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

摘要

本发明公开了一种利用丛枝菌根真菌进行草原生态系统铁尾矿废弃地植被生态恢复的方法，涉及一种金属尾矿废弃地植被生态恢复的技术领域。方法的步骤如下：(1)在铁尾矿砂上覆土3～7厘米；(2)在覆土0～3厘米处接种地表球囊霉(Glomus versiforme)等丛枝菌根真菌菌剂；(3)种植披碱草(Elymus dahuricus Turcz.)等植物，生长60～120天后，收获植物体，符合相关标准可作饲料，否则集中焚烧填埋。本发明的优点是所采用的丛枝菌根真菌易与草本植物共生，促进对氮、磷、钾的吸收和利用，减少对重金属的吸收或转运，降低覆土厚度，改善植物的生长状况，促进植物在覆土铁尾矿砂上的定植和生长；该方法植被恢复成功率高，工艺简单，成本较低，适用于草原生态系统铁尾矿废弃地的治理。

说明书

技术领域

本发明涉及金属尾矿废弃地退化生态系统的植被生态恢复，特别是涉及一种利用丛枝菌根真菌进行草原生态系统铁尾矿废弃地植被生态恢复的方法。

背景技术

我国地域广阔而且矿产资源品种齐全、储量丰富，多种金属矿藏如铁矿、锰矿、钛矿、铜矿、铅矿、锌矿等储量均居世界前列。然而，大规模工业采矿带来巨大经济效益的同时，却几乎是不可避免地导致严重生态环境问题，即产生大面积的矿业废弃地。其中，尾矿废弃地所带来的问题最为严重。据有关部门统计，我国尾矿产生量可占到工业固体废弃物产生总量的30％，目前全国建有的大、中型尾矿库约有1500多座，累积尾矿堆存量已达50多亿吨，并以每年4～5亿吨的排放量递增，全国因尾矿堆放已占地5万多公顷。金属尾矿不仅占用大量农牧业或生活用地，加剧我国人多地少的严峻形势，而且在长期堆积得不到及时治理的情况下还会对矿区生态环境产生深远的消极影响。内蒙古矿产资源极其丰富，在世界已探明的140多种矿产资源中，内蒙古就有135种，黑色金属、有色金属、贵金属等金属矿产种类繁多，储量丰富，是我国重要的矿产资源省区之一。与其它地区的矿业开采活动相比，由于内蒙古的矿业开采活动处于抗干扰能力较弱的草原生态系统中，其产生的尾矿废弃地导致的生态破坏与环境污染问题也更加严重，具有其特殊性。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，迫切需要寻求综合治理尾矿废弃地的可行途径，但迄今为止针对草原生态系统金属尾矿废弃地几乎没有可行的经济、高效、实用的原位综合治理技术。

目前，金属尾矿废弃地的治理有物理、化学工程措施与生态恢复几种方式。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金属尾矿废弃地土地利用和环境问题的最终也是最佳途径。在金属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。但该专利中所涉及的金属尾矿类型为锰尾矿，与铁尾矿有着本质的区别，其对植物的毒害作用不同，因此不同类型金属尾矿废弃地的植被恢复情况也存在显著差异；另外，该专利植被恢复中所利用的植物类型为乔木，不适用于以草本植物为主的草原生态系统铁尾矿废弃地的植被生态恢复。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，可以显著地减少铁尾矿砂上的覆土厚度，降低成本，增强不同植物在覆土铁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，本发明提出了一种利用丛枝菌根真菌进行草原生态系统铁尾矿废弃地植被生态恢复的新方法。

发明内容

本发明针对草原生态系统铁尾矿废弃地的治理，提供了一种操作简便、经济高效、实用可行、效果优良的利用丛枝菌根真菌进行草原生态系统铁尾矿废弃地植被生态恢复的方法。本方法包括以下步骤：

(1)首先在铁尾矿砂上覆土3～7厘米；

(2)在覆土0～3厘米中接种地表球囊霉(Glomus versiforme)、根内球囊霉(Glomus intraradices)、摩西球囊霉(Glomus mosseae)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum)、聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)、苏格兰球囊霉(Glomus caledonium)等丛枝菌根真菌菌剂，接种比例为每1000克土壤和铁尾矿砂中加入丛枝菌根真菌菌剂20～50克；

(3)种植禾本科牧草披碱草(Elymus dahuricus Turcz.)、羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.)、冰草(Agropyron cristatum(Linn.)Gaertn)和豆科牧草紫花苜蓿(Medicago sativa Linn.)、沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)、草木樨(Melilotus suaveolens Ledeb.)等植物，这六种植物的种植密度为每平方米4～8行，每行50～90株；种植粮食作物玉米(Zea mays L.)、高粱(Sorghum bicolor(Linn.)Moench)、小麦(Triticum aestivum L.)、栗米(Setaria italica(L.)Beauv.)和豆类作物大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)、蚕豆(Vicia faba Linn.)、绿豆(Vigna radiata(Linn.)Wilczek)等植物，这七种植物的种植密度为每平方米3～5行，每行4～7株；

