[发明专利]一种高效生物转化污染土壤有机结合态镉的菌株及应用

说明书

本发明属于微生物及环境科学技术领域，具体涉及一种高效生物转化重金属污染土壤中有机结合态镉的菌株及其应用。本发明提供了能高效生物转化土壤中有机结合态镉的一种新的微生物菌株(Paraburkholderia)，将其命名为Paraburkholderia fungorum strain ZW，该微生物菌株能将稻田土壤中难去除、易转化的有机结合态镉高效转化成可溶态镉，将Paraburkholderia fungorum strain ZW菌株用于处理镉污染土壤，总镉的去除率为14.08％，有效镉的去除率为29.22％，有机结合态镉的去除率为50.46％，且周期短，费用低，不产生二次污染，易于推广。

技术领域

本发明属于微生物及环境科学技术领域，具体涉及一种高效生物转化污染土壤有机结合态镉的菌株及应用。

背景技术

据报道，自上世纪五十年代初日本出现骨痛病以来，全球排放到生态环境中的重金属镉(Cd)元素达到2万吨左右，其中80％-90％的Cd进入土壤。2003年调查表明，被重金属Cd、As、Pb和Cr等污染的耕地面积约两千万公顷，占总耕地面积的五分之一，其中Cd污染耕地关联11个省25个地区。由国家环保部与国土资源部牵头，在2005-2013年首次开展了全国各地土壤污染状况调查，结果表明土壤重金属污染治理刻不容缓。重金属Cd污染物不能被化学或生物降解，易通过食物链途径在植物、动物和人体内积累，毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。

重金属Cd大部分富集在土壤表层，从上向下沿土壤剖面逐层递减，并且只有极少部分会在特定条件下向深层移动。对Cd的生物毒性分析表明，Cd的生物有效性及危害程度不仅与总Cd含量有关，还与它在生态环境中的形态分布差异造成的迁移转化能力有关。已有研究表明在淹水培养条件下，添加适量的有机质(如绿肥，有机肥料等)于土壤中，会明显增加有机结合态及硫化物结合态Cd含量，并且显著降低可交换态Cd含量。土壤中丰富的有机质及各种植物所需要的有机肥料大量添加导致极易形成有机结合态Cd。并且有机结合态Cd的迁移、转化能力介于碳酸盐结合态Cd和残渣晶格结合态Cd之间，外界条件的剧烈变化可能会导致转化为更高生物活性的Cd形态。因此这些难去除，大量积累的有机结合态Cd一直是农业生产以及生态环境安全的潜在威胁。

为了实现农田土壤重金属镉污染的快速、高效修复，目前已有的治理技术大都集中在钝化、阻隔和高富集植物转化两大类。其中，由于传统的物理化学方法的局限性以及钝化与阻隔技术很难从根本上、长久性地解决水稻生产中重金属污染的问题；高富集植物转化技术由于针对性较强以及植物生长周期长引起的效率问题也难以在短时间内实现对重金属污染农田土壤的快速修复；而微生物法在土壤重金属污染研究中具有重要作用，以比表面积大、数量多、代谢旺盛且来源广泛、操作简单，不造成二次污染等优点脱颖而出，成为近年来新兴的技术，具有广阔的发展前景。例如，李洁等人通过将1％的黑曲霉接种在1.5％的土浆浓度中进行生物浸出，在11天时达到最大浸出率67.4％。再如研究发现，在高浓度的镉污染土壤条件下，新根瘤菌属T1-17菌株和耐重金属巨大芽孢杆菌H3可以降低79.2％～96.1％的可溶性Cd，并能增加水稻产量。上述微生物菌剂存在浸出率低，周期长等问题，而且对于难去除、大量积累的有机结合态Cd去除效率较低。

微生物修复技术如今已是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术，然而对于有机物含量丰富的土壤体系，通过转化土壤中Cd形态(尤其是有机结合态镉)来去除重金属Cd污染的研究较少。这对于未来定点定量的去除重金属Cd的工业化进程有极大的推动作用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明通过筛选对土壤有机结合态镉具有转化作用的微生物，将土壤中有机结合态镉活化转变为可交换态镉，通过水洗后经吸附材料回收或植物富集的方法将重金属镉较为彻底的从土壤中去除，以达到快速，有效治理镉污染的目的。