一种蚯蚓微宇宙系统修复重金属的方法与流程

本发明涉及一种修复重金属的方法，具体是一种蚯蚓微宇宙系统修复重金属的方法。

背景技术：

土壤是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源，也是人类环境的重要组成部分。土壤污染一直被称为“看不见的污染”。作为重金属的主要接纳场所，土壤中所含的重金属被植物、动物大量富集，通过食物链进入人体当中。如果长期食用被重金属污染的粮油及其制品，将会对人体产生一定的不良影响。全国每年仅因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元，足以每年多养活4000多万人。

重金属对环境的污染和危害是由于人类盲目和无节制的开发矿产资源所引起的，环境污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物.土壤重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解,易于积累转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康，上世纪中叶，重金属污染日趋严重，中毒事件频繁发生，日本的水俣病、骨痛病事件和伊拉克的甲基汞小麦中毒等公害事件事件，增强了人类对重金属污染的关注和重视，许多人开始致力于发展出各种方法对重金属污染进行监管、治理和预测，而对汞、镉、铅等重金属污染的研究，目前也已经达到了分子水平。因此土壤的重金属污染问题是全球最为严重的环境问题之一。有关重金属污染的研究因其潜伏性、长期性和后果的严重性，受到了很大的关注。

土壤重金属的种类很多，但目前污染比较严重的主要有铜、镉、汞、铅、铬和砷。研究表明，农田重金属污染主要来自工业“三废”、农药和化肥。工业“三废”中以工业废水为主，它已成为镉、汞、铅、铬、砷等重金属的共同污染来源。但是工业废气的污染也不容忽视，砷大多存在于铜、锌、铅等金属矿中，这些金属冶炼时释放出的废气和烟灰中含有大量的砷和镉；煤炭、石油等在燃烧过程中以废气方式释放出的砷和铅也对环境造成了极大的危害。此外土壤重金属污染有较长的潜伏期，重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，一旦受到重金属污染,其修复不仅见效慢,而且费用高。目前世界上常用的工程、物理和化学方法等，见效较快，但是只能局限于小范围的应用，且往往改变了土壤的理化性质，降低了土壤的肥力，并有可能造成二次污染。科学家们于是将目光投向自然界，寻找生物消除重金属以修复污染土壤的的方法和技术。

植物修复技术是一种以植物忍耐、分解或超量积累某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的治理技术。与传统修复方法相比，该技术具有成本低、过程简单，且环境友好的特点。根据其作用过程和机理，植物修复技术可分为植物稳定、植物提取、植物挥发和根系过滤等类型。植物修复的关键是选择超累积植物。要求这些植物具有发达的根系从土壤中提取有毒的重金属并能承受一般植物所不能承受的重金属成分和分量。超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一性。因此，人们寄托于利用分子生物学和基因工程技术筛选、培育吸收能力强、能同时吸收多种重金属元素且生物量大的超累积植物或者把经济价值低的超累积植物和微生物基因，导入生物量大、生长速度快、适应性强的作物和经济植物中。但是目前，利用分子生物技术提高植物修复的实用性方面并没有取得突破性进展。

微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子,或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子,将重金属离子富集在细胞表面或内部。微生物可以直接依靠生物量吸持重金属,主要过程有微生物直接吸附固定金属离子,例如微生物多糖、多肽、糖蛋白上的官能团-COOH、-NH2、-SH、-OH、-PO4对重金属离子的固定,主要过程有胞外沉积、胞外络合及随后的积聚、结合；其次是代谢产物(如微生物分泌磷酸根、腐植酸、富里酸,产硫细菌产生H2S),与此同时重金属能够在土壤中产生不溶性的化合物,使其对植物的可利用度减小。微生物也可以直接将重金属吸收,在细胞内积聚,使重金属的移动性降低。但是功能微生物的筛选和分离是微生物修复重金属技术的瓶颈。

