培養、發酵罐培養后，將得到的發酵液經過濃縮干燥得到孢子粉，混合孢子粉即得到生物菌素。具體為:
[0011]I)斜面培養:將沼澤紅假單胞菌的原始菌種在無菌條件下接種于斜面培養基上，在29 ± I °C條件下培養36-48h ；
[0012]2)搖床培養:將步驟I培養的菌種在無菌條件下接種于液體培養基，在pH6.5-7.0、溫度為 30°C條件下，140-160r/min 搖床培養 36_48h ；
[0013]3)發酵罐培養:將步驟2培養的菌種在無菌條件下接種于發酵罐培養基，在ρΗ7.0~7.5、罐壓0.5kg、溫度為30°C、通風量1:0.8-1.1條件下，培養48_56h后，菌數大于1.0X IOicVmUS(Fc)菌體轉成芽孢時下罐，得到發酵液；
[0014]4)將步驟3中得到的發酵液經過濃縮干燥制備成孢子粉，將各菌種的孢子粉按照所需比例混合即為生物菌素；
[0015]其中，步驟I所述的斜面培養基配方如下:NaH2P045.5mg/L,蘋果酸1.5mg/L,乙酸鈉 2mg/L，Na0H2mg/L, NH4Cl lmg/L, MgCl20.25mg/L, CaCl20.05mg/L，酵母膏 lmg/L，微量元素lml/L (微量元素溶液為氯化亞鐵、氯化鈷、氯化鎳、氯化銅、氯化錳、氯化鋅、鑰酸鈉、五水亞硒酸鈉復合溶液)，ph7.0。
[0016]上述步驟2所述的液體培養基配方如下:葡萄糖10g、牛肉膏5g、酵母粉5g、淀粉10g、豆餅粉 5g、K2HPO40.5g、MgSO40.2g、水 1000mL。
[0017]上述步驟3中的發酵罐培養基配方如下:玉米粉26kg、豆餅粉16kg、硫酸銨4kg、葡萄糖8kg、酵母粉2.5kg、蛋白胨1.7kg、加水至600kg。
[0018]本發明還提供制備所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑的方法，為將生物菌素和理化調節因子按比例混勻得到土壤調理劑。
[0019]本發明的另一目的是提供所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑在作物生產中的應用。具體應用方法為在翻耕整地時撒施所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑，用量為750kg ~1500kg/hm2。
[0020]所述的作物優選為稻米。
[0021]本發明的有益效果在于:
[0022]1、本發明削減作物中鎘含量的土壤調理劑中的微生物菌群綜合功能強。本發明的生物菌素中的微生物能迅速在土壤中定植生長并形成強大菌落，能直接吸附重金屬離子鎘Cd+到微生物細胞璧或細胞內中加以固化、鈍化[白紅娟.張肇銘等.沼澤紅假單胞菌去除鎘的研究.微生物學通報.2007.34 (4).659~662]，降低了重金屬離子鎘Cd+的移動性和生物可利用性，從而達到削減作物對重金屬離子鎘Cd+的吸收。
[0023]2、本發明的削減作物中鎘含量的土壤調理劑技術處在國際領先前沿。優勢作用在于利用沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonas palustris,屬于光合細菌簡稱PSB菌中的一種)直接吸附固化、鈍化以及代謝產生的s2_與重金屬離子鎘Cd+反應生成難溶的硫化物沉淀，起到使重金屬離子鎘Cd+鈍化固化的雙重作用:高價Cd+(H)—低價Cd+H+，PSB — SO/—+(H) — S2_+H20，Cd2++S2XdS I。又因沼澤紅假單胞菌表面帶有一定的負電性，故對重金屬離子鎘Cd+有較強的吸附性以及較強的生物禁絮凝作用，使重金屬鎘硫化物得以很好地固化，難以移動，實現削減作物對重金屬離子鎘Cd+的吸收。
[0024]3、本發明中的白石粉和白泥粉呈較強的堿性，在鎘污染的酸性土壤中施用能顯著提高土壤的pH值，從而促使土壤中的活性鎘向難溶態轉化，最終降低土壤中鎘的活性。本發明選用的白石粉和白泥粉中還含有一定濃度的氧化硅和氧化鐵，均為強吸附性物質，能吸附土壤中的鎘離子，降低鎘離子在土壤溶液中的移動性；本發明選用的白石粉和白泥粉因采用200目以上過篩處理，故具有較大的比表面積，能進一步提高對土壤溶液中鎘離子的吸附能力。
[0025]4、本發明選用的鋅肥和氧化鎂中的鋅鎂離子在土壤中可與鎘離子一起競爭植物根際的吸附位點，削減作物對重金屬離子鎘Cd+的吸收。同時鋅肥中的硫酸根離子易被還原為硫離子與鎘離子形成難溶性的硫化鎘沉淀，從而進一步降低鎘離子在土壤中的移動性。
【具體實施方式】
