CN1633833A - 应用菌根技术恢复金属尾矿植被的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保技术领域，涉及污染生态恢复技术，特别是涉及一种废弃金属尾矿综合治理的方法。本发明应用菌根技术恢复金属尾矿植被的方法，包括下列步骤：a、准备接种剂；b、准备基本植物材料；c、应用a步所得接种剂对植物做接种菌根化处理；d、对金属尾矿进行理化性状分析，并做处理；e、在处理后的金属尾矿表层播种种子或移栽幼苗；f、养护幼苗。本发明的方法可以提高植物对于尾矿复杂逆境的适应能力，包括更强的养分获取能力和抗旱性，同时潜在有助于建立具有物种多样性的植被和高效恢复矿区生态平衡。

Description

应用菌根技术恢复金属尾矿植被的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及污染生态恢复技术，特别是涉及一种废弃金属尾矿综合治理的方法。

背景技术

在我国由于大规模的采矿活动产生了大量的废弃尾矿。尾矿长期堆积下来形成各种形式的尾矿库。这些尾矿库不仅占用大面积农业或生活用地，在得不到及时治理的情况还会对矿区生态环境产生深远的消极影响。首先，尾矿库破坏和谐的自然景观，对当地生态环境造成巨大压力；其次，尾矿砂可能经由风、水的作用成为当地水体、土壤及大气的重金属污染源，继而危及农业生产和居民身体健康；再次，严重的污染可能造成动植物物种多样性的丧失，损失难以估量。因而，金属尾矿的综合治理与生态恢复成为生态环境工作者的重要工作内容之一。

已应用的尾矿治理技术有物理、化学和生物学诸种途径。物理方法如利用水泥构筑固定，化学方法如通过一定添加物料降低尾矿中金属活度获使尾矿砂固化。这些技术不仅成本很高(特定条件下不可能实施)，而且通常并不能从根本上解决前述的问题，因而物理化学方法一般被用于临时性处理，或作为长久治理的前处理。对于尾矿要达到长治久安的目的，生物学途径被认为是首当之选。

生物学途径治理尾矿即应用综合生物技术措施逐步恢复尾矿微生物、植物与动物群落，最终达到环境和谐，生态平衡的可持续发展状态。显然，恢复植被是这项技术的核心和关键，而要在生存环境恶劣的尾矿上建植植物群落必须克服许多限制植物生长的因素。

尾矿本身最突出的问题是过高的重金属浓度，缺乏植物生长所必需的矿质养分，以及物理结构性极差。通过施用适当的改良剂(如骨碳、污泥等)和有机肥料，可以在一定程度上克服这些生长逆境，但植物还是可能因为自身适应能力的限制而很难良好生长。在这种背景下，本发明提出应用丛枝菌根技术恢复金属尾矿的植被。

事实上，丛枝菌根在自然生态系统和农业生产实践中的重要作用已广为人们所知。近85％的植物种类和几乎所有的农作物能够形成丛枝菌根。丛枝菌根真菌(AMF)可以通过多种方式或途径影响植物的生理代谢和生长发育过程。许多研究表明丛枝菌根对植物的营养状况(尤其是植物的磷营养)、水分的吸收利用、抵抗病原菌侵染、盐分及重金属毒害的能力有着显著的积极的作用。在资源和环境问题日益严峻的背景下，菌根技术作为一条有效可行的生物学途径，能够发掘生物的自身潜力，提高植物对自然资源的利用效率，从而降低能耗，减轻环境所承受的压力，因而有着广阔的应用前景。

在另一方面，野外调查表明，金属尾矿上多数植物菌根侵染率很低，而一些不能形成菌根的先锋植物在尾矿上形成单一的群落。这在很大程度上决定了尾矿植被覆盖差、植物群落不稳定。因此，引入菌根真菌无疑是成功恢复尾矿植被的先决因素之一。对丛枝菌根研究和认识日趋广泛深入的同时，应用方面已经商业化接种剂。应用菌根技术治理金属尾矿不仅具有其它技术无以比拟的优点，而且具有可行性。

