一种解磷-降镉微生物菌剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及农用微生物技术与土壤修复技术领域，尤其涉及一种解磷-降镉微生物菌剂及其制备方法和应用。

背景技术

镉是一种银白色的重金属，是一种人体非必需元素。镉的毒性较大，半衰期长。粮食与我们的生活密切相关，粮食作物的生产离不开土壤。土壤镉污染来源广泛，最终会通过实物链在人体内富集，给人造成各种危害。当前针对土壤镉污染修复主要有化学处理法、物理处理法与生物处理法。化学处理法能够在短期内见效，但对环境的扰动性较大；物理处理法所需要的成本投入大，生物处理利用一些生物质材料或者微生物对污染场地进行修复，虽然在时间上可能花费较长，但生物处理是一种环境友好的处理方式，越来越受到人们的关注。

现有技术中，大多只用单个菌群进行处理，每个微生物都有一定的适宜生长环境，使用单个菌群在某些土壤环境不起作用，不具有普遍的适用性。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种解磷-降镉微生物菌剂及其制备方法和应用。

本发明的一种解磷-降镉微生物菌剂的制备方法，包括如下步骤：

S1:微生物发酵液的制备：配置发酵培养液；

S2:微生物的扩大培养：将解磷-降镉微生物菌剂添加到发酵培养液中；

S3:微生物菌剂的制备：待上述发酵液发酵培养18h后，将投入生物质材料进行混合，混合后，前8个小时，每隔2小时对菌剂进行搅拌，使得混合物内各组分状态均一，8小时后，待其自然稳定到24h，完成解磷-降镉微生物菌剂的制作；

解磷-降镉微生物菌剂的富集过程如下：制备菌悬液，好氧菌群土壤菌悬液制备方式如下：称取新鲜土壤置于装有无菌水中振荡，静置后取上清液制得好氧菌群土壤菌悬液；取上述好氧菌群土壤菌悬液加入到培养基中，进行微生物菌剂的富集，获取得到富集产物，而后再传代转接两次获得第三代的富集产物解磷-降镉微生物菌剂。

进一步的，所述培养基为：葡萄糖10g/L，(NH

进一步的，所述配置发酵培养液为牛肉膏：3g、蛋白胨：10g、氯化钠：5g、pH：7.4-7.6。

进一步的，发酵培养液中的总接种量为2％。

进一步的，生物质材料包括稻壳粉，生物质材料与混合的发酵培养液的固液比为1g:2-10mL。

一种上述制备方法制备的解磷-降镉微生物菌剂。

上述的解磷-降镉微生物菌剂的应用，用于降低土壤中有效态镉含量，提高土壤中有效磷的含量。

本发明的解磷-降镉微生物菌剂能够降低土壤中有效态镉含量，从而达到减少作物吸收的作用，提高土壤中有效磷的含量，进一步改变土壤中的其它理化因子。具体为解磷-降镉微生物菌剂能够将土壤中难以被植物吸收利用的磷转化为易于被植物吸收的有效磷，有效磷主要是以磷酸根的形式存在，镉能够与重金属反应生成沉淀。xM

与现有技术相比，本菌剂具有如下有益效果：本专利菌剂制作方式简单，利用吸附方式将微生物固定化，省去了其它微生物固定化方式复杂的制作过程；本专利借助价廉易得的生物质材料作为载体，利用微生物修复土壤镉污染，与其它处理方式相比，投入成本小；本专利较其它化学处理方式相比，所选材料对环境的扰动性小，在降低土壤有效态镉的同时也降低了植物对镉的吸收，而且提高土壤中有效磷的含量，具有推广应用价值。

附图说明

图1制备的固氮微生物菌剂的照片；

图2为土壤体系有效态镉变化图(图中a、b、c、d标准代表是否出现显著性差异)；

图3为土壤镉形态分析图(Cd(F1)-酸可提取态镉Cd(F2)-可还原态镉Cd(F3)-可氧化态镉Cd(F4)-残渣态镉，CK为空白组，DP为菌剂组)；

图4为体系中部分理化展示图；

图5为植株体内镉含量与植株生长状况监测图；

图6为植株体内镉含量测定结果图(大田试验，P<0.01，**代表具有显著性差异)。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

