本发明涉及环境微生物应用技术领域，具体涉及一种贫瘠土壤生态修复用的具有复合结构的微生物助长剂。
背景技术：
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我国环境污染状况十分严峻，全国约90％的河道遭受不同程度的污染，空气污染事件和雾霾时时发生，受污染土壤的直接危害和间接污染(地下水)已日益严重。近年来国务院出台了《水污染防治行动计划》《大气污染防治行动计划》《固废污染防治行动计划》，设定了一系列量化目标，证明中国政府十分重视改善生态环境的工作，一系列规模宏伟、投资巨大的生态建设项目已在或将在全国各地实施，但受各种环境和技术实践的条件限制，实际有效的改造项目还未形成模式并成功推广，使全国环境改善始终举步维艰。
目前环保业界在受污染环境生态修复方向主要有三种方法：(1)化学药剂修复法；(2)微生物药剂修复法；(3)植物修复法。化学药剂修复法见效快，但存在投资高和二次污染问题，而且由于药剂作用单一，难以进行综合治理。微生物药剂修复法较少二次污染问题，但暴露于环境中容易流失而失效，而且各菌种作用较单一，综合治理效果有限。植物修复法投资低，综合效果较好，但容易受环境条件(贫瘠、干旱、污染程度严重等)制约植物生长，是影响修复效果的重要因素。
固定化生物技术(Immobilized Biotechnology)是通过化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用。固定化生物技术中，每个凝胶珠都可以看成是一个小的生物反应器，由于缩短了扩散距离，转化率明显提高，反应结束后载体内的细胞还可以回收并重复使用。
固定化生物技术有利于提高生物反应器内的微生物细胞浓度和纯度，阻止外界对高效菌种的污染，防止微生物流失，利于根瘤菌等微生物利用渗透交换反应获取原材料反应加工成植物所需的营养，保证修复用的植物在贫瘠土壤上健康成长。但普通的固定化材料(微生物载体)在应用时有力学性能较差、不耐受外界冲击、使用寿命低等问题。如何在保护载体内微生物的同时解决好内外物质传递的问题也是该项技术应用的关键。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种贫瘠土壤生态修复用的具有复合结构的微生物助长剂，制备方法简便易行，所得微生物助长剂质量稳定，力学性能优良，耐环境压力、滋养细胞、高效交换营养物质、复合微生物活性及稳定性高、使用方便，所述微型多孔复合结构能保护包埋的复合微生物菌剂不受外界因素干扰破坏，同时允许内外的营养物质及水分进行物质交换，使复合微生物制剂持久发挥效力，包埋的复合微生物菌剂能转化利用并富集空气中的氮和其他营养元素，帮助修复植物达到稳定的生长状态，同时能较好地锁住营养和水分以备植物使用，密封存放时间至少在6个月以上，适应仓储及长途运输需要，能适应较恶劣环境、高效生态、价廉易得，无需多次补加，解决了普通的固定化材料在应用时有力学性能较差、不耐受外界冲击、使用寿命低的问题，在保护载体内微生物的同时解决了内外物质传递的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种贫瘠土壤生态修复用的具有复合结构的微生物助长剂，所述具有复合结构的微生物助长剂是通过聚合反应制备的一种内部包埋有活性微生物的水凝胶微球，所述水凝胶微球具有微孔复合结构可供微球内外进行物质交换，所述具有复合结构的微生物助长剂的制备方法包括以下步骤：将海藻胶、高岭土、粉煤灰充分分散于水中，然后加入聚合引发剂和交联剂充分搅拌均匀，并在搅拌过程中加入复合微生物菌剂和营养基元，然后20-40℃、常压、密封容器中放置进行自由基聚合直至凝胶化，凝胶化后得到具有微孔复合结构且其内部包埋有保持活性的复合微生物菌剂和/或酶的水凝胶即为具有复合结构的微生物助长剂；原料用量为：海藻胶5～25wt％，高岭土1～10wt％，粉煤灰0.01～1wt％，聚合引发剂及交联剂0.01～1wt％，复合微生物菌剂0.1～5wt％，营养基元1～5wt％，水53～92.88wt％；所述复合微生物菌剂包括花生根瘤菌，此外还包括生脂固氮螺菌、沼泽红假单孢菌、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌和圆褐固氮菌等细菌中的一种或多种，以及产朊假丝酵母、乳酸链球菌、嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌等真菌中的一种或多种；其中花生根瘤菌的含量为50wt％以上。
根瘤菌有高效的生物固氮作用，甚至能将空气中游离态的氮素直接转变为含氮化合物供植物应用，以人工接种根瘤的花生为例，每年每平方米的固氮量为7.2-12.4g即每亩花生可以从固氮作用中获得相当于10-17公斤尿素的氮，大大减少了化肥使用量，甚至能有肥地养地效果，而复合微生物菌剂中的其他菌种则起到了保护菌种生长、促进反应、减少植物得病几率等，使植物修复工作顺利进行。
所述营养基元包括牛肉膏、蛋白胨和水，混合制得。