蚯蚓属于寡毛纲后孔寡毛目，通过掘穴、取食、排泄、分泌等活动对生态系统中生物、化学和物理过程产生影响，被称为“生态系统工程师”。并且蚯蚓占据土壤生物量的80％，在维持土壤生态系统健康和肥力起着不可替代的作用，研究表明蚯蚓本身对重金属有很强的富集能力，并且蚯蚓的前肠、中肠及后肠内含有丰富的微生物区系，可以起到钝化重金属的作用。此外蚯蚓粪含有丰富的有机质、腐殖质和微生物区系，对污染土壤的重金属也可以起到钝化作用；Abdul et al.(1996)在三种不同浓度的Cd,Cu,Fe,Pb,Zn污染土壤上发现，蚯蚓对重金属的有效性影响不大，但是显著增加了黑麦草地上、地下部分的Cd,Cu,Zn含量，而且增加了黑麦草产量。山东师范大学的成杰民和中科院南京土壤所的骆永明课题组在用蚯蚓或蚯蚓与微生物互作强化植物的修复功能方面做了些研究，其研究结果不仅证明了植物-蚯蚓-微生物联合修复模式的可行性，而且也显示了蚯蚓本身在土壤生态系统修复中的潜力。由此可见蚯蚓及活性蚓粪作为一种环保材料，在治理重金属污染、环境恢复领域具有十分独特的作用。本专利通过对植物—菌根—蚯蚓微生态系统的设计与原位“栽植”、建立土壤重金属原位钝化和定点修复的技术，最终达到修复农田土壤重金属污染的目的，并开发多功能的土壤改良剂。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种蚯蚓微宇宙系统修复重金属的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蚯蚓微宇宙系统修复重金属的方法，构建植物-菌根-蚯蚓微生态系统，植物根据所在区域主栽品种，选择菌根易侵染的植物，菌种为地表球囊霉，接种剂为含有宿主植株根段、菌根真菌孢子和根外菌丝的砂土混合物，该接种剂是以砂土为扩繁基质，以盆栽玉米、三叶草的方法扩繁10周后获得繁殖体，即含有VA菌根菌丝、孢子和根段。以局部接种的方式接种，接种量为5％，赤子爱胜蚓Eisenia foetida取自当地蚯蚓养殖场，蚯蚓所采集地的土壤性质与供试土壤相近，待菌根真菌侵染植物根系后，接种蚯蚓前先将蚯蚓的肠内物清除掉。

作为本发明再进一步的方案：所述将蚯蚓的肠内物清除掉的具体方法是：将蚯蚓洗净，放于一底部铺有吸水纸并有少量水分的周转箱内培养24h，次日取出洗净擦干进行接种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对植物—菌根—蚯蚓微生态系统的设计与原位“栽植”、建立土壤重金属原位钝化和定点修复的技术，最终达到修复农田土壤重金属污染的目的，并开发多功能的土壤改良剂。

附图说明

图1为蚯蚓微宇宙系统修复重金属的方法的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，本发明实施例中，

首先构建植物—菌根—蚯蚓微生态系统：植物根据所在区域主栽品种，选择菌根易侵染的植物。菌种为地表球囊霉。该菌种引自法国农业科学院。接种剂为含有宿主植株根段、菌根真菌孢子和根外菌丝的砂土混合物。该接种剂是以砂土为扩繁基质，以盆栽玉米、三叶草的方法扩繁10周后获得繁殖体，即含有VA菌根菌丝、孢子和根段。以局部接种的方式接种，接种量为5％(W/W)。

赤子爱胜蚓Eisenia foetida取自当地蚯蚓养殖场，蚯蚓所采集地的土壤性质与供试土壤相近。待菌根真菌侵染植物根系后(大约30天左右)，接种蚯蚓前先将蚯蚓的肠内物清除掉。具体方法是：将蚯蚓洗净，放于一底部铺有吸水纸并有少量水分的周转箱内培养24h，次日取出洗净擦干进行接种。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。