CN113042522A - 一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法，包括在6月向露天矿开采伴生黏土区播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿(Medicago sativa)种子，然后在当年的6‑8月栽种柠条(Caraganakorshinskii)同时向其接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤。本发明提供的露天矿开采伴生黏土的生物改良方法可以对露天矿开采伴生黏土的改良提供有效的帮助并且可以促进植物生长，可以进行推广。

Description

一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法

技术领域

本发明属于土壤改良领域，涉及一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法，具体涉及一种利用柠条和紫花苜蓿联合种植与丛枝菌根真菌协同作用促进植物生长并改良露天矿开采伴生黏土的方法。

背景技术

丛枝菌根真菌(简称AMF)是自然界中普遍存在的一种土壤微生物，能够与大多数植物根系形成互惠共生体，调控退化生态系统的恢复与重建。AMF表面具许多外延菌丝生长在植物根际土壤中，形成根外菌丝网，扩大了植物根的吸收面积，可穿越根际范围的缺磷区以外的土壤吸收养分，有效增强了宿主植物对磷及矿质元素、水分的吸收能力，促进植物的生长发育；AMF侵染植物后，菌丝、植物根系、土壤颗粒有效的结合在一起，能够增强土壤结构的稳定性，改善土壤理化性状；AMF菌丝可进一步侵染与宿主植物相邻的植物根系，通过菌丝将大量的植物个体紧密联系在一起，从而促进了物质循环，维持了生态系统平衡，增强了区域群落结构的稳定性和多样性。

土壤有机质是土壤的重要组成成分，是植物营养的主要来源之一，能促进植物的生长发育，改善土壤的物理性质，促进微生物和土壤生物的活动，促进土壤中营养元素的分解，提高土壤的保肥性和缓冲性的作用。氮、磷、钾及矿物质是植物生长的重要物质基础，植物吸收营养元素的量与其生物量和产量呈显著正相关。露天矿开采产生的大量剥离物中含有大量的伴生黏土，该伴生黏土有机质含量较高，但养分含量低，黏粒含量高，保水性过强，不适宜直接种植植物。

露天煤矿开采造成的土地破坏在全球范围内一直受到高度重视，在露天矿开采过程中产生的大量剥离物堆置填沟后，形成了矿区大面积无植被覆盖、松散剥离土堆积而成的大型排土场，排土场重构过程中又会导致土壤重构更加复杂，表层土堆于下方而不适于种植植物的黏土堆于上方，彻底改变了原地貌的性质。中国大型露天矿主要位于中国东部草原区，该区具有年降雨量不足、土壤结构不良、土壤养分低的特点，因此，矿区排土场植被恢复与生态重建是当前亟待解决的问题。

发明内容

针对露天矿开采伴生黏土土质问题，本发明的目的是改良露天矿开采伴生黏土，促进植被生长，进行生态重建。本发明要解决的技术问题是如何利用不同植物组合方式与丛枝菌根真菌协同作用改良排土场的露天矿开采伴生黏土。

为解决上述技术问题，本发明提供一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法，包括在6月向露天矿开采伴生黏土区播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿(Medicagosativa)种子，然后在当年的6-8月栽种柠条(Caragana korshinskii)同时向其接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤。

在一些实施方案中，上述方法中，播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿种子时，所述紫花苜蓿种子的播种密度为5.8-6.5g/m²，优选6.0g/m²。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿种子时，所述丛枝菌根真菌菌剂与所述紫花苜蓿种子的质量比为0.5:1-1.5:1，优选1:1。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述栽种柠条同时向其接种丛枝菌根真菌菌剂包括如下步骤：挖穴，在穴中播撒所述丛枝菌根真菌菌剂，然后将沾浆后的柠条扶正于所述丛枝菌根真菌菌剂上，将土壤回填。

在一些实施方案中，上述方法中，所述穴的间距为(1.5-2.5)m×(0.5-1.5)m，优选为2m×1m；和/或

所述穴的长×宽×高为(35-45)cm×(35-45)cm×(35-45)cm，优选为40cm×40cm×40cm；和/或

每穴栽种1-3株柠条，优选2株柠条。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述柠条的平均株高为40-60cm，优选为50cm。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述丛枝菌根真菌菌剂在每个穴中的播撒量为40-60g，优选为50g。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述丛枝菌根真菌菌剂中孢子量为75-125个/g，优选100个/g。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述丛枝菌根真菌为摩西球囊霉(Glomus mosseae)，优选地，所述丛枝菌根真菌为摩西球囊霉BGC XJ01，其在中国丛枝菌根真菌种质资源库的编号为BGC XJ01。

