CN114375635A

CN114375635A - 菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用

Info

Publication number: CN114375635A
Application number: CN202210102812.1A
Authority: CN
Inventors: 曹书苗; 杨凡; 张海涵
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-04-22

Abstract

本发明提供了菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用，其制备原料包括娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74和动物粪便；所述娄彻氏链霉菌保藏号为CCTCC M 2016123，于2016年3月14日保藏在中国典型培养物保藏中心。所述菌肥基质可显著促进旱区植物根系及地上部分生长，提高植物对干旱胁迫的抗性生理生化，增加植物生物量，且生产成本低、环境适宜性强，可在旱区露天矿排土场土壤改良及植被恢复中应用推广，特别对偏碱性土壤生态退化区植被恢复效果良好。

Description

菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用

技术领域

本发明涉及矿山生态修复领域，具体涉及一种菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用。

背景技术

煤炭是我国主要的能源矿产资源，长期采煤造成了矿区环境恶化和生态受损，特别是露天煤矿开采由于高强度剥离上覆地层，剥离后的岩土、采矿废弃物、废渣搬运堆积形成松散的排土场，不仅侵占了露天煤矿一半以上用地，使原生自然生态环境严重退化；因排土场土壤结构性能差、肥力水平低下、植被自然恢复困难，生态环境更加脆弱。通过加快煤矿排土场生态修复，促使矿山经济价值再生，实践再造绿水青山的生态理念，具有重要的生态、经济及社会综合效益。因此，如何快速修复露天煤矿排土场植被生态已成为当前普遍关注和急需解决的重要问题。

传统的露天煤矿排土场植被恢复是在重构土层上改良表层土壤基质，常用一些如粉煤灰、风化煤等土壤替代材料，或添加草炭、秸秆等土壤改良剂，或是研究不同植物组合与耕作方式等单一方法。而煤矿排土场植被是以改良土壤为基础，植被和微生物共同参与的相互作用过程，关键是土壤-植被系统的协同恢复。

微生物应用于露天矿植被生态修复已有报道，可获得较好的恢复效果。常用的有内生真菌和菌根真菌等真菌，但因真菌对所侵染的植物种类有一定的选择性，且菌种扩繁复杂，制剂化生产困难，成本较高，大面积推广受到一定限制。此外，常用的修复菌单一加入土壤，对旱区土壤的适应性和存活率往往不确定，对较贫瘠土壤结构改良及土壤的肥力快速提升效果受限，不利于技术的广泛推广。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用，而该菌肥基质在旱区露天煤矿植被生态修复方面的相关研究未见报道。所述菌肥基质可显著促进旱区植物根系及地上部分生长，提高植物对干旱胁迫的抗性生理生化，增加植物生物量，且生产成本低、环境适宜性强，可在旱区露天矿排土场土壤改良及植被恢复中应用推广，特别对偏碱性土壤生态退化区植被恢复效果良好。

