本发明属于土地重金属污染修复领域，具体涉及一种强化修复重金属复合污染土壤的方法。
背景技术：
土地重金属污染是一个世界性的难题，严重制约本地区的农牧业生产和社会经济发展。当今的重金属污染往往是两种或两种以上的多种重金属并存的复合污染。与单一污染相比，重金属复合污染中元素或化合物之间存在相互作用以及对生态效应的综合影响，对其污染土壤的修复具有挑战性。目前，土壤重金属污染的修复主要集中在单一元素上，而对土壤多种重金属并存的复合污染的同时修复研究较少。除此之外，已有研究表明利用硒离子对多种重金属的拮抗作用，以达到减少植物吸收重金属的目的。然而，硒离子能够抑制植物的生长。
丛枝菌根真菌(amf)是所有菌根种类中最重要的互惠共生体之一，近85％的植物种类能够形成丛枝菌根，在自然生态系统和农业生态系统中广泛分布，能够与植物的根系共生形成菌根，接种amf能提高宿主植物的养分吸收能力、增加植物地上生物量、增强植物抗氧化酶系的抗逆能力，从而增强植物对重金属的抗性。
针对于目前土地多种重金属复合污染的复杂性，污染治理方法的局限性，严重制约本地区的农牧业生产和社会经济发展等问题，有必要研发一种可用于多种重金属污染修复的土壤修复改良剂。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种强化修复重金属复合污染土壤的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种强化修复重金属复合污染土壤的方法，包含如下步骤：
(1)将丛枝菌根真菌和基质混合，得到复合基质；然后浇水并将宿主植物壮苗移植至复合基质中，利用宿主植物对丛枝菌根真菌进行扩繁培养；
(2)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和复合基质的混合物，得到丛枝菌根真菌菌剂；
(3)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的50～70％；
(4)在步骤(3)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素硒，平衡14～30天；
(5)将步骤(2)制得的丛枝菌根真菌菌剂接种于步骤(4)平衡后的重金属复合污染土壤中，修复改良60～90天；
步骤(1)中所述的丛枝菌根真菌优选为摩西球囊霉，摩西球囊霉对重金属污染有着较强的耐性和适应能力；
步骤(1)中所述的丛枝菌根真菌的接种量优选为3～15wt％；
步骤(1)中所述的丛枝菌根真菌的接种量进一步优选为基质质量的5～8％；
步骤(1)中所述的基质优选为粉煤灰、碳化稻壳和蛭石的混合物；
所述的粉煤灰、碳化稻壳和蛭石的质量比优选为(2～3):(1～2):(5～8)，其中，粉煤灰含有含有大量水溶性硅钙镁磷等农作物所必需的营养元素，且具有多孔结构，一方面可以保水保肥，另一方面可以用于土壤重金属修复，且多孔结构更有利于丛枝菌根真菌菌丝生长；碳化稻壳用于保证基质ph高于7不超过8，可以保证寄主植物的正常生长，而且偏碱性有利于球囊霉生长；蛭石起到缓冲作用，阻碍ph值的迅速变化，促进球囊霉生长和繁殖；
步骤(1)中所述的宿主植物优选为高粱、玉米、花生或蚕豆；
步骤(1)中所述的壮苗优选为展开至少两片真叶的幼苗，本发明直接选择寄主植物壮苗进行移栽，避免了直接播种种子常出现的缺苗断垅这一问题，寄主植物植物的根系分泌物则可以促进丛枝菌根真菌孢子萌发，可使丛枝菌根真菌快速与寄主植物建立共生关系，进而提高最终摩西球囊霉菌剂中丛枝菌根真菌数量，同时极大缩短扩繁时间；
步骤(1)中所述的扩繁培养的条件优选为25～30℃扩繁培养60～80天；
步骤(1)中所述的扩繁培养的条件进一步优选为扩繁培养前10～12天，复合基质持水量为田间最大持水量的70～80％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的50～60％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
步骤(1)中所述的复合基质的厚度优选为10～20cm，该基质厚度获得的接种剂中丛枝菌根真菌的量最大；
步骤(2)中所述的丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于80个/g；
所述步骤(3)中所述的底肥的施加量优选为氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
所述步骤(4)中所述的微量元素硒的添加形式优选为亚硒酸钠；
所述的亚硒酸钠的施加量优选为0.5～5mg·kg-1土壤，以硒计；
步骤(5)中所述的丛枝菌根真菌菌剂的接种量优选为5～15wt％；
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供的强化修复重金属复合污染土壤的方法，添加亚硒酸钠，通过元素拮抗作用来降低植物对重金属的吸收富集。
