一種降低稻田土壤中鎘危害的方法技術(shù)

一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，采用的是在呈酸性的稻田中施入產(chǎn)酸菌（CEM）和由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物，產(chǎn)酸菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸具有羰基、羧基、羥基官能團(tuán)，對(duì)鎘有絡(luò)合作用，產(chǎn)酸菌代謝過(guò)程中釋放的二氧化碳水溶后形成的碳酸可與鎘發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鎘沉淀，有固定土壤中可交換態(tài)鎘的作用。由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物有助于產(chǎn)酸菌在稻田中形成優(yōu)勢(shì)種群，施入耕作層后可促進(jìn)水稻根系表面鐵錳膜的形成，以阻止根系對(duì)鎘的吸收。產(chǎn)酸菌與由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物配套使用可明顯降低稻田土壤中鎘的危害，使產(chǎn)出的大米達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。出的大米達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種降低稻田土壤中鎘危害的方法


[0001]本專利技術(shù)涉及一種降低稻田土壤中鎘危害的
，具體地，屬于一種利用產(chǎn)酸菌(CEM)與由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物降低稻田土壤中鎘的活性和稻田酸性土壤中水稻對(duì)鎘的利用度，從而使大米中鎘含量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的一種方法。

技術(shù)介紹

[0002]稻田受到鎘污染后會(huì)使所生產(chǎn)的大米中的鎘含量超出國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，因此修復(fù)受鎘污染的稻田土壤以解決“鎘大米”問(wèn)題已成當(dāng)務(wù)之急。常見的治理稻田鎘污染的方法有物理法、化學(xué)法和生物法三種，物理修復(fù)包括土壤混合法、土壤置換法、深耕法、熱回收法和電化學(xué)法等，混合法和置換法在鎘污染已呈面源污染之勢(shì)時(shí)已失去了治理的可行性，深耕法在水田中會(huì)受鎘的遷移影響，效果并不理想，熱回收法和電化學(xué)法都存在破壞土壤結(jié)構(gòu)和肥力，同時(shí)會(huì)造成二次污染的缺陷，不宜推廣應(yīng)用。化學(xué)法通常是采用大劑量羥基磷灰石、海泡石、生物炭、海藻酸鈉、硅酸鹽、無(wú)機(jī)硅肥、檸檬酸、酒石酸和EDTA等鈍化劑或還原劑，但受成本限制，一般只能小范圍使用。生物修復(fù)一般指植物修復(fù)和微生物修復(fù)，植物修復(fù)常種植一些對(duì)鎘吸收力強(qiáng)的水生植物如水葫蘆、蘆葦和茭草等，但在重污染區(qū)和種植水稻的稻田中缺乏可行性。微生物法通常采用產(chǎn)堿菌、假單胞菌和復(fù)合菌進(jìn)行治理，通過(guò)生物還原、氧化、催化、生物合成、生物降解或生物固化重金屬，是一種發(fā)展前景較好的治理方法，但大劑量使用會(huì)受到使用成本的制約，如果投放的菌劑劑量偏少時(shí)又會(huì)在與土著菌的競(jìng)爭(zhēng)中失去活性，因此，目前使用的微生物法仍存在著使用成本高和使用穩(wěn)定性差等問(wèn)題。除此之外，也有將幾種方法組合使用的治理方法，如利用化學(xué)填充劑作為微生物的附著物可明顯提高微生物在土壤中的存活率，但其成本也將隨之增加，是否能被市場(chǎng)接受仍有待觀察。
[0003]當(dāng)土壤的pH上升時(shí)，鎘與氫氧根結(jié)合后可生成氫氧化鎘沉淀，20℃時(shí)水中氫氧化鎘的溶解克數(shù)為0.2697mg/100ml，提高pH可以減少鎘的溶出，鎘的生物有效性也會(huì)隨之有所降低，當(dāng)土壤的pH降低時(shí)，鎘的溶出就會(huì)增加，鎘的生物有效性有所提高，所以在稻田土壤的鎘治理過(guò)程中一般都會(huì)選用產(chǎn)堿菌來(lái)提高土壤的pH，從理論上講產(chǎn)堿菌可以通過(guò)其代謝產(chǎn)物使土壤的pH值升高，但在鎘超標(biāo)的稻田中pH往往低于5.8，pH5.4～5.5的稻田十分普遍，而產(chǎn)堿菌分泌物對(duì)土壤pH的提升幅度通常僅為0.1左右，即便添加了化學(xué)填充劑也很難從根本上改變鎘超標(biāo)稻田土壤的pH，而且大劑量使用化學(xué)填充劑同樣存在著二次污染，在酸性的土壤中使用產(chǎn)堿菌通常很快就會(huì)失活，顯然其鎘的固定作用不及化學(xué)填充劑，因此酸性的稻田土壤中使用產(chǎn)堿菌其使用效果缺乏可持續(xù)性，穩(wěn)定性也較差。