所述引发剂选自亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、四甲基亚乙基二胺、二甲胺基丙腈、亚铁盐等中的一种或两种以上；交联剂选自N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种以上。
其中海藻胶、高岭土为包埋骨架，粉煤灰为微型致孔材料。
本发明的微生物助长剂一经制备，微生物菌剂密度和总量已固定于载体内并保持稳定，密封存放时间至少在6个月以上，适应仓储及长途运输需要。使用时只要运到项目地点，均匀铺设于植物修复地点，再在表面覆土，即可在其上种植植物，操作简便灵活。
所述微型多孔复合结构能保护包埋的复合微生物菌剂不受外界因素干扰破坏，同时允许内外的营养物质及水分进行物质交换，使复合微生物菌剂持久发挥效力，帮助修复植物达到稳定的生长状态。
本发明的有益效果如下：
本发明制备方法简便易行，所得微生物助长剂质量稳定，力学性能优良，耐环境压力、滋养细胞、高效交换营养物质、复合微生物活性及稳定性高、使用方便，所述微型多孔复合结构能保护包埋的复合微生物菌剂不受外界因素干扰破坏，同时允许内外的营养物质及水分进行物质交换，使复合微生物制剂持久发挥效力，包埋的复合微生物菌剂能转化利用并富集空气中的氮和其他营养元素，帮助修复植物达到稳定的生长状态，同时能较好地锁住营养和水分以备植物使用，密封存放时间至少在6个月以上，适应仓储及长途运输需要，能适应较恶劣环境、高效生态、价廉易得，无需多次补加，在土壤、水体甚至大气的生态修复中均具有广阔的应用前景。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
原料用量为：海藻胶20wt％，高岭土5wt％，粉煤灰0.1wt％，聚合引发剂及交联剂0.5wt％，复合微生物菌剂3wt％，营养基元3wt％，水66.4wt％，其制备方法是：先将海藻胶、高岭土、粉煤灰充分分散于水中，然后加入聚合引发剂和交联剂充分搅拌均匀，并在搅拌过程中加入复合微生物菌剂和营养基元，得到凝胶液。把凝胶液在30℃、常压、密封容器中放置进行自由基聚合直至凝胶化，凝胶化后得到具有微孔复合结构且其内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶即为具有复合结构的微生物助长剂。该微生物制剂载体70％变形率时应力为200kPa，压缩比(变形率)达到90％。此载体物理强度可应用环境条件和施工条件较恶劣的项目现场，长效发挥作用，以低廉的材料成本和简易的制备方法，减少了肥料施用，发挥出预计的植物生产促进效果。由于项目现场位于较偏远地区，且项目运营时间达5年，在运营进行6个月后发现本发明制剂助长能力开始衰减后，马上利用存放的原材料现场制作并快速施用，保证项目效果不受影响。
实施例2：
原料用量为：海藻胶5wt％，高岭土1wt％，粉煤灰0.01wt％，聚合引发剂及交联剂0.01wt％，复合微生物菌剂5wt％，营养基元1wt％，水87.98wt％，其制备方法是：先将海藻胶、高岭土、粉煤灰充分分散于水中，然后加入聚合引发剂和交联剂充分搅拌均匀，并在搅拌过程中加入复合微生物菌剂和营养基元，得到凝胶液。把凝胶液在20℃、常压、密封容器中放置进行自由基聚合直至凝胶化，凝胶化后得到具有微孔复合结构且其内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶即为具有复合结构的微生物助长剂。该微生物制剂载体70％变形率时应力为100kPa，压缩比(变形率)达到60％。该微生物制剂载体的物理强度下降但物质交换能力上升，同时提高了菌剂的含量使助长作用更突出。此载体可应用于环境不太恶劣需快速释放微生物到环境中与植物结合直接起效并提供较多营养的贫瘠土壤的生态修复项目现场。本实施例中的项目制剂配合种植芦苇进行环境修复，在项目实施1个月内有使用本发明制剂的芦苇比没有使用本发明制剂的芦苇，植株成活率从60％提高到90％，3个月内植物株高增长率提高了约50％，生物量增加率提高了约80％。
实施例3：
原料用量为：海藻胶25wt％，高岭土10wt％，粉煤灰1wt％，聚合引发剂及交联剂1wt％，复合微生物菌剂0.1wt％，营养基元5wt％，水57.9wt％，其制备方法是：先将海藻胶、高岭土、粉煤灰充分分散于水中，然后加入聚合引发剂和交联剂充分搅拌均匀，并在搅拌过程中加入复合微生物菌剂和营养基元，得到凝胶液。把凝胶液在35℃、常压、密封容器中放置进行自由基聚合直至凝胶化，凝胶化后得到具有微孔复合结构且其内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶即为具有复合结构的微生物助长剂。该微生物制剂载体70％变形率时应力为255kPa，压缩比(变形率)达到95％，并应用于长期缓慢供给营养的环境修复项目，在原施用普通化肥的项目改用本发明制剂，保证了植物生长效果不低于施用化肥，同时在长时间内(超过6个月)持续起效。