(2)本发明提供的强化修复重金属复合污染土壤的方法在添加亚硒酸钠的同时，添加枝菌根真菌菌剂，利用丛枝菌根真菌对重金属的固化作用，减少重金属在土壤中的有效性。而且，丛枝菌根能够减弱或解除高浓度硒离子对作物生长的抑制作用，增强植物在高浓度硒处理时的抗性，且，在加入亚硒酸钠添加剂的同时，加入丛枝菌根真菌对植物抵抗重金属的能力有增益作用。
(3)本发明提供的强化修复重金属复合污染土壤的方法能够有效增加植物的生物量，减轻土壤中重金属进入作物的机会，从而降低重金属潜在生态风险。
(4)本发明原料来源广泛、技术简单、成本低，实现了多种重金属复合污染土壤的修复治理，与单一重金属污染治理措施相比，清除土壤中污染金属的效率更高，时间更短，更具有现实意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例中重金属复合污染土壤中重金属含量如下：cd0.6mg·kg-1、pb600mg·kg-1、cu200mg·kg-1和as60mg·kg-1；
摩西球囊霉购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所；
供试小麦品种为中麦175(市购)；
添加剂亚硒酸钠(na2seo3)为实验室化学试剂(分析纯)。
实施例1
(1)将粉煤灰、碳化稻壳和蛭石按照质量比2.5:1.8:6.5混合均匀，得到基质；
(2)将摩西球囊霉(购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所，中国丛枝菌根种质资源库编号：bgcxj01，约300个孢子/20g)按照8wt％的比例接种至步骤(1)制得的基质中，混合均匀，得到复合基质；然后浇水并将展开至少两片真叶的玉米幼苗移植至复合基质中，利用玉米对摩西球囊霉进行扩繁培养，其中，复合基质厚度为18cm，扩繁培养的条件为28℃扩繁培养75天，扩繁培养前10天，复合基质持水量为田间最大持水量的75％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的55％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
(3)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和基质的混合物，粉碎，得到丛枝菌根真菌菌剂，其中，丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于120个/g；
(4)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(5)在步骤(4)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡25天，其中，亚硒酸钠的施加量为0.5mg·kg-1土壤，以硒计；
(6)将步骤(3)制得的丛枝菌根真菌菌剂按照10wt％的比例接种于步骤(5)平衡后的重金属复合污染土壤中，进行修复改良80天。
实施例2
具体方法同实施例1，不同之处在于步骤(5)中亚硒酸钠的施加量为1mg·kg-1土壤，以硒计。
实施例3
具体方法同实施例1，不同之处在于步骤(5)中亚硒酸钠的施加量为5mg·kg-1土壤，以硒计。
实施例4
(1)将粉煤灰、碳化稻壳和蛭石按照质量比3:1:5混合均匀，得到基质；
(2)将摩西球囊霉(购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所，中国丛枝菌根种质资源库编号：bgcxj01，约300个孢子/20g)按照3wt％的比例接种至步骤(1)制得的基质中，混合均匀，得到复合基质；然后浇水并将展开至少两片真叶的玉米幼苗移植至复合基质中，利用玉米对摩西球囊霉进行扩繁培养，其中，复合基质厚度为10cm，扩繁培养的条件为30℃扩繁培养80天，扩繁培养前11天，复合基质持水量为田间最大持水量的80％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的60％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
(3)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和基质的混合物，粉碎，得到丛枝菌根真菌菌剂，其中，丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于80个/g；
(4)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的50％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(5)在步骤(4)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡14天，其中，亚硒酸钠的施加量为3mg·kg-1土壤，以硒计；
(6)将步骤(3)制得的丛枝菌根真菌菌剂按照15wt％的比例接种于步骤(5)平衡后的重金属复合污染土壤中，进行修复改良60天。
