CN102640590A

CN102640590A - 应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法

Info

Publication number: CN102640590A
Application number: CN2012101256980A
Authority: CN
Inventors: 郭伟; 赵仁鑫; 付瑞英; 赵文静; 赵吉; 王立新; 张君
Original assignee: Inner Mongolia University
Current assignee: Inner Mongolia University
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明公开了一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，属于矿山废弃地生态修复技术领域。方法的步骤如下：(1)准备丛枝菌根真菌的接种剂；(2)在稀土尾矿砂上覆土4～16厘米；(3)在表土2～4厘米处接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)等丛枝菌根真菌；(4)种植玉米(Zea mays L.)等作物；(5)进行正常的田间水分和施肥管理；(6)生长60～180天后，收获植物体，进行后处理。本发明的优点是所采用的丛枝菌根真菌易与植物共生，提高植物对矿质养分的获取能力，减轻稀土元素对植物的毒害作用，促进植物在稀土尾矿上的定植和生长；该方法植被恢复成功率高，工艺简单，适用于稀土尾矿的治理。

Description

应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法

技术领域

本发明属于矿山废弃地生态修复技术领域，涉及一种应用丛枝菌根真菌技术进行废弃稀土尾矿植被生态恢复的方法。

背景技术

中国是世界上稀土资源最丰富的国家，成矿条件有利、矿床类型齐全、分布面广且相对集中。全国三分之二的省区都发现有稀土矿床，矿区达130个以上，主要分布在内蒙古、江西、广东、四川、山东、贵州等省区，形成北、南、西、东的分布格局，并且有北轻稀土南重稀土的分布特点。中国稀土产业在世界上占有资源储量、稀土产量、稀土销售量和稀土用量四个第一。目前，中国已经成为世界上唯一可以大量供应不同品种及不同品级稀土产品的国家，在世界稀土市场上具有支配和主导地位。稀土被称为“工业黄金”，我国对稀土的应用始于20世纪60年代中期。迄今为止的半个世纪里，稀土元素被广泛应用于军事、冶金、石化、新材料等领域，已涉及国民经济中14个领域，近40个行业。我国稀土产量占全球80％以上，从上世纪90年代开始，就成为世界上最大的稀土开采国。大量稀土企业的发展，在一定程度上仍是以资源的过量消耗和生态环境的破坏为代价的。稀土矿山的开采中，任意堆积的稀土尾矿和残渣中不仅仍含有大量的稀土，同时还含有与矿物伴生的重金属元素，如果不经妥善处理或不加防护措施，稀土和重金属势必发生迁移转化，对矿区和周边的生态环境造成严重的污染。受高技术产业迅速发展的拉动，对稀土材料的需求将会迅速增加，可以预想中国不但将继续主导稀土原料市场，而且将在稀土新材料的供应方面起越来越重要的作用。但是，稀土生产带来的生态破坏与环境污染问题日趋突出，已成为制约我国稀土产业可持续健康发展的关键，降低了我国稀土在国际市场中的竞争力，严重阻碍了稀土在我国继续发挥其资源优势的作用。其中，稀土尾矿导致的生态破坏与环境污染问题最为严重，目前仍没有受到充分的重视，也没有得到及时有效的治理。因此，在我国深入的开展稀土矿区生态环境治理技术的研究是十分迫切的，是亟待解决的问题，研究结果将对解决我国稀土矿藏开采所带来的生态与环境污染问题具有十分重要的理论和现实意义。同时，从合理利用土地资源和保护矿区居民生活环境的长远大局出发，也迫切需要研究治理稀土尾矿废弃地的可行技术，但迄今为止针对稀土尾矿废弃地尚没有可行的经济、高效、实用的原位治理技术。

我国的矿产资源利用率很低，其总回收率比发达国家低20％。因此，在我国长期的大规模采矿活动已导致了大量的废弃尾矿，是引发重大环境问题的污染源。其突出表现在侵占土地资源、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染和土壤污染等。在得不到及时治理的情况下，尾矿的排放和堆存会对矿区生态环境产生一系列深远的环境问题，制约了当地的社会经济发展并危及农牧业生产和人体健康。

