一种基于植物-微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于植物

【技术实现步骤摘要】
一种基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用，属于环境修复


技术介绍

[0002]多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是环境中广泛存在的一类典型持久性有机污染物，主要来自生物质燃烧、工业排放、机动车尾气、石油源等，大多具有“三致”效应，可通过空气或水进行长、短距离输送，最终在土壤中累积，进而危及生态系统和人体健康。我国表层土壤PAHs含量区域间差异较大，同一区域内不同利用类型也存在差异。因此，有必要针对PAHs严重污染的区域或场地，开发适合的土壤修复技术，助力污染防治攻坚战，降低或消除生态及健康风险。
[0003]国内外学者对有机污染土壤修复技术开展了大量研究，植物
‑
微生物联合修复是最具潜力的修复技术之一，具有无二次污染，不破坏土壤结构性质等优点。目前，PAHs污染土壤的植物
‑
微生物联合修复研究主要侧重于植物与专性降解菌的联合修复和植物与菌根真菌的联合修复两个方面。联合修复能够加快土壤中PAHs的去除，主要机制在于植物根系分泌物对降解微生物的降解强化作用。根系分泌物是指植物根系在生命活动过程中向外界环境分泌的各种有机化合物的总称，其释放量占年光合作用产量的10％～20％，种类繁多。植物根系分泌物可为根际降解微生物提供营养，影响微生物的分布、活性和群落多样性，促进微生物对PAHs的降解，实现其有效性和毒性的快速消减。然而，植物
‑
微生物联合修复技术也存在一些局限性，如(1)植物生长对环境较敏感，且根系分泌物的分泌量与分泌速率受生长周期和环境条件影响显著；(2)该技术作用范围主要是根际微环境，根系分泌物浓度随着离根系距离的增加呈现梯度递减效应，影响到降解菌在土壤中的数量与分布，进而影响土壤修复效果；(3)所用微生物多为污染土壤中直接筛出的降解菌群，未与植物根系分泌物进行耦合优化。以上影响了联合修复技术的应用范围。因此，如何创新植物
‑
微生物联合修复技术，拓宽技术适应性，对PAHs污染土壤修复具有十分重要的意义。
[0004]目前研究较多的有机污染土壤修复剂多为固定化菌剂。研究者通过固定化技术将特定高效降解菌或菌群以物理、化学等方法固定在合适的载体上，通过载体为微生物提供相对独立的微生境，降低外界因素对微生物的影响，使其生物活性保持较高水平，从而保证其降解作用能够高效发挥。但该技术主要利用微生物的降解作用，未利用植物根系分泌物的优势。植物根系分泌物是否能与外源高效降解菌耦合，在载体的保护下，三者起到协同作用，达到更好的修复效果，值得深入探究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂及其制备方法与应用。本专利技术以PAHs降解菌群为目标微生物，在
7.0～7.4。
[0027]根据本专利技术优选的，所述生物炭与模拟根系分泌物的质量体积比为(1～2)：10，单位为：g/mL。
[0028]根据本专利技术优选的，所述混合溶液和生物炭混合吸附固定时间为16～24h。
[0029]根据本专利技术，上述土壤修复剂在修复PAHs污染土壤中的应用，包括步骤如下：
[0030]向PAHs污染土壤中添加氮磷农用复合肥，调节污染土壤的碳、氮、磷的摩尔比为(100～120)：(5～10)：1，调整土壤含水率至20～50％，疏松土壤，按质量比1～5％加入土壤修复剂，混合均匀，每隔一周翻搅一次，维持土壤含水率为20～50％，在15～40℃条件下修复50～70天，检测土壤中PAHs含量，若达到修复目标则停止修复，若未达目标则投加第2轮土壤修复剂继续修复，直至达到修复目标。
[0031]本专利技术未详细说明的均可以按照现有技术进行。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033]1、本专利技术首先提供了两种能够高效降解PAHs的菌种假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J
‑
1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J
‑
3，然后通过将PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物固定于有机载体生物炭上，克服了常规植物
‑
微生物联合修复技术存在的植物生长易受环境因素影响、根系分泌物分泌量及速率受生长周期限制、根际效应作用范围有限等问题，本专利技术修复剂的修复周期不受植物生长限制，土壤适应性强，应用前景广泛。并且本专利技术中的模拟根系分泌物与假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J