实施例5
(1)将粉煤灰、碳化稻壳和蛭石按照质量比2:2:8混合均匀，得到基质；
(2)将摩西球囊霉(购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所，中国丛枝菌根种质资源库编号：bgcxj01，约300个孢子/20g)按照15wt％的比例接种至步骤(1)制得的基质中，混合均匀，得到复合基质；然后浇水并将展开至少两片真叶的花生幼苗移植至复合基质中，利用玉米对摩西球囊霉进行扩繁培养，其中，复合基质厚度为20cm，扩繁培养的条件为25℃扩繁培养60天，扩繁培养前12天，复合基质持水量为田间最大持水量的70％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的50％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
(3)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和基质的混合物，粉碎，得到丛枝菌根真菌菌剂，其中，丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于100个/g；
(4)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的70％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(5)在步骤(4)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡30天，其中，亚硒酸钠的施加量为5mg·kg-1土壤，以硒计；
(6)将步骤(3)制得的丛枝菌根真菌菌剂按照5wt％的比例接种于步骤(5)平衡后的重金属复合污染土壤中，进行修复改良90天。
对比实施例1
(1)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(2)在步骤(1)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡25天，其中，亚硒酸钠的施加量为0.5mg·kg-1土壤，以硒计。
对比实施例2
(1)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(2)在步骤(1)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡25天，其中，亚硒酸钠的施加量为1mg·kg-1土壤，以硒计。
对比实施例3
(1)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(2)在步骤(1)施加底肥和补充水分后的土壤中施加微量元素亚硒酸钠，平衡25天，其中，亚硒酸钠的施加量为5mg·kg-1土壤，以硒计。
对比实施例4
(1)将粉煤灰、碳化稻壳和蛭石按照质量比2.5:1.8:6.5混合均匀，得到基质；
(2)将摩西球囊霉(购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所，中国丛枝菌根种质资源库编号：bgcxj01，约300个孢子/20g)按照8wt％的比例接种至步骤(1)制得的基质中，混合均匀，得到复合基质；然后浇水并将展开至少两片真叶的玉米幼苗移植至复合基质中，利用玉米对摩西球囊霉进行扩繁培养，其中，复合基质厚度为18cm，扩繁培养的条件为28℃扩繁培养75天，扩繁培养前10天，复合基质持水量为田间最大持水量的75％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的55％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
(3)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和基质的混合物，粉碎，得到丛枝菌根真菌菌剂，其中，丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于120个/g；
(4)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(5)将步骤(3)制得的丛枝菌根真菌菌剂按照10wt％的比例接种于步骤(4)施加底肥和补充水分后的土壤中，进行修复改良80天。
对比实施例5
(1)将粉煤灰、碳化稻壳和蛭石按照质量比2.5:1.8:6.5混合均匀，得到基质；
(2)将摩西球囊霉(购自北京市农林科学院植物营养与资源研究所，中国丛枝菌根种质资源库编号：bgcxj01，约300个孢子/20g)按照8wt％的比例接种至步骤(1)制得的基质中，混合均匀，得到复合基质；然后浇水并将展开至少两片真叶的玉米幼苗移植至复合基质中，利用玉米对摩西球囊霉进行扩繁培养，其中，复合基质厚度为18cm，扩繁培养的条件为28℃扩繁培养75天，扩繁培养前10天，复合基质持水量为田间最大持水量的75％，有利于孢子萌发和寄主植物生长，扩繁培养剩余时间，复合基质持水量为田间最大持水量的55％，有利于丛枝菌根真菌生长和侵染；
