專利名稱:應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)進(jìn)行廢棄稀土尾礦植被生態(tài)恢復(fù)的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是世界上稀土資源最豐富的國(guó)家，成礦條件有利、礦床類(lèi)型齊全、分布面廣且相對(duì)集中。全國(guó)三分之ニ的省區(qū)都發(fā)現(xiàn)有稀土礦床，礦區(qū)達(dá)130個(gè)以上，主要分布在內(nèi)蒙 古、江西、廣東、四川、山東、貴州等省區(qū)，形成北、南、西、東的分布格局，并且有北輕稀土南重稀土的分布特點(diǎn)。中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)在世界上占有資源儲(chǔ)量、稀土產(chǎn)量、稀土銷(xiāo)售量和稀土用量四個(gè)第一。目前，中國(guó)已經(jīng)成為世界上唯一可以大量供應(yīng)不同品種及不同品級(jí)稀土產(chǎn)品的國(guó)家，在世界稀土市場(chǎng)上具有支配和主導(dǎo)地位。稀土被稱為“エ業(yè)黃金”，我國(guó)對(duì)稀土的應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代中期。迄今為止的半個(gè)世紀(jì)里，稀土元素被廣泛應(yīng)用于軍事、冶金、石化、新材料等領(lǐng)域，已涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)中14個(gè)領(lǐng)域，近40個(gè)行業(yè)。我國(guó)稀土產(chǎn)量占全球80%以上，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，就成為世界上最大的稀土開(kāi)采國(guó)。大量稀土企業(yè)的發(fā)展，在一定程度上仍是以資源的過(guò)量消耗和生態(tài)環(huán)境的破壞為代價(jià)的。稀土礦山的開(kāi)采中，任意堆積的稀土尾礦和殘?jiān)胁粌H仍含有大量的稀土，同時(shí)還含有與礦物伴生的重金屬元素，如果不經(jīng)妥善處理或不加防護(hù)措施，稀土和重金屬勢(shì)必發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，對(duì)礦區(qū)和周邊的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。受高技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的拉動(dòng)，對(duì)稀土材料的需求將會(huì)迅速増加，可以預(yù)想中國(guó)不但將繼續(xù)主導(dǎo)稀土原料市場(chǎng)，而且將在稀土新材料的供應(yīng)方面起越來(lái)越重要的作用。但是，稀土生產(chǎn)帶來(lái)的生態(tài)破壞與環(huán)境污染問(wèn)題日趨突出，已成為制約我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵，降低了我國(guó)稀土在國(guó)際市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，嚴(yán)重阻礙了稀土在我國(guó)繼續(xù)發(fā)揮其資源優(yōu)勢(shì)的作用。其中，稀土尾礦導(dǎo)致的生態(tài)破壞與環(huán)境污染問(wèn)題最為嚴(yán)重，目前仍沒(méi)有受到充分的重視，也沒(méi)有得到及時(shí)有效的治理。因此，在我國(guó)深入的開(kāi)展稀土礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理技術(shù)的研究是十分迫切的，是亟待解決的問(wèn)題，研究結(jié)果將對(duì)解決我國(guó)稀土礦藏開(kāi)采所帶來(lái)的生態(tài)與環(huán)境污染問(wèn)題具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，從合理利用土地資源和保護(hù)礦區(qū)居民生活環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)大局出發(fā)，也迫切需要研究治理稀土尾礦廢棄地的可行技術(shù)，但迄今為止針對(duì)稀土尾礦廢棄地尚沒(méi)有可行的經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的原位治理技木。