[0004]產(chǎn)酸菌的代謝產(chǎn)物中富含具催化作用的酶類和具絡(luò)合作用的有機(jī)酸，代謝產(chǎn)生的二氧化碳水溶后形成碳酸根，可與鎘發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鎘沉淀，20℃時(shí)碳酸鎘在水中的溶解克數(shù)為0.03932mg/100ml，遠(yuǎn)小于氫氧化鎘的0.2697mg/100ml，因此鎘固定的效果更好。與產(chǎn)酸菌配套使用的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物不但養(yǎng)分足，而且可促進(jìn)產(chǎn)酸菌在稻田中增殖，菌劑稀釋1000倍后pH一般為6.5～6.9，pH值高于鎘超標(biāo)稻田(5.4～6.0)，因此使用產(chǎn)酸菌并不會(huì)使鎘超標(biāo)稻田的pH上升。更重要的是，產(chǎn)酸菌在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)不斷釋放出二氧化碳，而
碳酸鎘的生成將降低稻田土壤中鎘的生物活性，從而使鎘的危害得以降低，同時(shí)，產(chǎn)酸菌適合在中性或偏酸性的環(huán)境下生長(zhǎng)，比產(chǎn)堿菌更能適應(yīng)稻田的酸性環(huán)境，因此選用產(chǎn)酸菌進(jìn)行酸性稻田土壤鎘污染治理會(huì)更為有效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]解決的技術(shù)問(wèn)題：本專利技術(shù)針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，本專利技術(shù)采用微生物法治理稻田土壤鎘污染存在人工投加的菌群與土著菌群競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)境適應(yīng)的問(wèn)題，在使用成本的限制下，人工投加的菌群數(shù)量十分有限，因此在與土著菌群的競(jìng)爭(zhēng)中很難取得優(yōu)勢(shì)地位，這勢(shì)必會(huì)影響鎘污染治理的效果和治理后的穩(wěn)定性，利用產(chǎn)酸菌與由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾配套使用不但可以使產(chǎn)酸菌在呈酸性的稻田中形成優(yōu)勢(shì)菌群以提高治理效果，而且解決了人工投加的微生物菌群在與土著菌群的競(jìng)爭(zhēng)中活性下降并很快失效的問(wèn)題。鎘危害較嚴(yán)重的稻田通常呈酸性，當(dāng)pH低至5.4～6.0時(shí)產(chǎn)堿菌的活性下降較快且易失效，而且活性下降的狀態(tài)下其代謝產(chǎn)物升高pH的作用十分有限，產(chǎn)酸菌則不同，該菌適合在酸性的環(huán)境中生長(zhǎng)，可以彌補(bǔ)使用產(chǎn)堿菌等微生物制劑存在的使用效果不穩(wěn)定和難持續(xù)的缺陷。產(chǎn)酸菌的代謝產(chǎn)物中含有有機(jī)酸，有機(jī)酸具有羰基、羧基、羥基官能團(tuán)，可以絡(luò)合可交換態(tài)鎘，而代謝產(chǎn)物中的二氧化碳水溶后可生成碳酸根，可以與被有機(jī)酸絡(luò)合的鎘以及稻田中可交換態(tài)鎘進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鎘沉淀，從而達(dá)到固化稻田中有效鎘的目的。產(chǎn)酸菌代謝產(chǎn)物中的二氧化碳可以促進(jìn)藻類生長(zhǎng)，而藻類晚間呼吸所釋放的二氧化碳可以進(jìn)一步降低稻田中鎘的生物活性，從而使稻田中鎘的固定效果更加穩(wěn)定。有些微生物種類在稻田土壤鎘污染治理中已體現(xiàn)出其鎘固定的效果，但因?yàn)橹卫沓杀咎叨y以推廣應(yīng)用，本專利技術(shù)的產(chǎn)酸菌由濃縮液擴(kuò)培而成，擴(kuò)培的菌劑不但大幅度降低了使用成本，而且擴(kuò)培過(guò)程中菌劑的活性被激活，其治理效果可得到進(jìn)一步的提高。
[0006]技術(shù)方案：一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，步驟如下：產(chǎn)酸菌(CEM)和由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物配套使用，產(chǎn)酸菌在水稻分蘗期、抽穗期和灌漿期各施一次，分蘗期和灌漿期的施入量均為5～10kg/畝，抽穗期的施入量為0～10kg/畝，由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物在插秧前翻耕稻田時(shí)施入耕作層，用量為10～20kg/畝。