目前，国内外已应用的尾矿治理技术有物理、化学工程措施和生态恢复等几种方式。物理方法如利用水泥构筑固定，化学方法如添加化学螯合剂降低尾矿中金属活度，但物理方法和化学方法通常成本很高，而且没有从根本上消除环境污染风险。从长远考虑，生态恢复被认为是解决尾矿废弃地土地利用和环境问题的最终也是最佳途径。在尾矿废弃地重建植被可以永久性固定尾矿砂，防止污染物扩散，从根本上改善矿区生态环境，而且在一定条件下可以引种作物或经济植物，达到尾矿废弃地复垦的目的。一定程度上可以说在金属尾矿废弃地重建植被不仅具有良好生态效益与社会效益，而且最为经济可行。例如，中南林业科技大学田大伦等在其专利(锰矿区废弃地植被恢复方法，申请号：200810031559.5)中公开了一种利用栾树、杜英、千头柏、棕榈、冬青卫矛、荷花玉兰、海桐等树种进行锰矿区废弃地植被恢复的方法。内蒙古大学郭伟等在其专利(草原生态系统铁尾矿废弃地植被的丛枝菌根真菌恢复方法，公开号：CN102204435A)中也公开了一种利用菌根技术进行铁尾矿植被恢复的方法。但这两个专利中所涉及的金属尾矿类型分别为锰尾矿和铁尾矿，与稀土尾矿有着本质的区别，其对植物的毒害作用也不同，因此不同类型金属尾矿的植被恢复情况也存在显著差异。由于矿山开采所导致的恶劣生境，金属尾矿废弃地具有极端生态条件，存在着许多不利于植被重建的因素，植物定居和生长困难，植被的生态恢复是极其困难和缓慢的过程。在各类植物共生微生物中，菌根真菌是直接联系土壤和植物根系的一类，可通过多种途径影响土壤环境、改善植物矿质营养状况和促进植物生长发育过程，在植物逆境生理及群落稳定中也发挥着重要作用。研究显示，丛枝菌根真菌的存在对于帮助植物克服金属尾矿基质逆境将是一项有效的技术措施，可以显著地减少尾矿砂上的覆土厚度，降低成本，增强不同植物在覆土尾矿砂上的定植存活和生长，加速金属尾矿废弃地的植被生态恢复过程。基于此，本发明提出了一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的新方法。

发明内容

本发明针对稀土尾矿废弃地的治理，提供了一种操作简便、经济高效、实用可行、效果优良的应用丛枝菌根真菌技术进行稀土尾矿废弃地植被生态恢复的方法。其目的在于辅助植物适应稀土尾矿的特殊生存环境，提高植物对尾矿所含有的稀土等污染元素的抗性和获取矿质养分的能力，改善土壤结构，并有助于迅速建立植物群落。本方法包括以下步骤：

(1)准备丛枝菌根真菌的接种剂，菌种包括摩西球囊霉(Glomus mosseae)、地表球囊霉(Glomus versiforme)、根内球囊霉(Glomus intraradices)、幼套球囊霉(Glomusetunicatum)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)、苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)、扭形球囊霉(Glomus tortuosum)、透光球囊霉(Glomus diaphanum)；具体方法是将丛枝菌根真菌的菌种以玉米和三叶草为宿主扩繁，扩繁基质为沙土(河沙∶低磷土质量比为1∶1)，扩繁后取其含有丛枝菌根真菌孢子、根外菌丝及被侵染寄主植物根段的根际土为接种剂；

(2)在稀土尾矿砂上覆土4～16厘米；

(3)在表土下2～4厘米处接种扩繁好的丛枝菌根真菌的接种剂，施入剂量为每亩10～60公斤；

(4)在已覆土稀土尾矿表层撒播粮食作物种子，粮食作物种子包括玉米(Zea mays L.)、高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)、小麦(Triticum aestivum L.)、大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)；种植密度为每平方米2～5行，每行3～7株；

进行水分、施肥等正常的田间管理；正常的田间水分管理为植物全生长期共浇水3～6次，分别在四月中旬、6月中旬、7月初、7月中下旬、8月中旬和9月初期间；正常的田间施肥管理为每亩施用尿素20～50公斤，磷酸二铵8～15公斤，氯化钾10～15公斤；