我國(guó)的礦產(chǎn)資源利用率很低，其總回收率比發(fā)達(dá)國(guó)家低20%。因此，在我國(guó)長(zhǎng)期的大規(guī)模采礦活動(dòng)已導(dǎo)致了大量的廢棄尾礦，是引發(fā)重大環(huán)境問(wèn)題的污染源。其突出表現(xiàn)在侵占土地資源、植被破壞、土地退化、沙漠化以及粉塵污染、水體污染和土壤污染等。在得不到及時(shí)治理的情況下，尾礦的排放和堆存會(huì)對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一系列深遠(yuǎn)的環(huán)境問(wèn)題，制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展并危及農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和人體健康。
目前，國(guó)內(nèi)外已應(yīng)用的尾礦治理技術(shù)有物理、化學(xué)工程措施和生態(tài)恢復(fù)等幾種方式。物理方法如利用水泥構(gòu)筑固定，化學(xué)方法如添加化學(xué)螯合劑降低尾礦中金屬活度，但物理方法和化學(xué)方法通常成本很高，而且沒(méi)有從根本上消除環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，生態(tài)恢復(fù)被認(rèn)為是解決尾礦廢棄地土地利用和環(huán)境問(wèn)題的最終也是最佳途徑。在尾礦廢棄地重建植被可以永久性固定尾礦砂，防止污染物擴(kuò)散，從根本上改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，而且在一定條件下可以引種作物或經(jīng)濟(jì)植物，達(dá)到尾礦廢棄地復(fù)墾的目的。一定程度上可以說(shuō)在金屬尾礦廢棄地重建植被不僅具有良好生態(tài)效益與社會(huì)效益，而且最為經(jīng)濟(jì)可行。例如，中南林業(yè)科技大學(xué)田大倫等在其專利(錳礦區(qū)廢棄地植被恢復(fù)方法，申請(qǐng)?zhí)?00810031559. 5)中公開(kāi)了ー種利用欒樹(shù)、杜英、千頭柏、棕櫚、冬青衛(wèi)矛、荷花玉蘭、海桐等樹(shù)種進(jìn)行錳礦區(qū)廢棄地植被恢復(fù)的方法。內(nèi)蒙古大學(xué)郭偉等在其專利(草原生態(tài)系統(tǒng)鐵尾礦廢棄地植被的叢枝菌根真菌恢復(fù)方法，公開(kāi)號(hào)CN102204435A)中也公開(kāi)了ー種利用菌根技術(shù)進(jìn)行鐵尾礦植被恢復(fù)的方法。但這兩個(gè)專利中所涉及的金屬尾礦類(lèi)型分別為錳尾礦和鐵尾礦，與稀土尾礦有著本質(zhì)的區(qū)別，其對(duì)植物的毒害作用也不同，因此不同類(lèi)型金屬尾礦的植被恢復(fù)情況也存在顯著差異。由于礦山開(kāi)采所導(dǎo)致的惡劣生境，金屬尾礦廢棄地具有極端生態(tài)條件，存在著許多不利于植被重建的因素，植物定居和生長(zhǎng)困難，植被的生態(tài)恢復(fù)是極其困難和緩慢的過(guò)程。在各類(lèi)植物共生微生物中，菌根真菌是直接聯(lián)系土壌和植物根系的ー類(lèi)，可通過(guò)多種途徑影響土壤環(huán)境、改善植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀況和促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，在植物逆境生理及群落穩(wěn)定中也發(fā)揮著重要作用。研究顯示，叢枝菌根真菌的存在對(duì)于幫助植物克服金屬尾礦基質(zhì)逆境將是ー項(xiàng)有效的技術(shù)措施，可以顯著地減少尾礦砂上的覆土厚度，降低 成本，增強(qiáng)不同植物在覆土尾礦砂上的定植存活和生長(zhǎng)，加速金屬尾礦廢棄地的植被生態(tài)恢復(fù)過(guò)程?；诖?，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)稀土尾礦廢棄地的治理，提供了ー種操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)高效、實(shí)用可行、效果優(yōu)良的應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)進(jìn)行稀土尾礦廢棄地植被生態(tài)恢復(fù)的方法。其目的在于輔助植物適應(yīng)稀土尾礦的特殊生存環(huán)境，提高植物對(duì)尾礦所含有的稀土等污染元素的抗性和獲取礦質(zhì)養(yǎng)分的能力，改善土壤結(jié)構(gòu)，并有助于迅速建立植物群落。本方法包括以下步驟