发明内容

本发明的目的在于辅助植物适应尾矿特殊生存环境，提高植物对尾矿重金属污染的抗性和获取必需矿质养分的能力，并改善土壤结构，高效恢复和稳定金属尾矿植物群落，并有助于迅速建立植物物种多样性和生态系统的稳定性，达到尾矿地区景观和谐、生态平衡与可持续发展的长远目标。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种应用菌根技术恢复金属尾矿植被的方法，其包括下列步骤：

a.准备接种剂；

b.准备基本植物材料；

c.应用a步所得接种剂对植物做接种菌根化处理；

d.对金属尾矿进行理化性状分析，并做处理；

e.在处理后的金属尾矿表层播种种子或移栽幼苗；

f.养护幼苗。

所述的方法，其所述接种剂，为丛枝菌根真菌接种剂。

所述的方法，其所述接种剂，其具有积极接种效果的菌种包括Glomus mosseae(中国农业大学分离，欧洲菌种保藏中心编号BEG167)、Glomus intraradices(欧洲菌种保藏中心编号BEG141)和Glomuscaledonium(中国科学院南京土壤研究所，编号90036)。

所述的方法，其所述a步准备接种剂，包括制备接种剂，方法是：将菌根真菌以玉米为宿主扩繁，取其含有寄主植物根段、菌根真菌孢子及根外菌丝的根际土为接种剂。

所述的方法，其b步中所述基本植物材料，为豆科植物、菊科植物、禾本科植物、蕨类植物。

所述的方法，其所述豆科植物为白三叶草、苜蓿；菊科植物为金鸡菊；禾本科植物为双穗雀稗；蕨类植物为蜈蚣草。

所述的方法，其b步中所述准备基本植物材料，包括植物材料的获取：

(1)豆科植物的种子可以自相关草业公司购买；

(2)在秋季自金属尾矿采集禾本科植物和菊科植物种子，在温室扩大培养获取繁殖材料，室温干燥条件下保藏；

(3)自野外采集蕨类植物孢子，在室温、通风和干燥条件下保藏，培养蕨类植物幼苗。

所述的方法，其所述培养蕨类植物幼苗，其方法如下：

a、将无污染土壤与蛭石混合得到培养基质；

b、将基质灭菌处理后，混施基肥，装入盆钵或育苗盘，按基质重18～22％浇水；

c、待水分渗透均匀后，在基质表层撒播蕨类植物孢子，然后，均匀覆盖上一层细砂；

d、用保鲜膜对盆钵或育苗盘进行封口或覆盖，以保湿、增温，促进蕨类植物孢子萌发；同时，用工具在保鲜膜上扎孔；

e、置于可控制温度和光照的培养室或温室中进行培养，培养过程中每周称重1～2次，维持水分含量18～22％；

f、培养过程中注意观察孢子萌发及幼苗生长情况，三周可见长出绿色配子体，再经2～3月培养，可获得备用蕨类植物幼苗，苗高2～3厘米。

g、将f步中获得的幼苗在室内进行分植培养，即取出幼苗分成单株，分栽至育苗钵或穴盘中，培养基质及培养条件同上所述；

h、待苗高至5～8厘米，即可移栽至田间或金属尾矿表层。所述的方法，其所述c步对植物菌根化处理，包括：

(1)豆科植物、菊科植物和禾本科植物可以在尾矿上直接播撒种子时进行接种处理，接种方法为：施肥同时施入菌根真菌接种剂，施入剂量每亩10至25公斤；或预先培养菌根化苗再移植金属尾矿表层。

(2)菌根化植物幼苗可以通过育苗时在培养基质中施入菌根真菌接种剂实现，接种剂量一般为生长基质总量的4～6％；具体施入方法与时期为：

a、穴盘培养幼苗时，向经灭菌处理的培养基质中混入基肥的同时混入接种剂；

b、将幼苗移栽入田间或金属尾矿表层时，在苗穴施入接种剂，每穴/株施入18～22克接种剂；

c、菌根化效果以穴盘培养植物幼苗时，接种为佳。

所述的方法，其所述培养基质是无污染土壤与蛭石按1∶1混合，经10KGy辐照灭菌或者121℃高压蒸汽灭菌2小时。

所述的方法，其所述基肥，为N，200mg kg^-1，P，50mg kg^-1；K，150mg kg^-1，及其它微量元素适量。

所述的方法，其所述细砂，过0.9～1.1mm筛，覆盖厚度≤1mm。

所述的方法，其所述在保鲜膜上扎孔，孔径不超过2mm，每平方分米5～8个孔。

所述的方法，其所述在培养室或温室中进行培养，温度白天25℃/夜间16℃，光照14～16小时，光照强度550mE.m^-2.s^-1PAR，波段400～700nm。