‑
1、芽孢杆菌(Bacillus sp.)J
‑
3高度耦合，两者结合后产生了明显的协同增效作用，同时以生物炭为载体，实现了对PAHs污染土壤的修复作用。本专利技术提供的修复剂相较于单独微生物修复方法，PAHs去除率提高20％～40％，有效地提高了PAHs的去除率，提高了PAHs污染土壤的修复效率。
[0034]2、本专利技术筛选所得可促进目标微生物降解PAHs的根系分泌物配方明确，可商品化购买；以玉米芯等农业废弃物作为前体物来制备生物炭载体，容易大量获得，同时实现了废物资源化。所制备的土壤修复剂成本低廉，修复效果较好，具有显著的经济效益和社会效益。
[0035]3、本专利技术通过筛选验证制备了模拟根系分泌物，然后与高降污染物降解微生物相结合，产生了协同增效作用，提高污染物的去除率，为创新生物技术拓宽了思路，为PAHs污染土壤修复剂的研发提供了指导。
附图说明
[0036]图1为PAHs修复植物黑麦草的根系分泌物中小分子酸的混标谱图。
[0037]图2为PAHs修复植物黑麦草的根系分泌物中氨基酸的混标谱图。
[0038]图3为模拟根系分泌物中的糖类组分对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
[0039]图4为模拟根系分泌物中的小分子酸类组分I对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
[0040]图5为模拟根系分泌物中的小分子酸类组分II对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
[0041]图6为模拟根系分泌物中的氨基酸组分I对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
[0042]图7为模拟根系分泌物中的氨基酸组分II对菌群降解PAHs效果影响的柱状图。
[0043]图8为不同组分交互影响对PAHs降解率影响的响应面3D图；
[0044]图中：a、b和c分别为糖类和小分子酸类、糖类和氨基酸类以及氨基酸类和小分子酸类对总PAHs降解率交互影响的响应面3D图。
具体实施方式
[0045]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面通过实施例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。
[0046]微生物来源：
[0047]实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述多环芳烃污染土壤修复剂为固定吸附有PAHs降解菌菌液和模拟根系分泌物的生物炭；所述PAHs降解菌为假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J
‑
1和芽孢杆菌(Bacillus sp.)J
‑
3；所述假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J
‑
1，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M20211342；所述芽孢杆菌(Bacillus sp.)J
‑
3，2021年11月16日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号，保藏编号：CCTCC NO：M 20211343；所述模拟根系分泌物为糖类、小分子酸类和氨基酸类组成的混合物。2.如权利要求1所述的基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述多环芳烃污染土壤修复剂中假杆菌(Pseudarthrobacter scleromae)J
‑
1的有效活菌数为5
×
108～5
×
109CFU/g，芽孢杆菌(Bacillus sp.)J
‑
3的有效活菌数为2
×
108～5
×
109CFU/g。3.如权利要求1所述的基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述模拟根系分泌物中糖类的浓度为1.2～1.4g C/L、小分子酸类的浓度为0.15～0.46g C/L、氨基酸类的浓度为0.7～1.4g C/L。4.如权利要求1所述的基于植物
‑
微生物联合作用机制的多环芳烃污染土壤修复剂，其特征在于，所述糖类为葡萄糖、蔗糖和果糖的混合物；所述葡萄糖、蔗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张闻，韩博远，黄玉杰，王加宁，宋繁永，赵庆庆，王磊磊，高永超，郑立稳，陈贯虹，
申请(专利权)人：山东省科学院生态研究所山东省科学院中日友好生物技术研究中心，
类型：发明
国别省市：