一种人工富集的周丛生物及其制备方法和用途

本发明属于土壤修复，具体涉及一种人工富集的周丛生物及其制备方法和用途。

背景技术：

1、修复土壤有机污染，保障食物安全和农业的可持续发展，是当前农业环境领域的重大问题。土壤有机污染中最具代表性的一类持久性有机污染物是多环芳烃(polycyclicaromatic hydrocarbons,pahs)，常见的有菲、芘、苯并(b)荧蒽、苯并芘等。在众多的农业生产模式中，唯有稻田由土相和水相两部分组成。稻田特殊的耕作方式使得其已经成为下游水体污染物的重要污染源。pahs更容易在稻田中沉积，这主要是由于水田中的有机碳含量高于旱地土壤的2.2倍，而pahs具有高疏水性和强亲脂性，在富含有机质的土壤和自然水体中，溶解度常常高出理论值几倍甚至上百倍，促进其在环境中解吸、迁移和生物可利用性。目前，稻田pahs污染治理工作是导致农村生态环境恶化及制约农业可持续发展的主要原因之一。由于土壤pahs生物蓄积性、持久性、疏水性和毒性等特征，已形成的污染治理难度很大，因此需要从源头阻断pahs的迁移积累并减少其通过食物链级联作用进入人体的含量，降低污染传播的风险。

2、目前，稻田有机污染阻控方法主要分为物理化学法、农业化学调控法和生物修复法。其中，物理化学法与农业化学调控法工程量大、操作复杂、投资费用高、存在二次污染等问题。相比于前者，生物修复法在治理稻田有机污染方面展示出低成本、高效率、无二次污染等方面的优势，并且具有非常好的应用前景。然而，生物修复技术在稻田有机污染修复过程中存在很多局限性，操作困难、难以大面积野外原位应用，并且目前新型修复材料研发力度不大，修复成本较高。对于农田而言，在注重有机污染阻控治理效果的同时还应该关注其环保性与安全性。因此，开发一些高效、廉价且环境友好，能够阻控土壤中有机污染的迁移并降低进入人体风险的新技术，将丰富土壤有机污染阻控技术种类，且进一步推进我国土壤有机污染治理研究工作。

3、周丛生物在防治稻田有机污染方面已经表现出巨大的潜力。周丛生物是一种以细菌、真菌和藻类为主要成分的微生物聚集体，其群落结构复杂，种群丰富，比表面积大，主要由光合自养型微生物主导，一般呈现绿色，广泛分布在稻田水土界面处。这种光养周丛生物最近受到广泛关注，因为它可以更有效地克服当前的生物修复限制，还可以增加土壤有机碳以促进农业养分循环和循环经济的闭合。如今，周丛生物已被应用于解毒废水中的各种有机污染物。shabbir等人证明，周丛生物具有很强的生物吸附和降解能力，能够在168小时内完全去除高达1000mg l-1的结晶紫，使废水达到农业灌溉用水标准。li等人发现，与工业废水周丛生物相比，稻田周丛生物在去除邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(dehp)方面具有更高的代谢活性和更大的细菌群落多样性。多种微生物的社会相互作用使周丛生物膜比单一种类的细菌更具适应性。相比于传统的生物修复技术，周丛生物处理系统更适合于原位污染修复处理，同时具有成本低廉，充分利用太阳能、耗能低，不额外占用昂贵的土地资源等优势使其成为极具应用前景的技术之一。

4、然而天然存在的周丛生物成膜需要借助一定的载体。基于稻田需要定期进行灌溉的机制，所以周丛生物常常被破坏，无法发挥功能。常规的周丛生物培养基诱导的周丛生物生长成膜速度慢。目前还没有关于周丛生物降解稻田pahs污染的报道。在pahs降解的报道中，往往只降解单一pahs。研究表明25天对液相体系的苯并芘的降解率为61.32％，而一旦进入到复杂的土壤体系后，降解能力不容乐观，对于100mg kg-1的苯并芘14周降解率仅为2％。因此，亟需开发一种能够应用周丛生物治理稻田pahs污染的同时，保证水稻安全，且操作简单、绿色安全、不造成二次污染的方法。

技术实现思路

1、为解决现有稻田pahs污染技术成本高、难以原位应用等技术问题，本发明公开了一种低成本、环境友好，同时兼具提高作物生长的效果，构建一种基于周丛生物的稻田pahs污染原位防控技术。

2、本发明的技术方案为：

3、一种人工富集的周丛生物的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将稻田水作为微生物种源与培养基混合得到混合培养液，将人工载体放置在混合培养液中，作为周丛生物附着人工载体，将周丛生物在人工载体上进行培养得到大量周丛生物。其中，所述周丛生物为pahs富集潜力大的周丛生物，如膜状周丛生物，是一种绿色的微生物聚集体。