本发明通过以下技术方案实现：

一种菌肥基质，其制备原料包括娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74和动物粪便；

所述娄彻氏链霉菌保藏号为CCTCC M 2016123，于2016年3月14日保藏在中国典型培养物保藏中心。

优选的，动物粪便为牛粪或羊粪。

所述的菌肥基质的配制方法，包括：

将娄彻氏链霉菌经固态发酵制备成粉状的活性菌剂；

将动物粪便经高温杀菌、调整酸碱度、腐熟发酵制成有机肥；

将活性菌剂和有机肥混匀，得到所述菌肥基质。

优选的，活性菌剂中活菌数≥2.0×10⁹cfu/克，按照质量百分数计，菌肥基质含水量≤20％。

优选的，调整酸碱度具体是调节pH值为6.0-6.5，腐熟发酵的温度为60-70℃。

优选的，活性菌剂和有机肥的质量比为1：(100-200)。

娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用。

所述的菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用。

优选的，将菌肥基质按3000kg/公顷旋耕施入旱区露天煤矿排土场表层土壤，耕深，种植植被。

优选的，所述植被为碱茅、扁穗冰草、紫花苜蓿或红豆草。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用一株抗逆性强及促生效果好的娄彻氏链霉菌D74作为修复菌，菌固态发酵后所得活性菌剂，配以腐熟的动物粪便为原料混合制备得到菌肥基质，研究表明所述菌肥基质可显著促进旱区退化煤矿排土场植物根系及地上部分生长，提高植物对干旱胁迫的抗性生理生化，增加植物生物量，进而可加快旱区排土场植被生态恢复，适用于旱区露天煤矿排土场植被恢复。关于该菌肥基质在露天煤矿植被生态修复方面的研究未见报道。本发明无须添加其它化学成分，绿色环保，可加快旱区植被恢复，且对人畜和环境不会产生危害和污染，宜于在多区域大面积煤矿退化生态区植被恢复中推广使用。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。

本发明采用的修复菌为娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74，保藏号为CCTCC M 2016123，于2016年3月14日保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国湖北省武汉市武昌珞珈山，邮编430072；其16S rD NA序列如SEQ ID No.1所示。

本发明所述的菌肥基质，制备原料包括娄彻氏链霉菌和粪便。

本发明所述的菌肥基质的配制方法，包括：

(1)将娄彻氏链霉菌D74，经固态发酵制备成粉状活性菌剂，活菌数≥2×10⁹cfu/克，含水量≤20wt％。

所述对娄彻氏链霉菌D74的固态发酵是指：将娄彻氏链霉菌D74的液态菌种接种到固态发酵培养基，在灭菌培养盘中28℃培养5天；40℃低温烘干，粉碎即可。

所述液态菌种是指：将娄彻氏链霉菌D74在公知的高氏1号斜面28℃下培养7天，再通过液态发酵工艺发酵，发酵培养基为可溶性淀粉2％、钙粉0.5％、NaCl 0.05％、KNO₃0.1％、K₂HPO₄ 0.05％、MgSO₄ 0.05％、FeSO₄ 0.001％，pH 7.0，温度28℃，7天后结束发酵。

(2)将生牛粪或羊粪经高温杀菌腐熟发酵，调节含水量为45wt％-50wt％，pH值为6.0-6.5，发酵温度为60-70℃，7天后结束发酵，45℃烘干至含水率≤20wt％，有机质含量≥40wt％，即得腐熟的有机肥。

(3)将步骤(1)的活性菌剂和步骤(2)有机肥按质量比为1：(100-200)混匀，无任何化学添加物质，即为所述菌肥基质。

本发明所述的菌肥基质适用于我国北方中性和偏碱性土壤，对旱区露天煤矿排土场植被恢复效果好，具体是：

将菌肥基质按3000kg/公顷旋耕施入排土场表层土壤，耕深10cm，待种植。

实施例1

1、娄彻氏链霉菌D74液态菌种制备

将公知的高氏1号斜面娄彻氏链霉菌D74通过液态发酵工艺发酵，发酵培养基为可溶性淀粉2％、钙粉0.5％、NaCl 0.05％、KNO₃ 0.1％、K₂HPO₄ 0.05％、MgSO₄ 0.05％、FeSO₄0.001％，pH 7.0，温度28℃，7天后结束发酵。

2、菌种固态发酵

将娄彻氏链霉菌D74的液态菌种接种到固态发酵培养基，在灭菌培养盘中28℃培养5天，低温烘干，含水量≤20％，活菌数为4.9×10¹⁰cfu/克，粉碎即为活性菌剂。

3、有机肥腐熟发酵

将生牛粪调节含水量为45wt％，pH值为6.3，发酵温度为60-70℃，7天后结束发酵，45℃烘干至含水率≤20wt％，有机质含量为41.2wt％，即得腐熟有机肥。

4、菌肥基质制备

将步骤2中获得的固态发酵菌剂和步骤3中腐熟发酵的有机肥按质量比为1∶150的比例混匀，无需任何化学添加物质，即得菌肥基质。

实施例2

1、娄彻氏链霉菌D74液态菌种制备(方法同实施例1)

2、菌种固态发酵(方法同实施例1)

3、有机肥腐熟发酵

将生牛粪调节含水量为50wt％，pH值为6.1，发酵温度为60-70℃，7天后结束发酵，45℃烘干至含水率≤20wt％，有机质含量为43.1wt％，即得腐熟有机肥。

4、将步骤2中获得的固态发酵菌剂和步骤3中腐熟发酵的有机肥按质量比为1∶200的比例混匀，无需任何化学添加物质，即得菌肥基质。

实施例3

本发明提供一种菌肥基质适用于旱区偏碱性露天煤矿排土场的植被恢复

1、所用的试验材料及其对试验材料的处理

(1)所述菌为娄彻氏链霉菌(Streptomyces roche)D74，从中国西北特殊生境土壤分离而来，由西北农林科技大学提供。

(2)所述旱区排土场为新疆黑山露天煤矿排土场，经纬度87.556°E 43.238°N，海拔2520m，属于高海拔区域；年降水量201.00mm，年蒸发量3744mm，年均风速3.50m/s，属大陆性干旱气候；土壤类型主要为棕钙土，排土场土壤为偏碱性，pH均值为8.2，耕层土壤含水量约为7.5％，严重缺水，生态环境极为脆弱，植被恢复难度极大。

(3)修复植物选择多年生草本植物碱茅(Puccinellia distans L.)和扁穗冰草(Agropyron cristatum L.)、豆科植物紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和红豆草(Onobrychis taneitica Spreng L.)共4种，购买自北京翌森生态科技有限公司。

2、原位试验方案

试验设对照(CK)处理，为不加菌肥基质；菌肥基质(Act+OF)配施处理，为实施例1中所得菌肥基质；每个处理重复3次。

每种植物共有6个小区，每个小区面积2m×3m，小区间设1m宽隔离带，4种植物共24个小区。种植时间选择气温在10-20℃的夏初进行。

将菌肥基质按3000kg/公顷旋耕施入排土场表层土壤，耕深10cm。修复植物种子均按播种密度30g/m²均匀播撒。

3、测试方法

植物自然生长3个月后，随机采集植物鲜样，用水冲洗干净，再用吸水纸吸干，一部分立即测定植物生物量，另一部分干冰冻存带回实验室快速测定抗性生理生化指标。

超氧化物歧化酶(SOD)采用氮蓝四唑还原法，过氧化物酶(POD)采用愈创木酚显色法，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸比色法，可溶性糖采用蒽酮比色法测定。

4、原位试验结果

(1)植物生长：对修复后的植物生态学特性进行考察，结果见表1。由表1看出，较不施菌肥基质对照相比，菌肥基质处理均可显著促进4种供试植物生长。较对照相比，碱茅、扁穗冰草、紫花苜蓿和红豆草根系鲜重分别增加了188.36％、460.24％、469.49％和136.13％，茎叶鲜重分别增加了396.93％、460.09％、53.24％和177.86％，总鲜重分别增加了302.05％、459.93％、213.36％和165.60％；其中，菌肥基质处理扁穗冰草和紫花苜蓿根系生物量分别是对照的5.6倍和5.7倍，碱茅和扁穗冰草茎叶生物量分别是对照的5倍和5.6倍。方差分析结果显示，菌肥基质处理4种植物的根系、茎叶和总鲜重较对照增加均达显著性水平(P＜0.05)。该结果表明所用菌肥基质可显著促进植物根系及地上部分生长，增加植物生物量，可加快脆弱区排土场植被生态恢复。

表1基于菌肥基质施用修复植物的生物学特性

注：同列数据不同小写字母表示差异达到显著水平(P＜0.05)。CK，对照；Act+OF，菌肥基质；ΔCK％，菌肥基质较对照CK的增率。

(2)抗性生理生化：由表2看出，较不施菌肥基质对照相比，本发明中菌肥基质施入土壤可显著提高供试植物叶片的抗氧化酶活性。较对照相比，碱茅、紫花苜蓿和红豆草叶片超氧化物歧化酶(SOD)的活性均显著性增加(P＜0.05)，其增率分别为35.85％、53.58％和51.64％；扁穗冰草、紫花苜蓿和红豆草叶片过氧化物酶(POD)的活性较对照分别显著增加了45.93％、59.33％和78.30％(P＜0.05)。此外，菌肥基质处理修复植物叶片中抗性物质可溶性糖的含量显著增加；降低了干旱对植物的氧化胁迫，叶片中丙二醛的含量均低于对照。