(I)準(zhǔn)備叢枝菌根真菌的接種劑，菌種包括摩西球囊霉(Glomus mosseae)、地表球囊霉(Glomus versiforme)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices)、幼套球囊霉(Glomusetunicatum)、聚叢球囊霉(Glomus aggregatum)、蘇格蘭球囊霉(Glomus caledonium)、扭形球囊霉(Glomus tortuosum)、透光球囊霉(Glomus diaphanum);具體方法是將叢枝菌根真菌的菌種以玉米和三葉草為宿主擴(kuò)繁，擴(kuò)繁基質(zhì)為沙土(河沙低磷土質(zhì)量比為I : 1)，擴(kuò)繁后取其含有叢枝菌根真菌孢子、根外菌絲及被侵染寄主植物根段的根際土為接種劑；
(2)在稀土尾礦砂上覆土 4 16厘米；
(3)在表土下2 4厘米處接種擴(kuò)繁好的叢枝菌根真菌的接種劑，施入劑量為每畝10 60公斤；
(4)在已覆土稀土尾礦表層撒播糧食作物種子，糧食作物種子包括玉米(Zeamays し)、高梁(Sorgnum bicolor (Linn. ノMoench)、小麥(Triticum aestivum し)、大11(Glycine max (Linn. )Merr.);種植密度為姆平方米2 5行，姆行3 7株；
進(jìn)行水分、施肥等正常的田間管理；正常的田間水分管理為植物全生長(zhǎng)期共澆水3 6次，分別在四月中旬、6月中旬、7月初、7月中下旬、8月中旬和9月初期間；正常的田間施肥管理為每畝施用尿素20 50公斤，磷酸ニ銨8 15公斤，氯化鉀10 15公斤；
植物生長(zhǎng)60 180天后，收獲植物體，進(jìn)行后處理；收獲的植物曬干后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，如符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》可作牲畜飼料，如不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)移后集中焚燒填埋處理。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所采用的叢枝菌根真菌易與植物共生，在營(yíng)養(yǎng)元素極度缺乏的稀土尾礦基質(zhì)中，能夠促進(jìn)植物對(duì)必需營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀等的吸收和利用，從而改善植物的生長(zhǎng)狀況。同時(shí)，通過(guò)球囊霉素的螯合作用和菌絲的過(guò)濾與固持作用等鈍化稀土元素，増加植物對(duì)稀土元素的忍耐性；或降低植物對(duì)稀土元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而減輕稀土元素的毒害作用，增強(qiáng)植物在覆土稀土尾礦基質(zhì)中的定植存活和生長(zhǎng)。顯著降低了稀土尾礦廢棄地植被生態(tài)恢復(fù)的覆土厚度，從而降低了稀土尾礦廢棄地的治理成本及顯著改善了稀土尾礦 廢棄地的植被生態(tài)恢復(fù)效果。該方法植被恢復(fù)成功率高、效果優(yōu)良、技木工藝簡(jiǎn)單，相比同類(lèi)方法成本較低，美觀安全，易于推廣應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)需求。對(duì)稀土尾礦廢棄地的植被生態(tài)恢復(fù)效果好，適用于稀土尾礦廢棄地的治理。該方法的推廣應(yīng)用對(duì)于有效改善稀土礦區(qū)由于尾礦廢棄地所造成的極度退化的生態(tài)環(huán)境、提高因稀土礦藏開(kāi)采所導(dǎo)致的礦區(qū)生態(tài)破壞與環(huán)境污染的治理效果具有重要的作用。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的說(shuō)明，但其并不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。以下所使用的菌劑產(chǎn)品購(gòu)自“中國(guó)叢枝菌根真菌種質(zhì)資源庫(kù)(BGC) ”，菌劑載體為干河沙，菌劑產(chǎn)品編號(hào)即為菌種編號(hào)。
實(shí)施例I :