在一些实施方案中，上述任一所述的方法中，所述露天矿开采伴生黏土区的土壤质地为：粒径为0.05～0.002mm粉粒重量含量4-8％、粒径小于0.002mm的黏粒重量含量92-96％。

为解决上述技术问题，本发明还提供上述任一所述的方法在促进植物生长和/或改良露天矿开采伴生黏土中的应用。

在一些实施方案中，上述应用中，所述植物为柠条。

在一些实施方案中，上述任一所述的应用中，所述露天矿开采伴生黏土区的土壤质地为：粒径为0.05～0.002mm粉粒重量含量4-8％、粒径小于0.002mm的黏粒重量含量92-96％。

本发明利用柠条和紫花苜蓿联合种植，并在种植区域内施加丛枝菌根真菌菌剂，通过植物与微生物的协同作用改良排土场上的伴生黏土。本发明提供的露天矿开采伴生黏土的生物改良方法可以对露天矿开采伴生黏土的改良提供有效的帮助并且可以促进植物生长，可以进行推广。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

摩西球囊霉(Glomus mosseae)BGC XJ01是一种丛枝菌根真菌，在文献“崔卫东,龙宣杞,侯新强等.黄萎病原菌胁迫对丛枝菌根化棉花幼苗根部防御性酶及超微结构的影响.新疆农业科学,2009,46(6):1235-1244”中公开过，公众可从神华宝日希勒能源有限公司获得，下述实施例中采用的菌剂为含有宿主植株(紫花苜蓿)根段和根外摩西球囊霉BGC XJ01菌丝体的砂土混合物，孢子量为100个/g菌剂。

紫花苜蓿(Medicago sativa)的种子为哈尔滨市润馥林商贸有限公司产品。

实施例1、利用柠条(Caragana korshinskii)和紫花苜蓿(Medicago sativa)联合种植与丛枝菌根真菌协同作用改良露天矿开采伴生黏土并促进植物生长

研究区概况

研究区位于内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗，南距呼伦贝尔市海拉尔区20km，北距额尔古纳市100km，该区属于大陆性亚寒带气候，冬季严寒，夏季较热。区内年平均气温-2.6℃，年平均降水量为315.0mm，年平均蒸发量为1344.8mm，降雨多集中在7、8、9月份，春季多东南风，冬季多西北风，风力3～5级，风速最大17m/s，年平均大风日为23.4d，年平均风速3.3m/s。本区平均年积雪日数为149.9d，最长积雪日178d，雷暴日数平均为23.5d，平均结冰期172d。

试验方案

试验区位于内蒙古呼伦贝尔市宝日希勒露天矿区排土场，每个试验小区面积为3000m²，每个试验小区的土壤均为露天矿开采伴生黏土，其土壤质地为：粒径为0.05～0.002mm粉粒重量含量4％、粒径小于0.002mm的黏粒重量含量96％，是典型的重黏土；其0-20cm土壤基本理化性质为：pH 7.8，电导率287μs/cm，最大持水量为42.54％，有机碳13.55g/kg，碱解氮86.9mg/kg，速效磷17.04mg/kg，速效钾145.71mg/kg。

共设置柠条单种(Ⅰ)、柠条苜蓿混种(Ⅱ)、柠条苜蓿混种接菌(Ⅲ)三个试验小区，三个处理组分别命名为N-CK组、NM-CK组和NM-M组。

一、2018年6月初于试验小区Ⅱ进行紫花苜蓿种子条播，种子密度为6.0g/m²，同时将丛枝菌根真菌菌剂与紫花苜蓿种子按质量比1:1混匀后于试验小区III进行紫花苜蓿种子条播，种子密度为6.0g/m²。

二、2018年6月底至7月初于每个试验小区栽种柠条(Caragana korshinskii)，栽种密度为2m×1m，栽种时平均株高为50cm，每个试验小区栽种1500株。具体步骤如下：

不接种丛枝菌根真菌：

在试验小区Ⅰ和试验小区Ⅱ以2m×1m的间距挖穴，穴的长×宽×高尺寸为40cm×40cm×40cm，每穴栽种2株柠条，栽种前对柠条根部进行沾浆处理，将沾浆后的柠条扶正于穴中，将土壤回填，后浇水达土壤最大饱和持水量；

接种丛枝菌根真菌：

在试验小区Ⅲ以2m×1m的间距挖穴，穴的长×宽×高尺寸为40cm×40cm×40cm，每穴栽种2株柠条，栽种前对柠条根部进行沾浆处理，每个穴中播撒丛枝菌根真菌菌剂50g，然后将沾浆后的柠条扶正于菌剂上，将土壤回填，后浇水达土壤最大饱和持水量。