所述的方法，其所述种子，为白三叶草、苜蓿、金鸡菊和双穗雀稗的种子。

所述的方法，其所述幼苗，为白三叶草、苜蓿、金鸡菊、双穗雀稗和蜈蚣草的幼苗。

本发明方法经试验表明接种丛枝菌根真菌能够显著促进金属尾矿砂上多种植物(包括禾本科、豆科、菊科和蕨类植物)的生长，改善植物矿质营养(尤其磷营养)状况和尾矿砂物理结构。

接种丛枝菌根真菌还能够有效促进植物对多种有机或无机添加物料(如磷矿粉、骨碳等)中矿质养分的利用。对于某些植物而言(如豆科的白三叶草，  菊科的金鸡菊)，在没有菌根真菌帮助的情况下，很难在尾矿砂上存活。接种处理能够丰富尾矿上植物的多样性。

本发明的方法可以提高植物对于尾矿复杂逆境的适应能力，包括更强的养分获取能力和抗旱性，同时潜在有助于建立具有物种多样性的植被和高效恢复矿区生态平衡。

附图说明

图1是经本发明方法对铜尾矿砂做接种菌根真菌(Glomuscaledonium)接种处理的对比图。

具体实施方式

在恢复金属尾矿植被时，应用丛枝菌根真菌(施加适当丛枝菌根真菌接种剂，或者应用菌根化苗)辅助植物(豆科、菊科、禾本科、蕨类等)适应尾矿金属污染、获取必需矿质养分，从而提高植物个体成活率，促进植物生长，加快植被恢复过程。

由于菌根真菌的特殊作用(无严格宿主选择性而形成地下菌丝网络)，可以建植具有物种多样性的植被，打破只有先锋植物可以定植尾矿的格局，有助于迅速恢复和保持生态平衡。

菌根真菌接种剂可以是任何形式的商业化接种剂，经验证明具有积极接种效果的菌种包括Glomus mosseae(中国农业大学分离，欧洲菌种保藏中心编号BEG167)、Glomus intraradices(欧洲菌种保藏中心编号BEG141)和Glomus caledonium(中国科学院南京土壤研究所，编号90036)等。

豆科植物、菊科植物、蕨类植物是一些特殊的能够与丛枝菌根真菌良好共生的宿主植物，如白三叶草、金鸡菊和蜈蚣草等。

基本材料的准备

一、植物材料的获取

A、豆科植物如白三叶草、苜蓿等种子可以自相关草业公司获取；

B、在秋季自金属尾矿(如安徽省铜陵市铜尾矿)采集双穗雀稗和金鸡菊种子，温室扩大培养获取繁殖材料，室温干燥条件下保藏(目前生态环境研究中心有保藏)；

C、自野外采集的蜈蚣草孢子在室温、通风和干燥条件下保藏，经

以下程序培养蜈蚣草幼苗：

1.土壤(无污染)与蛭石按1∶1比例混合得到培养基质。将基质灭菌处理(10KGy辐照灭菌或者121℃高压蒸汽灭菌2小时，杀灭病原菌)后，混施基肥(N，200mg kg^-1，P，50mg kg^-1；K，150mg kg^-1。亦可同时施入其它微量元素适量)，装入盆钵或育苗盘，按基质重20％浇水。待水分渗透均匀后，在基质表层撒播蜈蚣草孢子。然后，均匀覆盖上一层细砂(过1mm筛，覆盖厚度不超过1mm)，以家庭用保鲜膜对盆钵或育苗盘进行封口或覆盖以保湿、增温，促进蜈蚣草孢子萌发。为保障供应孢子萌发及后期幼苗生长所需空气，同时方便浇水，用小钉子等工具在保鲜膜上扎孔若干(孔径不超过2mm，每平方分米5至8个孔)。

2.能够控制温度和光照的培养室或温室中进行培养(温度白天25℃/夜间16℃，光照时间早6点至晚10点，光照强度550mE.m-2.s-1PAR，波段400-700nm)。培养过程中每周1-2次称重，维持水分含量20％(可通过保鲜膜上小孔补充水分)。