稀土尾礦砂和覆土均取自白云鄂博稀土礦區(qū)，過(guò)2毫米土壤篩，120°C高溫蒸汽滅菌2小吋，殺滅土著菌根真菌后裝于塑料盆缽中(上口徑為14. 5厘米，下口徑為10. 2厘米，高度為12. 5厘米)。稀土尾礦砂pH為7. 08，有機(jī)質(zhì)含量為0.3%，全磷含量為O. 646 %，速效磷為 60. 8mg/kg,稀土尾礦中含鑭(La)為 12460mg/kg、鋪(Ce)為 26956mg/kg、鐠(Pr)為 5199mg/kg、釹(Nd)為 7800mg/kg、釤(Sm)為 544mg/kg、銪(Eu)為 83mg/kg、釓(Gd)為92mg/kg、鋪(Tb)為 41mg/kg、鏑(Dy)為 8. 9mg/kg、欽(Ho)為 3. 9mg/kg、錢(qián)(Tm)為 8. 8mg/kg、鐿(Yb)為 7. 8mg/kg、镥(Lu)為 3. 3mg/kg、乾(Y)為 140mg/kg ;土壤 pH 為 7. 30，有機(jī)質(zhì)含量為O. 36%，全磷含量為O. 13%，全氮含量為O. 021%，速效磷為81. 6mg/kg。叢枝菌根真菌的菌種以玉米和三葉草為宿主擴(kuò)繁，擴(kuò)繁基質(zhì)為沙土(河沙低磷土質(zhì)量比為I : 1)，擴(kuò)繁后取其含有叢枝菌根真菌孢子、根外菌絲及被侵染寄主植物根段的根際土為接種劑。
每盆裝稀土尾礦砂1000克，厚度為7厘米，其上覆蓋土壤350克，厚度為3厘米，接種叢枝菌根真菌處理分別加入摩西球囊霉(Glomus mosseae, BGC XJ01)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum, BGC HEB07A)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices, BGC BJ09)、聚叢球囊霉(Glomus aggregatum, BGC HKO2D)的接種劑各50克,不接種處理加入同量的滅菌菌齊U，然后再在其上覆土 250克，厚度2厘米，共覆土 600克，總覆土厚度為5厘米，加水至田間持水量的80%，靜置過(guò)夜。玉米和大豆種子經(jīng)催芽處理48小時(shí)露白后，選取出芽均一的種子每盆播種6粒。當(dāng)植物出苗后按照普通農(nóng)作物的管理辦法進(jìn)行管理；出苗10天后間苗，每盆留長(zhǎng)勢(shì)相近的2株，60天后收獲植物樣品，分析植物樣品生物量、植物體氮、磷、鉀濃度以及稀土濃度。[0017]植物生長(zhǎng)60天后，與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使玉米地上部生物量增加了 195%、235%、160%和288%，地下部生物量分別增加了 246%、196%、147%和286%。與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使大豆地上部生物量增加了 3. 4%、15. 9%、22. 1%和24. 8%，地下部生物量分別增加了 35. 5%、35. 8%、52. 3%和39%。與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使玉米地上部氮含量增加 了 136 %、140 %、147%和 169 %，地下部氮含量分別增加了 219 %、99 %、130 %和 182% ；分別使玉米地上部磷含量增加了 140%、276%、209%和239 %，地下部磷含量分別增加了 265%、209%、231%和196% ;分別使玉米地上部鉀含量增加了 160%、230%、6. 6%和220%，地下部鉀含量分別增加了 280%、214%、226%和345%。與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使大豆地上部氮含量增加了 23%、31%、78%和43%，地下部氮含量分別增加了 9. 1%、15%、31%和8. 4% ;分別使大豆地上部磷含量増加了 164%、221%、183%和206%，地下部磷含量分別增加了 52%,228%,268%和187% ;分別使大豆地上部鉀含量增加了 21%、50%、41%和48%，地下部鉀含量分別增加了 36%、48%、80%和35%。與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使玉米地上部鑭的濃度增加了 178%、31%、890%和188%，地下部鑭的濃度分別增加了 108%、11%、45%和193% ;分別使玉米地上部鈰的濃度增加了131%、2%、821%和35%，地下部鈰的濃度分別增加了 81%、15%、40%和111%;分別使玉米地上部鐠的濃度增加了 159%、5.6%、1032%和55%，地下部鐠的濃度分別增加了 56%、
9.4%、29%和78% ;分別使玉米地上部釹的濃度增加了 130%、30%、499%和54%，地下部釹的濃度分別增加了 85%、20%、46%和111%。與不接種處理相比較，接種摩西球囊霉、幼套球囊霉、根內(nèi)球囊霉、聚叢球囊霉分別使大豆地上部鑭的濃度減少了 57%、43%、55%和20%，地下部鑭的濃度分別減少了 36%、58%、42%和19% ;分別使大豆地上部鈰的濃度減少了 64%、54%、66%和26%，地下部鈰的濃度分別減少了 33%、56%、41%和16% ;分別使大豆地上部鐠的濃度減少了 57%、45%、59%和16%，地下部鐠的濃度分別減少了 29%、50%、38%和11% ;分別使大豆地上部釹的濃度減少了 59%、50%、62%和19%，地下部釹的濃度分別減少了 32%、57%、41%和14%。