表2菌肥基质施用修复植物叶片抗性生理生化结果

本实施例基于娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74与腐熟有机肥按一定配比，所得菌肥基质对旱区露天煤矿排土场修复植物有显著的促生效果，能提高修复植物对干旱的抗性生理生化，显著加快旱区植被生态恢复。

序列表

<110> 西安建筑科技大学

<120> 菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用

<160> 1

<210> 1

<211> 1380

<212> DNA

<213> 娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74

<400> 1

tcgccagtcccaccttcgacagctccctcccacaaggggttgggccaccggcttcgggtg 60

ttaccgactttcgtgacgtgacgggcggtgtgtacaaggcccgggaacgtattcaccgca 120

gcaatgctgatctgcgattactagcgactccgacttcatggggtcgagttgcagacccca 180

atccgaactgagaccggctttttgagattcgctccacctcgcggtatcgcagctcattgt 240

accggccattgtagcacgtgtgcagcccaagacataaggggcatgatgacttgacgtcgt 300

ccccaccttcctccgagttgaccccggcggtctcccgtgagtccccagcaccacaagggc 360

ctgctggcaacaccgggaacaagggttgcgcttcgttgcgggacttaaccaacatctcac 420

gacacgagctgacgacagccatgcaccacctgtacaccgaccacaagggggaccctgtct 480

ccagggttttccggtgtatgtcaagccttggtaaggttcttcgcgttgcgtcgaattaag 540

ccacatgctccgccgcttgtgcgggcccccgtcaattcctttgagttttagccttgcggc 600

cgtactccccaggcggggcacttaatgcgttagctgcggcacggacaacgtggaatgttg 660

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cccgtatcgactgcagacccggggttaagccccgggctttcacaaccgacgtgacaagcc 900

gcctacgagctctttacgcccaataattccggacaacgcttgcgccctacgtattaccgc 960

ggctgctggcacgtagttagccggcgcttcttctgcaggtaccgtcactttcgcttcttc 1020

cctgctgaaagaggtttacaacccgaaggccgtcatccctcacgcggcgtcgctgcatca 1080

ggctttcgcccattgtgcaatgctgcctcccgtaggagtctgggccgtgtctcagtccca 1140

gtgtggccggtcgccctctcaggccggctacccgtcgtcgccttggtgagccgttacctc 1200

accaactagctgataggccgcgggctcatcctgcaccgccggagctttcgaacctcgcag 1260

atgcctgcgaggatcagtatccggtattagaccccgtttccagggcttgtcccagagtgc 1320

agggcagattgcccacgtgttactcacccgttcgccactaatccccaccgaagtggttca 1380

Claims

1.一种菌肥基质，其特征在于，其制备原料包括娄彻氏链霉菌(Streptomyc esrochei)D74和动物粪便；

2.根据权利要求1所述的菌肥基质，其特征在于，动物粪便为牛粪或羊粪。

3.权利要求1所述的菌肥基质的配制方法，其特征在于，包括：

将娄彻氏链霉菌经固态发酵制备成粉状的活性菌剂；

将活性菌剂和有机肥混匀，得到所述菌肥基质。

4.根据权利要求3所述的菌肥基质的配制方法，其特征在于，活性菌剂中活菌数≥2.0×10⁹cfu/克，按照质量百分数计，菌肥基质含水量≤20％。

5.根据权利要求3所述的菌肥基质的配制方法，其特征在于，调整酸碱度具体是调节pH值为6.0-6.5，腐熟发酵的温度为60-70℃。

6.根据权利要求3所述的菌肥基质的配制方法，其特征在于，活性菌剂和有机肥的质量比为1：(100-200)。

7.娄彻氏链霉菌(Streptomyces rochei)D74在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用。

8.权利要求1所述的菌肥基质在旱区露天煤矿排土场植被恢复中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将菌肥基质按3000kg/公顷旋耕施入旱区露天煤矿排土场表层土壤，耕深，种植植被。

10.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于，所述植被为碱茅、扁穗冰草、紫花苜蓿或红豆草。