3.在培养过程中注意观察孢子萌发及幼苗生长情况。一般3周可见长出绿色配子体(似绿藻)。再经2-3月培养，即可获得备用蜈蚣草幼苗(苗高2-3厘米为宜)。

4.如果准备将蜈蚣草直接移栽到田间，需要将前述方法获得的幼苗预先在室内进行分植培养，即取出幼苗分成单株，分栽至育苗钵或穴盘中。培养基质及培养条件同上所述。待苗高至5-8厘米，即可移栽。

二、对植物材料接种丛枝菌根真菌

A、自菌根真菌菌剂生产提供单位(如中国农业科学院，或国外相关单位如欧洲菌种保藏中心)获得接种剂。一般接种剂为控制条件下培养的菌根植物的根际土(或其它基质)，其中含有植物根段、真菌孢子和菌丝体。

B、三叶草、金鸡菊和双穗雀稗等植物可以在尾矿上直接播种时进行接种处理。接种方法为施肥同时施入菌根真菌接种剂(施入剂量每亩10至25公斤)。也可以预先培养菌根化苗再移植野外。

C、菌根化植物幼苗可以通过育苗时在培养基质中施入菌根真菌接种剂实现，接种剂量一般为生长基质总量的5％。具体施入方法与时期为：

a、穴盘培养幼苗时，向经灭菌处理(10KGy辐照灭菌或者121℃高压蒸汽灭菌2小时，杀灭病原菌)的培养基质中混入基肥的同时混入接种剂(剂量一般为生长基质总量的5％)；

b、在将幼苗移栽入田间时，在苗穴施入接种剂(每穴/株施入20克接种剂)；

c、菌根化效果以穴盘培养植物幼苗时接种为佳。

D、原始接种剂可以在温室条件下进行扩繁，可以前述培养蜈蚣草幼苗的基质(必需灭菌处理)接种处理培养宿主植物(如苜蓿，玉米等)。培养2至3个月后收获根际土即为新的菌根真菌接种剂。

实施例

菌根真菌(Glomus caledonium(Nicol & Gerd)Trappe & Gerdermann)以玉米为宿主扩繁，以含有寄主植物根段、菌根真菌孢子及根外菌丝的根际土为接种剂。采用豆科植物白三叶草(Trifolium repens L.)，菊科植物金鸡菊(Coreopsis drummondii Torr.Et Gray)和蕨类植物蜈蚣草(Pterisvittata L.)为供试植物。白三叶草和金鸡菊种子在播种前用10％H₂O₂进行表面消毒并于室温下催芽。蜈蚣草孢子经预培养获得供移栽的幼苗。

铜尾矿砂采自安徽省铜陵市。基本理化性状：pH(1∶2.5水浸提)，8.68；有机质含量，0.44％；全氮，0.031％；速效磷(Olsen-P)，1.56mg kg^-1；总铜含量，1375mg kg^-1；可交换态铜含量，341mg kg^-1。尾矿砂过2mm筛，辐照灭菌(10Kgy)。

采用1L塑料盆作为培养容器。每盆装尾矿砂1Kg。对每种植物均设接种和相应对照处理。接种处理每盆接种剂量40g，对照处理施加等量经灭菌处理的接种剂，各处理重复4次。每盆播白三叶草种子20粒，金鸡菊种子4粒，出苗后分别定苗10株与2株。蜈蚣草幼苗每盆移栽2株。

试验在生态环境研究中心温室(自动控温25℃)进行，培养期间采用称重方法控制尾矿砂水分含量。

培养经过5周，可以观察到未接种处理植物几乎不能生长，而接种处理明显促进了所有供试三种植物的生长。

见图1，上排为对铜尾矿砂做接种菌根真菌(Glomus caledonium)接种处理后，其上蜈蚣草(左)、白三叶草(中)和金鸡菊(右)生长的情况；下排为对照组，未对铜尾矿砂做接种菌根真菌处理的蜈蚣草(左)、白三叶草(中)和金鸡菊(右)生长的情况。

Claims (16)