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)準(zhǔn)備叢枝菌根真菌的接種劑； (2)在稀土尾礦砂上覆土4 16厘米； (3)在表土下2 4厘米處接種叢枝菌根真菌的接種劑，施入劑量為每畝10 60公斤; (4)在已覆土的稀土尾礦表層撒播糧食作物的種子，種植密度為每平方米2 5行，每行3 7株； (5)進(jìn)行正常的田間水分管理和施肥管理； (6)植物生長(zhǎng)60 180天后，收獲植物體，進(jìn)行后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在于所述(I)步中叢枝菌根真菌包括摩西球囊霉(Glomus mosseae)、地表球囊霉(Glomusversiforme)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum)、聚叢球囊霉(Glomus aggregatum)、蘇格蘭球囊霉(Glomus caledonium)、扭形球囊霉(Glomustortuosum)、透光J永囊霉(Glomus diapnanum)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在干所述步驟⑴中的準(zhǔn)備接種劑，包括制備接種劑，方法是將叢枝菌根真菌的菌種以玉米和三葉草為宿主擴(kuò)繁，擴(kuò)繁基質(zhì)為沙土(河沙低磷土質(zhì)量比為I : I)，擴(kuò)繁后取其含有叢枝菌根真菌孢子、根外菌絲及被侵染寄主植物根段的根際土為接種劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在于所述步驟⑷中的糧食作物種子包括玉米(Zea mays L·)、高粱(Sorghumbicolor(Linn.)Moench)、小麥(Triticum aestivum L.)、大丑(Glycine max(Linn.)Merr.)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在于所述步驟(5)中的正常的田間水分管理為植物全生長(zhǎng)期共澆水3 6次，分別在四月中旬、6月中旬、7月初、7月中下旬、8月中旬和9月初期間。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在于所述步驟(5)中的正常的田間施肥管理為每畝施用尿素20 50公斤，磷酸ニ銨8 15公斤,氯化鉀10 15公斤。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述ー種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，其特征在干所述步驟出)中的進(jìn)行后處理為收獲的植物曬干后測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，如符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》可作牲畜飼料，如不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)移后集中焚燒填埋處理。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用叢枝菌根真菌技術(shù)恢復(fù)稀土尾礦植被的方法，屬于礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域：
。方法的步驟如下(1)準(zhǔn)備叢枝菌根真菌的接種劑；(2)在稀土尾礦砂上覆土4～16厘米；(3)在表土2～4厘米處接種摩西球囊霉(Glomus mosseae)等叢枝菌根真菌；(4)種植玉米(Zea mays L.)等作物；(5)進(jìn)行正常的田間水分和施肥管理；(6)生長(zhǎng)60～180天后，收獲植物體，進(jìn)行后處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所采用的叢枝菌根真菌易與植物共生，提高植物對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的獲取能力，減輕稀土元素對(duì)植物的毒害作用，促進(jìn)植物在稀土尾礦上的定植和生長(zhǎng)；該方法植被恢復(fù)成功率高，工藝簡(jiǎn)單，適用于稀土尾礦的治理。
文檔編號(hào)A01B79/02GKCN102640590SQ201210125698
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月19日
發(fā)明者付瑞英, 張君, 王立新, 趙仁鑫, 趙吉, 趙文靜, 郭偉 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan