專利名稱：一種促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高植物和微生物在尾礦區耐旱的方法，特別是利用耐旱營養基質提高植物和微生物對干旱的耐受性，促進植物和微生物的生長和繁殖，達到植物和微生物修復尾礦以及阻礙尾礦渣中的重金屬遷移污染周邊的土壤和水體的目的。
背景技術：
金屬尾礦渣持水力弱導致的過度干旱是尾礦庫植被缺乏和土著微生物稀少的重要原因。采用輔助措施，提高植物和微生物的抗旱性能，可在干旱的尾礦渣堆存區上促進植物和土著微生物生長和繁殖，重建植被，從而有效控制礦渣中的重金屬隨雨水與揚塵擴散，重建的植被還可控制土壤侵蝕和水土流失，增加土壤營養，恢復退化生態系統和美化環境。我們通過試驗研究發現，尾礦渣堆放區進行植被重建時，水分是及其重要的限制 因子。研究發現在沒有生長植被的尾礦庫中也有微生物存在，主要是細菌、真菌和放線菌等，但數量極少，生長緩慢，由于缺乏水分和營養，大部分處于休眠狀態。微生物的代謝有利于尾礦養分的循環，增加尾礦的肥力，可以為植物提供部分營養，同時植物的根系也為微生物的生長提供了場所和養分。因此，在尾礦植物修復時，在植物種植坑內添加一些富含營養的保水物質，可以促進植物和微生物在尾礦庫的生長繁殖。尾礦渣的水分的缺乏成了限制植物生存的主要因素，導致了植物不能在尾礦庫上生長，在植被重建時，可采用保水措施來促進植物在尾礦上生長。研究發現，竹纖維、植物凝膠等有較強的吸水能力和水分的緩釋能力，在植物栽培的基質中添加竹纖維、植物凝膠等，使基質中的水分長期保存，促進植物和微生物在干旱的尾礦庫渣上生長和繁殖。基于我們的研究結果，在植物修復尾礦庫時，根據尾礦庫的特點，本發明采用對環境友好的耐旱營養基質，該培養基質具有緩釋水分的功能，可較長時間保持水分和提供部分營養，提高植物和微生物對尾礦干旱的耐受性，促進植物和微生物的生長和繁殖，為快速有效地對尾礦庫進行植被恢復和生物修復提供了一種新的方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種促進植物和微生物在干旱的礦渣上生長和繁殖的方法，該方法具有成本低、操作簡便、對環境友好以及可廣泛用于尾礦植被恢復和礦山污染控制等優點。一種促進植物和微生物在干旱尾礦區生長和繁殖的方法，步驟如下
(1)配制混合肥料A:用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后的動物糞便和菜園土配制而成，各組分的質量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維5-10份，發酵后的動物糞便15-25份，菜園土 60-70份；
(2)配制混合肥料B:混合肥料B為改良MS (Murashige and Skoog)固體培養基，配制方法為MS液體培養基按常規的方法配制，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入20-30 g蔗糖和2. 5-3. Og植物凝膠，80-90°C加熱10-20分鐘，冷卻后，切成長、寬、高為O.5-1. O厘米大小的方塊，備用。(3)耐旱營養基質的配制按質量份數進行配制，5. 0-6. O份混合肥料A，0. 5-1. O份混合肥料B，6. 0-8. O份的尾礦渣，并混合均勻；
(4)在干旱的尾礦渣污染區平整樣地，打造種植坑，種植坑長10-20cm、寬10-20cm、深15-20cm ;每個種植坑中放滿入保水營養基質； (5)在種植坑中栽培佛甲草7i/ eari )和野葛(/^/eraria在每個種植坑在移栽4-5厘米長的佛甲草2-4株和1-2個野葛的匍匐莖(節上含有不定根)，佛甲草根部覆蓋稻田土 l_2cm，野葛的匍匐莖(節上含有不定根)覆蓋稻田土 3-4cm，種好后澆水。(6)植物凋落后，讓這些植物凋落物自然腐爛，以保持尾礦栽培地更多的水分和有機質。作為優選，步驟(I)中用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后的動物糞便和菜園土的最佳質量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維7份、發酵后的動物糞便20份和菜園土 70份。作為優選，步驟(2)中，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入25g蔗糖和2. 8g植物凝膠。作為優選，步驟(3)中，按質量份數進行配制，5. 5份混合肥料A，0. 7份混合肥料B，
6.O份的尾礦渣。本發明的原理
本發明是基于尾礦渣的保水性差、有機質和營養元素含量低等而產生的。混合肥料A中的竹纖維吸水性和持水性強，可緩慢釋放其持有的水，動物糞便等含有豐富有機質，因此混合肥料A有高保水性作用和提供有機質等；混合肥料B是中的MS培養基為植物和微生物生長需要的提供營養元素，植物凝膠有保水的功能，蔗糖為微生物的生長提供了碳源；耐旱營養基質的尾礦渣中含有少量的土著微生物。佛甲草具有適應性強、耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠等特點，在礦渣堆放區的邊緣能正常生長，是干旱地區生長的先鋒植物。野葛是一種草質藤本豆科植物，有固氮的功能，耐旱、耐貧瘠等特點，在礦渣堆放區的邊緣正常生長。土著微生物適應當地的氣候條件，在保水營養基質中可以快速生長和繁殖。本發明的有益效果