植物生长60～180天后，收获植物体，进行后处理；收获的植物晒干后测定相关指标，如符合《饲料卫生标准》可作牲畜饲料，如不符合相关标准转移后集中焚烧填埋处理。

本发明的优点是所采用的丛枝菌根真菌易与植物共生，在营养元素极度缺乏的稀土尾矿基质中，能够促进植物对必需营养元素氮、磷、钾等的吸收和利用，从而改善植物的生长状况。同时，通过球囊霉素的螯合作用和菌丝的过滤与固持作用等钝化稀土元素，增加植物对稀土元素的忍耐性；或降低植物对稀土元素的吸收和转运，从而减轻稀土元素的毒害作用，增强植物在覆土稀土尾矿基质中的定植存活和生长。显著降低了稀土尾矿废弃地植被生态恢复的覆土厚度，从而降低了稀土尾矿废弃地的治理成本及显著改善了稀土尾矿废弃地的植被生态恢复效果。该方法植被恢复成功率高、效果优良、技术工艺简单，相比同类方法成本较低，美观安全，易于推广应用，具有巨大的应用前景和市场需求。对稀土尾矿废弃地的植被生态恢复效果好，适用于稀土尾矿废弃地的治理。该方法的推广应用对于有效改善稀土矿区由于尾矿废弃地所造成的极度退化的生态环境、提高因稀土矿藏开采所导致的矿区生态破坏与环境污染的治理效果具有重要的作用。

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步的说明，但其并不影响本发明的保护范围。以下所使用的菌剂产品购自“中国丛枝菌根真菌种质资源库(BGC)”，菌剂载体为干河沙，菌剂产品编号即为菌种编号。

实施例1：

稀土尾矿砂和覆土均取自白云鄂博稀土矿区，过2毫米土壤筛，120℃高温蒸汽灭菌2小时，杀灭土著菌根真菌后装于塑料盆钵中(上口径为14.5厘米，下口径为10.2厘米，高度为12.5厘米)。稀土尾矿砂pH为7.08，有机质含量为0.3％，全磷含量为0.646％，速效磷为60.8mg/kg，稀土尾矿中含镧(La)为12460mg/kg、铈(Ce)为26956mg/kg、镨(Pr)为5199mg/kg、钕(Nd)为7800mg/kg、钐(Sm)为544mg/kg、铕(Eu)为83mg/kg、钆(Gd)为92mg/kg、铽(Tb)为41mg/kg、镝(Dy)为8.9mg/kg、钬(Ho)为3.9mg/kg、铥(Tm)为8.8mg/kg、镱(Yb)为7.8mg/kg、镥(Lu)为3.3mg/kg、钇(Y)为140mg/kg；土壤pH为7.30，有机质含量为0.36％，全磷含量为0.13％，全氮含量为0.021％，速效磷为81.6mg/kg。丛枝菌根真菌的菌种以玉米和三叶草为宿主扩繁，扩繁基质为沙土(河沙∶低磷土质量比为1∶1)，扩繁后取其含有丛枝菌根真菌孢子、根外菌丝及被侵染寄主植物根段的根际土为接种剂。

每盆装稀土尾矿砂1000克，厚度为7厘米，其上覆盖土壤350克，厚度为3厘米，接种丛枝菌根真菌处理分别加入摩西球囊霉(Glomus mosseae，BGC XJ01)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum，BGC HEB07A)、根内球囊霉(Glomus intraradices，BGC BJ09)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum，BGC HK02D)的接种剂各50克，不接种处理加入同量的灭菌菌剂，然后再在其上覆土250克，厚度2厘米，共覆土600克，总覆土厚度为5厘米，加水至田间持水量的80％，静置过夜。玉米和大豆种子经催芽处理48小时露白后，选取出芽均一的种子每盆播种6粒。当植物出苗后按照普通农作物的管理办法进行管理；出苗10天后间苗，每盆留长势相近的2株，60天后收获植物样品，分析植物样品生物量、植物体氮、磷、钾浓度以及稀土浓度。