三、样品采集

于2019年10月采集土样，具体方法为：按照“S”路线采样，随机选择5个点，去除表面约1cm的土样后，用无菌铁铲紧贴植物根系采集0-20cm深度的土壤约500g，作为根际土壤，土壤自然风干后，去除枯枝落叶等杂质，过1mm筛，以待备用。

四、指标测定

利用卷尺测量柠条的株高，每个小区随机选择20株进行测量，取其平均值作为最后结果；

利用SPAD测试仪测量叶片的叶色值；

利用Li-6400XT便携式CO₂/H₂O分析系统(Li-COR Inc.，Lincoln，Nebraska USA)，于晴朗无风的天气上午9:00～11:00，选择生长良好的柠条测定光合速率；

根际土壤速效磷含量用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定；

根际土壤速效钾含量用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；

根际土壤脲酶含量用次氯酸钠比色法测定。

五、结果分析

1、各处理组中植物生长状况

植物生长状况表明生命力强弱和环境适应能力；叶绿素含量是衡量植物营养和病虫害发生情况的重要指标，可用SPAD值表示叶绿素含量的高低；叶片的光合速率代表植物的光合能力。三种不同处理的植物生长状况如表1所示。表1表明，柠条苜蓿混种(NM-CK)组的株高、叶色值SPAD、叶片光合速率分别是柠条单种(N-CK)组的1.05、1.05、0.85倍；柠条苜蓿混种接菌(NM-M)组的株高、叶色值SPAD、叶片光合速率分别是柠条苜蓿混种(NM-CK)组的1.06、1.29、1.48倍；柠条苜蓿混种接菌(NM-M)组的株高、叶色值SPAD、叶片光合速率分别是柠条单种(N-CK)组的1.11、1.36、1.26倍。以上数据说明利用苜蓿与柠条联合种植协同丛枝菌根真菌联合作用可以促进植物的生长。

表1

注：表1中的数据为20个重复的平均值，同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

2、各处理组中植物根际土壤相关指标监测

土壤养分高低代表着土壤的肥力大小，代表着其能生长植物的好坏。土壤速效磷与速效钾是土壤中易被植物吸收利用的磷与钾；土壤脲酶是土壤中最为活跃的水解酶类之一，其活性可以反映土壤的供氮能力，在土壤氮素循环中具有重要的作用。由表2可知，各处理组中土壤速效磷含量、速效钾含量、脲酶活性变化规律均为：NM-M>NM-CK>N-CK。柠条苜蓿混种(NM-CK)可以提高土壤速效磷与速效钾含量、脲酶活性；柠条苜蓿混种接菌(NM-M)组的速效磷含量、速效钾含量、脲酶活性分别是柠条单种(N-CK)组的1.35、1.48、1.29倍，对土壤的改良效果更加明显。

表2

注：表2中数据为5个重复的平均值，同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

从表1和表2的结果可以看出，利用苜蓿与柠条混种对采矿伴生黏土有改良效果；再接种丛枝菌根真菌后，不仅可以促进植物生长，而且可以更有效的改良采矿伴生黏土。所以，本发明提供的露天矿开采伴生黏土的生物改良方法可以对露天矿开采伴生黏土的改良提供有效的帮助并且可以促进植物生长，可以进行推广。

Claims (10)

1.一种露天矿开采伴生黏土的生物改良方法，包括在6月向露天矿开采伴生黏土区播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿(Medicago sativa)种子，然后在当年的6-8月栽种柠条(Caragana korshinskii)同时向其接种丛枝菌根真菌菌剂的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿种子时，所述紫花苜蓿种子的播种密度为5.8-6.5g/m²。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：播种与丛枝菌根真菌菌剂混匀的紫花苜蓿种子时，所述丛枝菌根真菌菌剂与所述紫花苜蓿种子的质量比为(0.5-1.5):1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述栽种柠条同时向其接种丛枝菌根真菌菌剂包括如下步骤：挖穴，在穴中播撒所述丛枝菌根真菌菌剂，然后将沾浆后的柠条扶正于所述丛枝菌根真菌菌剂上，将土壤回填。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述穴的间距为(1.5-2.5)m×(0.5-1.5)m；和/或

所述穴的长×宽×高为(35-45)cm×(35-45)cm×(35-45)cm；和/或

每穴栽种1-3株柠条。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于：所述柠条的平均株高为40-60cm。

7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于：所述丛枝菌根真菌菌剂在每个穴中的播撒量为40-60g。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于：所述丛枝菌根真菌菌剂中孢子量为75-125个/g。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：所述丛枝菌根真菌为摩西球囊霉(Glomus mosseae)。

10.权利要求1-9任一项所述的方法在促进植物生长和/或改良露天矿开采伴生黏土中的应用。