[0007]上述產(chǎn)酸菌在水稻分蘗期、抽穗期和灌漿期各施一次，分蘗期施入量均為10kg/畝，灌漿期和抽穗期的施入量均為5kg/畝，由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物在插秧前翻耕稻田時(shí)施入耕作層，用量為20kg/畝。
[0008]上述產(chǎn)酸菌由產(chǎn)酸菌濃縮液加30倍水稀釋后，在25～39℃溫度條件下密閉發(fā)酵3～10天培養(yǎng)而成。
[0009]上述產(chǎn)酸菌在35℃溫度條件下密閉發(fā)酵4天培養(yǎng)而成。
[0010]上述餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物的制備是在反應(yīng)器中加入餐廚垃圾，同時(shí)接種10vol.％～20vol.％的產(chǎn)酸菌，發(fā)酵24h即可得到含水率為5％～12％的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物。
[0011]上述餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物的制備是在反應(yīng)器中加入餐廚垃圾，同時(shí)接種20vol.％的產(chǎn)酸菌，發(fā)酵24h即可得到含水率為7％的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物。
[0012]上述在稻田中使用由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物，其用量占產(chǎn)酸菌總使用量的比例為30wt.％～200wt.％。
[0013]本專利技術(shù)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：1.產(chǎn)酸菌的代謝產(chǎn)物中含有有機(jī)酸和二氧化碳，有機(jī)酸的
羰基、羧基、羥基官能團(tuán)對(duì)鎘有絡(luò)合作用，二氧化碳水溶后生成的碳酸根與已被有機(jī)酸絡(luò)合的鎘和水中溶解態(tài)鎘反應(yīng)后可生成碳酸鎘沉淀，從而使呈酸性的稻田土壤中鎘的生物有效性得以降低。2.由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物與產(chǎn)酸菌配套使用，菌種間不會(huì)發(fā)生拮抗反應(yīng)，餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物中含有90％以上的有機(jī)質(zhì)可本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，其特征在于，步驟如下：產(chǎn)酸菌（CEM）和由產(chǎn)酸菌發(fā)酵而成的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物配套使用，產(chǎn)酸菌在水稻分蘗期、抽穗期和灌漿期各施一次，分蘗期和灌漿期的施入量均為5~10kg/畝，抽穗期的施入量為0~10kg/畝，由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物在插秧前翻耕稻田時(shí)施入耕作層，用量為10~20kg/畝。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，其特征在于，所述產(chǎn)酸菌在水稻分蘗期、抽穗期和灌漿期各施一次，分蘗期施入量均為10kg/畝，灌漿期和抽穗期的施入量均為5kg/畝，由產(chǎn)酸菌發(fā)酵的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)物在插秧前翻耕稻田時(shí)施入耕作層，用量為20kg/畝。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低稻田土壤中鎘危害的方法，其特征在于，所述產(chǎn)酸菌由產(chǎn)酸菌濃縮液加30倍水稀釋后，在25~39℃溫度條件下密閉發(fā)酵3~10天培...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋昌安，周鑫，吳亞紅，葉素銀，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇沃納生物科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：