[0026]以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0027]實施例1制造本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑
[0028]沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonas palustris)為購自中國微生物菌種保藏管理委員會農業微生物中心的ACCC10649、ACCC00309、ACCC00311三種原始菌種，總有效活菌數≤ 20.0X 108cfu/go
[0029]制備生物菌素: [0030]①斜面培養:將沼澤紅 假單胞菌的上述三種原始菌種在無菌條件下分別接種于斜面培養基上，在30°C條件下培養48h ；
[0031]②搖床培養:將上述步驟①培養的菌種在無菌條件下分別接種于液體培養基，在pH7.0、溫度為30°C條件下，160r/min搖床培養48h ；
[0032]③發酵罐培養:將上述步驟②培養的菌種在無菌條件下分別接種于發酵罐培養基，在PH7.0、罐壓0.5kg、溫度為30°C、通風量1:1.1條件下，培養48后，菌數大于
1.0 X KT/mL，80%菌體轉成芽孢時下罐，得到發酵液；
[0033]④將步驟③中得到的發酵液經過濃縮干燥制備成孢子粉。然后將三種孢子粉按照1:1:1的比例混合均勻既得混合孢子粉，即為生物菌素。
[0034]在上述孢子粉的制備中，步驟①中選用的斜面培養基的配方如下:成分為NaH2P045.5mg/L,蘋果酸 1.5mg/L,乙酸納 2mg/L, Na0H2mg/L, NH4Cllmg/L, MgCl20.25mg/L,CaCl20.05mg/L，酵母膏lmg/L，微量元素Iml(微量元素溶液為氯化亞鐵、氯化鈷、氯化鎳、氯化銅、氯化猛、氯化鋅、鑰酸鈉、五水亞硒酸鈉復合溶液)，pH7.0。
[0035]上述步驟②中的液體培養基配方如下:葡萄糖10g、牛肉膏5g、酵母粉5g、淀粉10g、豆餅粉 5g、K2HPO40.5g、MgSO40.2g、水 1000mL。
[0036]上述步驟③中的發酵罐培養基配方如下:玉米粉26kg、豆餅粉16kg、硫酸銨4kg、葡萄糖8kg、酵母粉2.5kg、蛋白胨1.7kg、加水至600kg。[0037]制備理化調節因子
[0038]所述理化調節因子為CaCO3質量百分比> 90%的白石粉(二氧化硅0.07_1%、三氧化二鋁0.02-1%、三氧化二鐵0.03-1%、氧化鎂0.08-1%)，購自湖南臨湘市光華鈣灰產；白泥粉(氨堿法生產純堿時產生的廢渣，pH值9.3~11.2，含CaC0320.3~28.5%，Ca (OH) 24~
4.9%, CaS043.1 ~4.6%, Mg (OH) 24.2 ~5.6%, Fe2O30.5 ~1%)購自廣州市化工集團第一純堿廠；七水硫酸鋅和食品級氧化鎂(市購即可)。
[0039]所述理化調節因子是按照白石粉:白泥粉:硫酸鋅:氧化鎂的重量比為51:30:4:5，粉碎過200目篩，均勻混合攪拌，制備而成。
[0040]將上述材料按照生物菌素10份、理化調節因子90份的重量比例充分混勻，制備得到本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑。
[0041]實施例2制造本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑
[0042]沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonas palustris)為購自中國微生物菌種保藏管理委員會農業微生物中心的ACCC10649、ACCC00309兩種原始菌種，總有效活菌數≥20.0X 108cfu/g。
[0043]制備生物菌素
[0044]制備生物菌素的方法參見實施1，最后ACCC10649、ACCC00309兩種菌種的孢子粉按照1:1的比例混合得到生物菌素。
[0045]制備理化調節因子
[0046]所述理化調節因子的原料參見實施例1。
[0047]所述理化調節因子是按照白石粉:白泥粉:硫酸鋅:氧化鎂的重量比為43:33:3:5，粉碎過200目篩，均勻混合攪拌，制備而成。
[0048]將上述材料按照生物菌素14份、理化調節因子86份的重量比例充分混勻，制備得到本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑。
[0049]實施例3制造本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑
[0050]沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonas palustris)為購自中國微生物菌種保藏管理委員會農業微生物中心的ACCC10649，總有效活菌數≥20.0X 108cfu/g。
[0051]制備生物菌素
[0052]制備生物菌素的方法參見實施1，由ACCC10649的孢子粉構成生物菌素。
[0053]制備理化調節因子
[0054]所述理化調節因子的原料參見實施例1。
[0055]所述理化調節因子是按照白石粉:白泥粉:硫酸鋅:氧化鎂的重量比為42:43:5:6，粉碎過200目篩，均勻混合攪拌，制備而成。
[0056]將上述材料按照生物菌素6份、理化調節因子94份的重量比例充分混勻，制備得到本發明所述削減作物中鎘含量的土壤調理劑。
[0057]實驗例I本發明所述削減作物中鎘含量土壤調理劑的應用效果
[0058]I材料及方法
[0059]1.1采用盆栽試驗，研究本發明對被重金屬污染的不同稻田土壤離子鎘Cd+的綜合修復效果。試驗設置2個處理，重復三次，隨機排列。
[0060]處理①:施用本發明實施例1的削減稻米中鎘含量的土壤調理劑4.3g/盆(折合田間用量為750kg/hm2)；
[0061]處理②對照(CK):不施用本發明實施例1的削減稻米中鎘含量的土壤調理劑。
[0062]1.2試驗使用27cmX 30cm (約0.057m2)的白色塑料盆缽，裝盆前土壤經風干5目過篩，每盆裝土層厚約20cm (土重11.5kg/盆)，同時在每盆上施用45%復混肥(N:P:K=15:15:15)4.3g/盆(折合田間用量750kg/hm2)。水稻播種28天后再施尿素1.0g/盆(折合田間用量為180kg/hm2)，試驗期間各處理栽培管理措施與田間管理一致。
[0063]1.3裝盆土壤分別采自湖南省衡陽市衡南縣向陽鎮沙泥塘村的潮泥田和安福村的黃泥田，實驗前的檢測結果見下表1。
[0064]表1供試土壤實驗前的檢測結果
[0065]
【權利要求】
1.一種削減作物中鎘含量的土壤調理劑，由以下重量份的原料混合制成:生物菌素6~14份，理化調節因子86~94份； 所述生物菌素的有效成分為沼澤紅假單胞菌(Rhodop seudanonas palustris),總有效活菌數≥18.0 X IO8 ； 所述理化調節因子由以下重量份的原料粉碎過200目篩后混合而成:白石粉40~72份、白泥粉20~40份、七水硫酸鋅3~5份、氧化鎂3~7份。
2.根據權利要求1所述的土壤調理劑，其特征在于，所述土壤調理劑由以下重量份的原料混合制成:生物菌素10份，理化調節因子90份。
3.根據權利要求1所述的土壤調理劑，其特征在于，所述沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudanonas palustris)選自 ACCC10649、ACCC00309、ACCC00311 中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的土壤調理劑，其特征在于，所述沼澤紅假單胞菌的總有效活菌數≥22.0X 108cfu/go
5.根據權利要求1所述的土壤調理劑，其特征在于，所述理化調節因子由以下重量份的原料粉碎過200目篩后混合而成:白石粉61份、白泥粉30份、七水硫酸鋅4份、氧化鎂5份。
6.根據權利要求1所述的土壤調理劑，其特征在于，所述生物菌素通過如下方法制備:將沼澤紅假單胞菌的原始菌種在無菌條件下進行斜面培養、搖床培養、發酵罐培養后，將得到的發酵液經過濃縮干燥得到孢子粉，混合孢子粉即得到生物菌素。
7.制備權利要求1-6任一項所述土壤調理劑的方法，其特征在于，為將生物菌素和理化調節因子按比例混勻得到土壤調理劑。
8.權利要求1-6任一項所述土壤調理劑在作物生產中的應用。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，為在翻耕整地時撒施土壤調理劑，用量為750kg ~1500kg/hm2。
10.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述的作物為稻米。
【文檔編號】A01B79/00GK103555336SQ201310533517
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】唐八生, 曹典軍, 彭群, 蘇豐薇, 朱麗, 郭帥, 蔡浩 申請人:湖南泰谷生物科技股份有限公司