5、(2)将培养后的周丛生物从人工载体上剥离下来，得到周丛生物培养液；加水后离心，制备成周丛生物悬浮液。

6、(3)将制备好的周丛生物悬浮液均匀施加于稻田土壤表面。

7、(4)原位培养所述周丛生物。

8、进一步地，所述步骤(1)中，人工载体包括玻璃材料类、陶瓷类、沸石类、碳纤维类或碳酸盐类等。

9、进一步地，所述步骤(1)中，周丛生物混合培养液包括采集到的稻田水和培养基；其中，所述培养基的成分为：硝酸钠400～500mg，硫酸镁30～40mg，柠檬酸5～10mg，柠檬酸铁铵5～10mg，硼酸2～5mg，七水硫酸锌0.2～0.3mg，五水硫酸铜0.05～0.15mg，磷酸氢二钾30～50mg，氯化钙20～30mg，乙二胺四乙酸二钠0.5～1.5mg，碳酸钠10～30mg，四水氯化锰1～2mg，钼酸钠0.2～0.5mg，六水合二氯化钴0～0.08mg，溶剂为1l蒸馏水。

10、进一步地，所述步骤(1)中，对培养基进行优化，优化后新的培养基成分为：在原培养基成分基础上，再额外添加酵母提取物400～600mg和葡萄糖800～1200mg，溶剂为1l蒸馏水。该操作能够促进周丛生物的快速且稳定生长。

11、进一步地，所述步骤(1)中，周丛生物混合培养液中稻田水和优化后新的培养基体积比为100：(5～10)。

12、进一步地，所述步骤(1)中，每5～7天补充优化后新的培养基以至初始体积，以保证在周丛生物形成过程中提供足够的营养。

13、进一步地，所述步骤(1)中，周丛生物培养的时间为20～30天，直至周丛生物成熟为墨绿色。

14、进一步地，所述步骤(1)中，培养成熟的周丛生物中，群落内包含细菌、真菌和藻类，其中优势细菌为proteobacteria，优势真菌为ascomycota，优势藻类为chloroplastida。

15、进一步地，所述步骤(2)中，周丛生物培养液与水的体积比为1：(10～20)，离心温度为28±2℃，转速为7000～8000rpm，时间为10～15min。沉淀物为周丛生物。

16、进一步地，所述步骤(2)中，加水制备周丛生物悬浮液，浓度为5～6g/l，以干重计。

17、进一步地，所述步骤(3)中，在烧杯、花盆或圆柱形罐子中加入300～400g采集的稻田土壤，添加周丛生物悬浮液5～10ml于稻田土壤中。

18、进一步地，所述步骤(3)中，添加周丛生物悬浮液的时机为水稻插秧之前。

19、进一步地，所述步骤(4)中，在稻田土壤表面原位培养周丛生物，构建上覆水—周丛生物—土壤微模型。

20、进一步地，所述步骤(4)中，上覆水深为3～6cm，待周丛生物大量生长，在土壤表面看到清晰的生物膜形状，即颜色变为墨绿色时，周丛生物制备完成。

21、本发明还包括一种人工富集的周丛生物在稻田pahs污染原位防控方法的应用。在上述上覆水—周丛生物—土壤微模型中，进行水稻盆栽实验。

22、进一步地，水稻盆栽实验中，在水稻生长后的不同时间段，检测不同体系pahs残留情况，包括但不限于上覆水、土壤及周丛生物。

23、进一步地，水稻盆栽实验中，在水稻生长后的不同时间段，检测水稻不同部位pahs的积累情况，包括但不限于水稻根、茎、叶。

24、进一步地，水稻盆栽实验中，计算所有多环芳烃的总毒性苯并[a]芘当量来量化多环芳烃对水稻的毒性影响。

25、进一步地，水稻盆栽实验中，在水稻生长后的不同时间段，评估周丛生物对水稻生长的影响，包括但不限于测量水稻株高、根长。

26、本发明的有益效果：

27、(1)本发明通过人工载体富集大量周丛生物，操作简便，效果好，成本低，环境友好，无二次污染。相对于引入外源材料而言，该方法具有极高的环境安全性，适合野外大面积原位应用和推广。

28、(2)优化的培养方法使得周丛生物生长成膜快，提高了周丛生物内部微生物群落多样性，增强了对pahs的耐受性，提高对pahs的去除率。

29、(3)周丛生物还可以定殖在土壤中，促进水稻的生长，减轻pahs对水稻的有害影响，不会对人体健康造成危害，在降低成本的同时环保处理了稻田pahs污染难题。