1.一种应用菌根技术恢复金属尾矿植被的方法，其特征在于，包括下列步骤：

a.准备接种剂；

b.准备基本植物材料；

c.应用a步所得接种剂对植物做接种菌根化处理；

d.对金属尾矿进行理化性状分析，并做处理；

e.在处理后的金属尾矿表层播种种子或移栽幼苗；

f.养护幼苗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接种剂，为丛枝菌根真菌接种剂。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接种剂，其具有积极接种效果的菌种包括Glomus mosseae(中国农业大学分离，欧洲菌种保藏中心编号BEG167)、Glomus intraradices(欧洲菌种保藏中心编号BEG141)和Glomus caledonium(中国科学院南京土壤研究所，编号90036)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述a步准备接种剂，包括制备接种剂，方法是：将菌根真菌以玉米为宿主扩繁，取其含有寄主植物根段、菌根真菌孢子及根外菌丝的根际土为接种剂。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，b步中所述基本植物材料，为豆科植物、菊科植物、禾本科植物、蕨类植物。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述豆科植物为白三叶草、苜蓿；菊科植物为金鸡菊；禾本科植物为双穗雀稗；蕨类植物为蜈蚣草。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，b步中所述准备基本植物材料，包括植物材料的获取：

(1)豆科植物的种子可以自相关草业公司购买；

(2)在秋季自金属尾矿采集禾本科植物和菊科植物种子，在温室扩大培养获取繁殖材料，室温干燥条件下保藏；

(3)自野外采集蕨类植物孢子，在室温、通风和干燥条件下保藏，培养蕨类植物幼苗。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述培养蕨类植物幼苗，其方法如下：

a、将无污染土壤与蛭石混合得到培养基质，

b、将基质灭菌处理后，混施基肥，装入盆钵或育苗盘，按基质重18～22％浇水；

c、待水分渗透均匀后，在基质表层撒播蕨类植物孢子，然后，均匀覆盖上一层细砂；

d、用保鲜膜对盆钵或育苗盘进行封口或覆盖，以保湿、增温，促进蕨类植物孢子萌发；同时，用工具在保鲜膜上扎孔；

e、置于可控制温度和光照的培养室或温室中进行培养，培养过程中每周称重1～2次，维持水分含量18～22％；

f、培养过程中注意观察孢子萌发及幼苗生长情况，三周可见长出绿色配子体，再经2～3月培养，可获得备用蕨类植物幼苗，苗高2～3厘米。

g、将f步中获得的幼苗在室内进行分植培养，即取出幼苗分成单株，分栽至育苗钵或穴盘中，培养基质及培养条件同上所述；

h、待苗高至5～8厘米，即可移栽至田间或金属尾矿表层。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述c步对植物菌根化处理，包括：

(1)豆科植物、菊科植物和禾本科植物可以在尾矿上直接播撒种子时进行接种处理，接种方法为：施肥同时施入菌根真菌接种剂，施入剂量每亩10至25公斤；或预先培养菌根化苗再移植金属尾矿表层。

(2)菌根化植物幼苗可以通过育苗时在培养基质中施入菌根真菌接种剂实现，接种剂量一般为生长基质总量的4～6％；具体施入方法与时期为：

a、穴盘培养幼苗时，向经灭菌处理的培养基质中混入基肥的同时混入接种剂；

b、将幼苗移栽入田间或金属尾矿表层时，在苗穴施入接种剂，每穴/株施入18～22克接种剂；

c、菌根化效果以穴盘培养植物幼苗时，接种为佳。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述培养基质是无污染土壤与蛭石按1∶1混合，经10KGy辐照灭菌或者121℃高压蒸汽灭菌2小时。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基肥，为N，200mgkg^-1，P，50mg kg^-1；K，150mg kg^-1，及其它微量元素适量。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述细纱，过0.9～1.1mm筛，覆盖厚度≤1mm。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在保鲜膜上扎孔，孔径不超过2mm，每平方分米5～8个孔。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在培养室或温室中进行培养，温度白天25℃/夜间16℃，光照14～16小时，光照强度550mE.m^-2.s^-1PAR，波段400～700nm。

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述种子，为白三叶草、苜蓿、金鸡菊和双穗雀稗的种子。

16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述幼苗，为白三叶草、苜蓿、金鸡菊、双穗雀稗和蜈蚣草的幼苗。

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