(3)扩繁培养后，去除宿主地上部分，收获含有宿主植物根段、丛枝菌根真菌菌丝、丛枝菌根真菌孢子和基质的混合物，粉碎，得到丛枝菌根真菌菌剂，其中，丛枝菌根真菌菌剂中孢子含量不小于120个/g；
(4)在重金属复合污染土壤中施加底肥，同时补充水分至土壤田间持水量的60％，其中，底肥的施加量为：氮(nh4no3，以n计)200mg·kg-1土壤，磷(cahpo4·2h2o，以p计)30mg·kg-1土壤，钾(k2so4，以k计)150mg·kg-1土壤；
(5)将步骤(3)制得的丛枝菌根真菌菌剂在烘箱中经170℃灭菌2h，然后按照10wt％的比例接种于步骤(4)施加底肥和补充水分后的土壤中，进行修复改良80天。
效果实施例
将实施例1～3以及对比实施例1～5修复改良后的土壤作为基质，每盆播入7颗籽粒饱满、大小均匀的小麦种子，出苗后间苗至每盆5株，保持苗间距基本一致，共栽培小麦30盆。温室培养条件为：光照控制(光照时间：7:00～19:00；强度260～350μe·m-2·s-1)，温度控制(白天25℃，夜晚20℃)，每个盆钵用去离子水等量灌溉。小麦生长10周后测量株高，收获整个植株。
(1)将收获的小麦植株用自来水洗净后，去离子水清洗3遍，晾干后放入烘箱内65℃烘48h至恒重。将小麦称重，测量生物量。
由表1可知，对比实施例1～3为单独硒离子处理，其中，0.5～1mg·kg-1se处理可显著促进了小麦的生长(p＜0.05)，1mg·kg-1se处理时小麦生长最好，生物量和株高分别比空白对照提高了26％和28％。而5mg·kg-1se处理与空白对照相比，小麦的株高和生物量降低，说明高浓度硒离子对作物生长反而具有抑制作用。实施例1～3为硒离子+菌剂处理，其小麦株高和生物量均高于单独硒离子处理的对比实施例1～3，其中，实施例3的生物量最高，高于空白对照72％。
表1施用菌剂和亚硒酸钠对小麦生长的影响
(2)将收获后的小麦分为地上、地下部分，高速粉碎机粉碎，其中20g样品用玛瑙研磨机研磨，过100目尼龙筛，用于测定元素含量(具体方法参照陈福强.微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定植物样品中的cu、pb、zn、cd、ni、cr、as、hg[j].资源节约与环保,2017(7):41-42.等)。
与对比实施例5相比，对比实施例1和2处理降低了小麦地上部cd、pb、cu和as含量，而对比实施例3增加了小麦地上部分的cd、pb、cu和as含量。在实施例1～3中，植物富集重金属含量随着硒的添加量而减少，均低于对比实施例1～3，其中，实施例3的重金属富集浓度最低，植物体内富集的cd、pb、cu及as含量分别低于空白处理31％、52％、77％和26％。
表2施用菌剂和亚硒酸钠对植物中重金属浓度的影响
与对比实施例5相比，对比实施例1和2处理降低了小麦对重金属cd、pb、cu和as的转运系数，而对比实施例3处理增加了小麦对重金属cd、pb、cu和as的转运系数。在实施例1～3中，重金属有效态随着硒的添加量而减少，均低于对比实施例1～3，其中，实施例3的转运系数最低，植物对cd、pb、cu及as的转运系数分别低于空白处理48％、53％、47％和43％。
表3施用菌剂和亚硒酸钠对植物中重金属转运系数的影响
与对比实施例5相比，对比实施例1和2降低了小麦对重金属cd、pb、cu和as的富集系数，而对比实施例3增加了小麦对重金属cd、pb、cu和as的富集系数。在实施例1～3中，重金属有效态随着硒的添加量而减少，均低于对比实施例1～3，其中，实施例3的重金属富集系数最低，植物对cd、pb和cu的富集系数分别低于空白处理46％、67％、20％。
表4施用不同浓度硒对植物中重金属富集系数的影响
(2)收获小麦后，将盆钵的土壤样品风干后剔除植物根系、碎屑等杂质，混匀后过20目尼龙筛，取其中20g样品用玛瑙研磨机研磨，过100目尼龙筛，用于测定土壤中重金属有效态含量(具体方法参照《土壤8种有效态元素的测定二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》hj804-2016和张传琦,程丽娅,黄勤,等.icp-ms法测定土壤中有效态砷的研究[j].分析试验室,2011,30(7):83-86.)。
与对比实施例5相比，对比实施例1和2土壤中cd、pb、cu及as的有效态含量在加入添加剂后都有所降低。对比实施例3反而增加了cd、pb和cu有效态含量。在实施例1～3中，重金属有效态随着硒的添加量而减少，均低于对比实施例1～3，其中，实施例3的重金属有效态最低，cd、pb、cu及as的有效态含量分别低于空白处理70％、67％、38％和83％。
表5施用菌剂和亚硒酸钠对土壤中重金属有效态的影响
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。