[发明专利]一种广谱土壤重金属钝化菌剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种广谱土壤重金属钝化菌剂及其制备方法与应用，其含有Geobacter sulfurreducens HMP‑1和辅料。该广谱重金属钝化菌剂通过Geobacter sulfurreducens HMP‑1菌体表面富含的巯基(‑HS)直接与重金属离子形成金属硫化物矿物，从而降低环境中的重金属的毒性。而且该菌剂能够有效解决了目前生物菌剂修复重金属种类受限、钝化作用不直接、经济投入大的问题，对土壤及水稻中的重金属去除率均达到70％以上，在不影响土壤理化性质的条件下实现了降低广谱重金属毒性的同时，推动了微生物修复重金属污染技术的发展。

技术领域

本发明属于污染处理工程技术领域，具体涉及一种广谱土壤重金属钝化菌剂及其制备方法与应用。

背景技术

据调查，重金属(Cd、Cu、Pb、Zn、Hg等)污染是目前全球农田土壤最主要的无机污染物之一。由于水稻、小麦及各类蔬菜对重金属具有较强的吸收能力，容易吸收土壤中的重金属并残留在植物体内，若长期摄入这些重金属超标的食品会对人体造成严重伤害，因此，土壤重金属污染修复是保证粮食安全和人体健康亟需解决的重要难题。

目前，对土壤重金属修复的报道与实践中，化学钝化剂能较好地固定土壤中的重金属。化学钝化剂修复技术是指使用化学钝化剂与土壤中的重金属发生反应，减少重金属对作物的损害。该方法虽能一定程度上降低重金属的植物有效性，但经济投入高，操作复杂，同时还会改变土壤理化性质，影响土壤环境质量。而相较于传统的化学钝化剂，微生物菌剂不仅可以通过生物吸附、沉淀、转化、络合及碱化等作用降低重金属有效性，而且可以维持土壤肥力，是近年来污染处理工程技术领域极具潜力的修复技术。

但相关技术中用于土壤重金属修复的微生物菌剂尚且存在较多的使用缺陷或局限性。申请公布号为CN 110713959 A的中国专利公开了一种重金属污染修复的微生物菌剂，该菌剂的组分为(按重量份计)：1-2份水生产碱菌、1-2份枯草芽孢杆菌、90-100份蛋白胨、15-20份酵母膏、0.5-1份磷酸高铁、30-40份尿素、0.2-0.5份氢氧化钠。该菌剂钝化土壤重金属的原理为：微生物分泌脲酶水解尿素，提高土壤pH，使土壤中的重金属离子形成碳酸盐沉淀，从而起到钝化重金属的功效。然而，这种由于尿素水解导致的pH上升属于间接钝化效应，其不仅存在菌剂生产成本高的问题，还存在重金属钝化功效不稳定的使用缺陷，难以用于实际生产使用中。申请公布号为CN 07384433 A的中国专利公开了一种土壤重金属钝化剂，该菌剂的组分为(按重量份计)：30份花生壳、15份红松松针、10份海泡石、10份粉煤灰、5份甲壳质、3份五水偏硅酸钠、0.4份三聚磷酸钠、0.1份氯化胆碱、1.2份微生物、0.05份生石灰。该钝化剂微生物组分占比少，主要通过多种化学物质的专性吸附、表面络合、离子交换以及共沉淀等一系列非生物反应钝化重金属，因此，其不能脱离传统化学钝化剂的影响土壤环境质量等固有弊端。申请公布号为CN 110951642 A的中国专利公开了一种微生物重金属钝化菌剂，该菌剂由凝胶微球固定的等量混匀的蜡状芽孢杆菌与赤红球菌制备而成。该菌剂钝化重金属的原理为：微生物将氧化铁还原为二价铁离子，二价铁离子可将Gr(Ⅵ)还原为毒性较小的Gr(Ⅲ)。然而，该菌剂同样属于间接钝化效应，且仅适用于修复铬污染，对其他重金属污染并无效力，不具有普适性。

因此，开发一种广谱、高效、稳定的重金属钝化菌剂对于未来农业与环境治理具有极为重要的意义。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种广谱土壤重金属钝化菌剂及其制备方法与应用。该广谱重金属钝化菌剂中含有Geobacter sulfurreducens HMP-1和辅料，通过Geobacter sulfurreducens HMP-1菌体表面富含的巯基(-HS)直接与重金属离子形成金属硫化物矿物，从而降低环境中的重金属的毒性。该菌剂能够有效解决了目前生物菌剂修复重金属种类受限、钝化作用不直接、经济投入大的问题，从而实现高效降低广谱重金属的毒性，对土壤及水稻中的重金属去除率均达到70％以上，在不影响土壤理化性质的条件下实现了降低广谱重金属毒性的同时，推动了微生物修复重金属污染技术的发展。