一种生物修复重金属污染土壤的方法
【专利说明】-种生物修复重金属污染±壤的方法
[0001] 方法领域
[0002] 本发明设及±壤修复方法，具体设及一种联合生物修复废矿区、尾矿库、矿山等矿 区重金属污染±壤的方法。 阳00引背景方法
[0004] 矿产资源是国民经济的重要支柱，但过度开采会造成矿区±壤的严重破坏。据报 道，全国采矿业形成的矿山、排±场、尾矿库等造成了达400万}11112的±地受到破坏，仍W每 年4万hm2左右的速度增加。尽管近来年我国矿山治理取得了较大进展，废弃地复星系数 已达12%，但与发达国家100%复星率相比，仍有很大差距。我国的矿山废弃地复星任重道 远。 阳0化]攀枝花位于四川省西南部，是中国重要的饥铁钢铁基地。攀枝花地区矿产资源 丰富，已发现76种矿产，潜在储量300亿吨W上，其中饥铁磁铁矿储量为96. 6亿吨，铁储 量为世界之最，占世界铁总量的35. 2%。经过数十年的开采，攀枝花形成的废矿区面积达 2724. 93hm2,上地质量下降和上壤承载能力大大降低，上壤酸化、重金属污染、有机质和氮、 憐含量较低W及持水能力差，±壤生态系统受到严重破坏。为此，攀枝花市市政府积极采取 措施治理工矿废弃地，自2010开始对废弃矿地采取退建复耕或还林还草，取得了一定的成 效，2012年6月成为国±资源部工矿废弃地复星利用试点城市。但总体看，攀枝花废弃矿区 环境污染和生态破坏的局面尚未得到根本改观。
[0006] ±壤是矿产资源开发过程中直接污染物的受纳体而积累有不同浓度的重金属，矿 区±壤不同程度地受到污染，因此攀枝花废矿区修复的关键点是降低±壤重金属含量。重 金属具有难降解、可生物富集等特点，因而重金属污染±壤多W植物修复为主。植物修复方 法W忍耐和超量积累污染物为基础，具有成本低、无二次污染、金属元素可回收利用性、处 理简易性优点，还可促进生态重建，广泛应用于废矿区的上地复星与生态环境修复。但由 于攀枝花废矿区±壤贫瘡、气候特殊，采用植物修复还有许多问题需要解决，如植物生长困 难、重金属含量过高严重影响植被的生长，矿区生物修复体系不稳定且效果不明显等。因 此，选择适合在攀枝花生长、抗逆性强且具有较强生物修复功能和较高利用价值的植物是 建立高效稳定生物修复方法的关键要素。
[0007] 近年来，植物修复方法对攀枝花废矿区±壤修复的相关研究已有报道，但只集中 于研究植物对某些重金属的吸附作用，或者调查研究废矿区生长植物对重金属的富集作 用，实际应用于攀枝花饥铁磁铁矿废矿区污染修复的植物还较少。豆科植物具有重金属耐 受性，并能提供氮源，如：鹰嘴豆和班豆对含铅上壤的耐受性，班豆和大豆能吸收铅、铜儀、 孟等重金属，因而成为废矿区植物修复的最佳候选者。目前，尚无将豆科植物水黄皮和固氮 微生物应用于矿区重金属±壤修复的报道。
【发明内容】
[0008] 本发明W修复重金属污染±壤为目的，将水黄皮种在矿区±壤中，W捕获耐贫瘡 和重金属耐受性较强的±著根瘤菌，并将根瘤菌接种种植在矿区±壤中的水黄皮根系，通 过水黄皮与根瘤菌共生结瘤固氮提高水黄皮耐逆性、增加±壤氮积累，并利用水黄皮富集、 转移重金属，改善矿区生态环境。
[0009] 本发明所述重金属污染±壤可为矿区、尾矿库、矿山等地区的重金属污染±壤，优 选为饥铁磁铁矿区的重金属污染±壤。
[0010] 本发明提供的方法包括W下步骤：将水黄皮栽种于重金属污染±上，W浓度为 1〇8~10 9个菌细胞/株将根瘤菌菌悬液喷洒到水黄皮幼苗根系周围±壤中，即可。
[0011] 本发明所述水黄皮（Pongamiapinnata)是能源豆科水黄皮属的半红树林植物，树 冠伞形，高8-15米，根系发达，具有耐盐碱、耐旱、抗强风的特性，能在酸性、沙质、石质、重 粘性±壤^及水生环境等贫瘡环境生长。近年的研究表明，水黄皮具有较强的重金属耐受 能力，种植数月后，±壤中重金属含量可W得到有效降低。同时，水黄皮种子、尤其是种子产 油量高，油脂组成比例好且含有较高比例的不饱和脂肪酸，是最佳生物燃油原材料。因此， 可充分利用水黄皮的耐贫瘡和耐重金属特性，将其应用于重金属污染±壤的修复，可改善 生态环境，并充分利用污染地区±地资源储备生物燃油原材料。