制备解磷-降镉微生物菌剂

首先制备菌悬液，好氧菌群土壤菌悬液制备方式如下：称取10g新鲜土壤置于装有90mL无菌水的三角锥形瓶中，150r/min振荡2后，静置后取上清液制得土壤菌悬液(好氧)；取上述好氧土壤悬液1mL加入到解磷培养基中(葡萄糖10g/L，(NH

配置牛肉膏蛋白胨培养基：分别称取牛肉膏3g、蛋白胨10g、氯化钠5g，用氢氧化钠溶液调节至7.4-7.6。

将活化后的菌株进行隔夜扩大培养，待培养基体系中OD

将上述菌体与灭菌的稻壳粉进行混合，在摇床上进行振荡(设置条件180r/min，24h)，使稻壳粉对微生物进行吸附固定，完成微生物菌剂的制备。参见附图1，为本实施技术方案制备的解磷-降镉微生物菌剂。

解磷-降镉微生物菌剂修复盆栽试验

开展室内盆栽试验(花盆上口直径23cm,高度13cm,底径13cm)，每盆填充老化的镉污染土壤2kg。按照1％的添加量添加解磷微生物菌剂。监测体系中镉的形态、有效磷与其它理化因子。

①土壤体系中有效态镉监测

对体系中的有效态镉进行监测，镉的有效性越高，代表镉的活性越强，越易被植物吸收利用。实验结果见图2。实验结果表明，解磷菌剂的添加使土壤中有效态镉含量出现显著性下降，下降趋势在25d后趋于稳定。

②体系中镉形态监测

对土壤中体系的镉形态进行进一步监测，用来解释镉生物有效性下降的原因，从左到右，从上到下，依次代表酸可提取态镉、可还原态镉、可氧化态镉、残渣态镉。镉的生物有效性依次降低，活性越来越弱。实验结果表明，体系中酸可提取态、可还原态镉含量出现显著性降低，与之相反的是体系中可氧化态镉、残渣态镉含量出现显著性升高。这解释了体系中土壤有效态镉含量下降，镉生物有效性降低是由于体系中镉的形态从不稳定的状态向体系中稳定状态转化。实验结果见图3。

③体系中部分理化监测

图4数据结果表明，添加微生物菌剂后，土壤中的pH值与空白处理组相比有显著性上升；有机质含量虽未出现显著性差异，但在均值上有所上升；体系中的亚铁含量有明显上升，亚铁离子的含量可以反应体系中的氧化还原环境，当亚铁离子含量越高时，体系越趋向于还原环境。以往的研究表明，当土壤愈发趋向于碱性环境，土壤中镉的活性会有所降低，有机质含量的升高，会与重金属镉进行结合，可氧化态镉的含量会升高，环境愈发趋向还原环境，体系中CdS等沉淀状态镉的含量会越高。此外，值得注意的是，加入解磷菌剂后，土壤体系中有效磷的含量在前期有明显上升，出现显著性差异，这表明微生物解磷菌剂提高了土壤中的有效磷含量，一定程度上解释了体系中镉含量的降低是由于镉与磷酸根反应生成了磷酸镉沉淀，也解释了后面植株生长状况的改善与土壤养分的提高有关。

④镉形态与土壤理化的相关性分析

表1镉形态与土壤理化的斯皮尔曼相关性分析

(正值代表正相关，负值代表负相关，*代表是否具有显著性差异)

实验数据表明，酸可提取态镉、可还原态镉与可氧化态镉、残渣态镉呈现显著负相关；镉的生物有效性与环境呈现显著负相关，镉的生物有效性与有机质含量呈现显著负相关，镉的生物有效性与T、H

⑤植株体内镉含量与植株生长状况监测

采用湿式消解法对植株体内镉含量进行监测，采用直尺测量植株高度，采用天平测定植株鲜重。实验结果见图5，实验结果表明，解磷菌剂处理组较空白处理组植株体内镉含量出现显著性下降，下降幅度达到36.24％，值得注意的是，在植株体内镉含量下降的同时，植株的高度，鲜重等出现显著性升高，这说明，解磷菌剂的添加缓解了重金属镉对植株的毒害作用。

⑥野外大田试验应用探究

将上述制备的微生物菌剂投加到野外镉污染土壤中，选取生菜作为研究对象。测定植株体内镉含量。测定结果见图6。数据表明，解磷微生物菌剂的添加能够出现与实验室基本一致的结果，能够显著降低植株体内的镉含量，降低程度达到32.16％。表明微生物菌剂也具有一定的应用开发前景。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。