植物生长60天后，与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使玉米地上部生物量增加了195％、235％、160％和288％，地下部生物量分别增加了246％、196％、147％和286％。与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使大豆地上部生物量增加了3.4％、15.9％、22.1％和24.8％，地下部生物量分别增加了35.5％、35.8％、52.3％和39％。与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使玉米地上部氮含量增加了136％、140％、147％和169％，地下部氮含量分别增加了219％、99％、130％和182％；分别使玉米地上部磷含量增加了140％、276％、209％和239％，地下部磷含量分别增加了265％、209％、231％和196％；分别使玉米地上部钾含量增加了160％、230％、6.6％和220％，地下部钾含量分别增加了280％、214％、226％和345％。与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使大豆地上部氮含量增加了23％、31％、78％和43％，地下部氮含量分别增加了9.1％、15％、31％和8.4％；分别使大豆地上部磷含量增加了164％、221％、183％和206％，地下部磷含量分别增加了52％、228％、268％和187％；分别使大豆地上部钾含量增加了21％、50％、41％和48％，地下部钾含量分别增加了36％、48％、80％和35％。与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使玉米地上部镧的浓度增加了178％、31％、890％和188％，地下部镧的浓度分别增加了108％、11％、45％和193％；分别使玉米地上部铈的浓度增加了131％、2％、821％和35％，地下部铈的浓度分别增加了81％、15％、40％和111％；分别使玉米地上部镨的浓度增加了159％、5.6％、1032％和55％，地下部镨的浓度分别增加了56％、9.4％、29％和78％；分别使玉米地上部钕的浓度增加了130％、30％、499％和54％，地下部钕的浓度分别增加了85％、20％、46％和111％。与不接种处理相比较，接种摩西球囊霉、幼套球囊霉、根内球囊霉、聚丛球囊霉分别使大豆地上部镧的浓度减少了57％、43％、55％和20％，地下部镧的浓度分别减少了36％、58％、42％和19％；分别使大豆地上部铈的浓度减少了64％、54％、66％和26％，地下部铈的浓度分别减少了33％、56％、41％和16％；分别使大豆地上部镨的浓度减少了57％、45％、59％和16％，地下部镨的浓度分别减少了29％、50％、38％和11％；分别使大豆地上部钕的浓度减少了59％、50％、62％和19％，地下部钕的浓度分别减少了32％、57％、41％和14％。

Claims

1.一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备丛枝菌根真菌的接种剂；

(2)在稀土尾矿砂上覆土4～16厘米；

(3)在表土下2～4厘米处接种丛枝菌根真菌的接种剂，施入剂量为每亩10～60公斤；

(4)在已覆土的稀土尾矿表层撒播粮食作物的种子，种植密度为每平方米2～5行，每行3～7株；

(5)进行正常的田间水分管理和施肥管理；

(6)植物生长60～180天后，收获植物体，进行后处理。

2.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述(1)步中丛枝菌根真菌包括摩西球囊霉(Glomus mosseae)、地表球囊霉(Glomusversiforme)、根内球囊霉(Glomus intraradices)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)、苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)、扭形球囊霉(Glomustortuosum)、透光球囊霉(Glomus diaphanum)。

3.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的准备接种剂，包括制备接种剂，方法是将丛枝菌根真菌的菌种以玉米和三叶草为宿主扩繁，扩繁基质为沙土(河沙∶低磷土质量比为1∶1)，扩繁后取其含有丛枝菌根真菌孢子、根外菌丝及被侵染寄主植物根段的根际土为接种剂。

4.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的粮食作物种子包括玉米(Zea mays L.)、高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)、小麦(Triticum aestivum L.)、大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)。

5.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的正常的田间水分管理为植物全生长期共浇水3～6次，分别在四月中旬、6月中旬、7月初、7月中下旬、8月中旬和9月初期间。

6.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的正常的田间施肥管理为每亩施用尿素20～50公斤，磷酸二铵8～15公斤，氯化钾10～15公斤。

7.根据权利要求1所述一种应用丛枝菌根真菌技术恢复稀土尾矿植被的方法，其特征在于：所述步骤(6)中的进行后处理为收获的植物晒干后测定相关指标，如符合《饲料卫生标准》可作牲畜饲料，如不符合相关标准转移后集中焚烧填埋处理。