(4)进行浇水、施肥等正常的田间管理；

(5)经生长60～120天后，收获植物体，晒干后测定相关指标，如符合《饲料卫生标准》可作饲料，如不符合转移后集中焚烧填埋处理。

(6)本发明的优点是所采用的丛枝菌根真菌易与草本植物共生，在营养元素极度缺乏的铁尾矿基质中，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，通过降低植物对重金属的吸收或转运，增加植物对金属铁尾矿中高含量重金属毒害的抗性，从而增强植物在覆土铁尾矿基质中的定植存活和生长。显著降低了铁尾矿废弃地植被生态恢复的覆土厚度，从而降低了铁尾矿废弃地的治理成本及显著改善了铁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。对铁尾矿废弃地的植被生态恢复效果好，适用于铁尾矿废弃地特别是草原生态系统铁尾矿废弃地的治理。该方法的推广应用对于有效改善草原生态系统因为金属尾矿废弃地所造成的极度退化的生态状况、提高因金属矿藏开采所导致的草原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：

铁尾矿砂和覆土均取自包头铁尾矿库区，过2毫米土壤筛后装于塑料盆钵中(上口径为14.5厘米，下口径为10.2厘米，高度为12.5厘米)，每盆装铁尾矿砂1000克，厚度为7厘米，其上覆盖土壤350克，厚度为3厘米，加入地表球囊霉(Glomus versiforme，BGC AM0008)菌剂50克，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。植物种子用10％过氧化氢溶液浸泡10分钟进行表面消毒，经催芽后分别播于盆钵中。当植物出苗后按照普通农作物的管理办法进行管理；生长一周后披碱草、冰草、紫花苜蓿、沙打旺每盆间苗至长势相近的12株，90天后收获植物样品，分析植物样品生物量、植物体氮、磷、钾浓度以及重金属地上部转运率。

90天后，未接种地表球囊霉(Glomus versiforme)菌剂的沙打旺和紫花苜蓿在覆土铁尾矿生长初期就已死亡，不能定植存活，接种地表球囊霉(Glomus versiforme)菌剂的沙打旺和紫花苜蓿生长良好。接种地表球囊霉(Glomus versiforme)菌剂的冰草和披碱草地上部生物量分别与不接种处理相比较增加了53％和83％；冰草地上部氮、磷、钾浓度分别增加了17％、146％、43％，地下部磷、钾浓度分别增加了148％、20％；披碱草地上部氮、磷、钾浓度分别增加了12％、164％、22％，地下部磷、钾浓度分别增加了106％、51％；冰草重金属锌、锰、铜地上部转运率分别降低了26％、29％、29％，披碱草锌、铁、锰、铝、铜的地上部转运率分别降低了57％、48％、45％、34％、41％。

实施例2：

铁尾矿砂和覆土均取自包头铁尾矿库区，过2毫米土壤筛后装于塑料盆钵中(上口径为14.5厘米，下口径为10.2厘米，高度为12.5厘米)，每盆装铁尾矿砂1000克，厚度为7厘米，其上覆盖土壤350克，厚度为3厘米，加入地表球囊霉(Glomus versiforme，BGC AM0008)菌剂50克，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。植物种子用10％过氧化氢溶液浸泡10分钟进行表面消毒，经催芽后分别播于盆钵中。当植物出苗后按照普通农作物的管理办法进行管理；生长一周后玉米、高粱、小麦、大豆每盆间苗至长势相近的3株。60天后收获植物样品，分析植物样品生物量、植物体氮、磷、钾浓度以及重金属浓度。

60天后，接种地表球囊霉(Glomus versiforme)菌剂的玉米、高粱、小麦和大豆地上部生物量分别与不接种处理相比较增加了234％、387％、78％、80％，玉米、高粱、大豆地下部生物量分别增加了210％、275％、65％；玉米、高粱、小麦和大豆地上部磷的浓度分别增加了46％、50％、234％、72％；玉米、高粱、小麦和大豆地下部磷的浓度分别增加了20％、90％、23％、96％；玉米地上部重金属锌、铁、锰、铝、铜、镉、铅的浓度分别降低了21％、28％、71％、16％、32％、55％、25％，地下部重金属锌、铁、锰、铝、镉、铅、铬的浓度分别降低了35％、27％、33％、22％、42％、51％、16％；高粱地上部重金属锌、铁、锰、铜、镉的浓度分别降低了27％、25％、25％、22％、36％，地下部重金属镉、铅、铬的浓度分别降低了17％、25％、19％；小麦地上部重金属锰、铝的浓度分别降低了24％、67％，地下部重金属铅、铬的浓度分别降低了30％、27％；大豆地上部重金属铁、铝、铅、铬的浓度分别降低了52％、77％、29％、74％，地下部重金属锌、铁、锰、铅的浓度分别降低了15％、13％、22％、26％。