[0012] 本发明选用根瘤菌与水黄皮共同作用。由于废矿中的±著固氮微生物能在高浓度 的重金属离子环境中生长，且根瘤菌与豆科植物共生结瘤固氮可W增加豆科植物的抗逆性 和±壤氮积累，因此豆科植物与根瘤菌共生体系具备独特的联合生物修复优势。耐逆性和 耐贫瘡性超强的水黄皮能与慢生和快生根瘤菌属的根瘤菌共生结瘤固氮，既能促进氮循环 和积累，向水黄皮提供氮素营养而增加抗逆性，提高水黄皮对±壤重金属的吸附能力，还能 提高±壤有机质含量和氮积累，从而解决废矿区±壤氮素和有机质含量低的问题。
[0013] 本发明所述根瘤菌优选为根瘤菌PZHK1，分离筛选于四川省攀枝花饥铁磁铁废 矿±壤，该菌株已于2014年10月31日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生 物中屯、（地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮政编码： 100101)，保藏号为CGMCCNo. 9911 ;该菌种的分类命名为：慢生根瘤菌Rradyrhizobium sp.。
[0014] 本发明所述的自然±壤的含义为：没有被重金属污染的±壤。
[0015] 本发明所述水黄皮的栽种为将水黄皮种子直接播种于覆盖在矿区±壤之上的未 被重金属污染的自然±壤中，或将水黄皮幼苗移栽到重金属污染±中。
[0016] 当将水黄皮种子播种于覆盖在矿区±壤之上的自然±壤中时，所述方法包括W下 步骤：取当年采集的成熟、饱满的水黄皮种子，去外壳后，W间距1. 5~2. 5米播种于位于重 金属污染±壤之上的、厚度为20-30厘米的自然±壤中，播种深度为距±壤表面1~2cm; 待水黄皮芽长出±面2~3cm后，在水黄皮根周围Wl〇s~10 9个菌细胞/株接种根瘤菌， 不断补充水分，即可。
[0017] 当将水黄皮幼苗移栽到重金属污染±中时，所述幼苗可由育种法或杆插法获得。
[0018] 所述育种法包括W下步骤：取当年采集的成熟、饱满的水黄皮种子，去外壳后，W 间距4~6cm播种于厚度不得小于10cm的泥沙±壤基质中，点播完后覆盖一层厚度0. 5~ 1. 5cm的细沙，诱透水并遮阳，溫度保持在25-35Γ，保持±壤基质湿润；待水黄皮芽长出± 壤表面2~3cm后，在水黄皮根周围W1〇8~10 9个菌细胞/株接种根瘤菌，培养2个月W 上，即得水黄皮幼苗。
[0019] 上述接种根瘤菌后水黄皮幼苗的培养过程中，培养条件优选为：白天17小时，平 均溫度25°C;夜晚7小时，平均溫度17°C;湿度为90%，遮阳并适时补充水分。
[0020] 所述杆插法包括W下步骤：选用直径为5~15厘米的粗壮纸条作为插穗，每段插 穗带有至少3个叶芽；将插穗插在泥碳±、营养±或河沙上，在溫度20~30°C、空气相对湿 度75~85 %的条件下培养，每天对插穗喷水雾3~5次，遮荫；至幼苗长到8~12厘米长， 即得水黄皮幼苗。
[0021] 当杆插时间为早春时，选用去年生的老枝进行杆插；当杆插时间为春末秋初时，选 用当年生的嫩枝进行杆插。
[0022] 上述插穗后培养的过程中，培养条件优选为：溫度20°C~30°C，空气相对湿度为 75 %~85 %，每天对插穗喷水雾3~5次，适当遮荫。为了让水黄皮幼苗能够较快适应贫瘡 且金属含量高的矿区±壤^及恶劣的环境并顺利成活，针对不同±壤环境，所述移栽的方 法有所区别。
[0023] 针对未用自然±闭库的矿区±壤或其他裸露废矿的矿区±壤，所述移栽具体为： 在重金属污染±壤上W株距1. 5~2. 5米挖坑，坑的深度为20-30厘米，直径为20-30厘 米；放入占坑体积1/2~3/4的混有15~25%有机肥的自然±壤，将水黄皮幼苗的根系埋 植于自然±壤中，并在根系周围±壤中W浓度为1〇8~10 9个菌细胞/株接种根瘤菌，再用 重金属污染上壤将坑填满，