添加的竹纖維和植物凝膠都來源于植物，在一定時間內可以被微生物降解，不存在環境污染。佛甲草和野葛耐旱性強，通過本發明的處理，在這些植物能在降水少，持水力弱的尾礦渣中正常生長，同時這些植物生長快，在較短時間內形成較密的植被；本發明促進了尾礦渣中的土著微生物由休眠狀態向生長狀態轉變而大量繁殖，有利于尾礦養分的循環，增加尾礦的肥力，促進了植物生長，同時植物根系也為微生物的生長提供了場所，通過本發明，在礦渣栽培區形成了植物和微生物生存的生態空間，隨著植物和微生物的擴大和蔓延，可使整個礦渣堆放區形成植物和微生物生存的生態空間，從而在整個尾礦庫上形成植被。佛甲草多年生植物草本，含水量極高，主莖匍匐生長，著地各節能長出不定根和分枝，這些根枝伏地蔓延，可發展為龐大株叢。野葛是豆科植物，通過其生物固氮可增加礦渣中氮含量，其地下塊莖發達，干旱時是可以依靠塊莖的水分和營養，從而保證了其能在干旱尾礦庫生存和繁殖。野葛都是多年生的植物，繁殖方式多樣，即可種子繁殖又可營養繁殖，可以在短時間內獲得大量的植株，其塊根和地上的匍匐莖能進行無性繁殖，分蘗能力強，同時匍匐莖和地上的匍 匐莖的水分運輸系統是相連的，干旱時還可以依靠塊根中的水分支持地上部分的基礎代謝。這些植物第一次人工栽培后，不需再次播種。
具體實施例方式實施例I
基質的保水力測試
(O配制混合肥料A :用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后動物糞便和菜園土配制而成，各組分的重量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維10kg，發酵后動物糞便25kg和菜園土 60kg,混勻后備用；
(2)配制混合肥料B :混合肥料B為改良MS (Murashige and Skoog)固體培養基，配制方法為MS液體培養基按常規的方法配制，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入20 g蔗糖和3 g植物凝膠，80°C加熱20分鐘，冷卻后，切成長、寬、高均為O. 5厘米大小的方塊，備用。(3)耐旱營養基質的配制按質量份數進行配制，5. O kg混合肥料A，0.5 kg混合肥料B，8.0 kg風干的尾礦渣(取自湖南某未生長植物鉛鋅尾礦庫)，并混合均勻，備用；
(4)以取自湖南某未生長植物的風干的鉛鋅尾礦渣為對照，取IOkg耐旱營養基質和鉛鋅尾礦渣，分別裝入塑料水桶中，每桶加水I. Okg后，稱重后放置室內，設置3個重復，30天后再對每個桶進行稱重，以減少的重量計為水分的損失量。結果表明，為對照損失的重量平均為O. 95kg，耐旱營養基質損失的重量平均為O. 23 kg。本試驗說明，與對照相比，耐旱保水營養基質的保水能力4倍以上，具有很強的保水性能。實施例2
植物材料佛甲草yifleare)和野葛(/teraria Ioba ta ) 其它材料混合肥料A、混合肥料B和尾礦渣(取自未長植被的湖南某鉛鋅尾礦庫)。(I)配制混合肥料A :用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后的動物糞便和菜園土配制而成，各組分的重量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維70kg、發酵后動物糞便200kg和菜園土 700kg進行配制,混勻備用；
(2)配制混合肥料B :混合肥料B為改良MS培養基，配制方法為MS液體培養基按常規的方法配制，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入25. O g蔗糖和2. 8 g植物凝膠，85°C加熱15分鐘，冷卻后，切成長、寬、高為I厘米大小的方塊，備用。(3)抗旱營養基質的配制按質量份數進行配制，600kg份混合肥料A，IOOkg份混合肥料B，700kg的尾礦渣，并混合均勻；
(4) 3-4月，在未長植被的湖南某鉛鋅尾礦渣污染區平整樣地，打造種植坑，種植坑長10cm、寬10cm、深20cm。每個種植坑中放滿耐旱營養基質；在種植坑中栽培佛甲草和野葛，在每個種植坑在移栽5厘米長的佛甲草3株和2根野葛的匍匐莖(節上含有不定根)，佛甲草根部覆蓋稻田土 2cm，野葛的匍匐莖覆蓋稻田土 4cm，種好后澆水。(5)入冬后，植物凋落，讓這些植物凋落物自然腐爛在礦渣區。
(6)第二年4-5月，統計每一種植坑中繁殖的幼苗數；土壤微生物計數采用稀釋平板法測定土壤中細菌、真菌、放線菌的微生物，以未處理的礦渣為對照。結果發現，每一種植坑繁殖的野葛幼苗平均為25株，佛甲草的匍匐莖能長出的苗平均為29株，野葛和佛甲草能夠在尾礦區快速繁殖，尾礦渣中細菌、真菌、放線菌的數量均比對照顯著提高，細菌、真菌、放線菌與對照相比數量分別增加了 32、15、17倍。本實例表明，利用本發明的方法，可以使促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖。實施例3
植物材料佛甲草和野葛。其它材料混合肥料A、混合肥料B和尾礦渣(取自未長植被的湖南某錳尾礦庫)。(I)配制混合肥料A :用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后動物糞便和菜園土配制而 成，各組分的重量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維50kg、發酵后動物糞便150kg和菜園土650kg ；
(2)配制混合肥料B :混合肥料B為改良MS固體培養基，配制方法為MS液體培養基按常規的方法配制，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入30 g蔗糖和2. 5 g植物凝膠，90°C加熱10-20分鐘，冷卻后，切成長、寬、高為O. 5厘米大小的方塊，備用。(3)抗旱營養基質的配制按質量份數進行配制550kg份混合肥料A，70kg份混合肥料B, 600kg份的尾礦洛,并混合均勻；
(4)3-4月，未長植被的湖南某錳尾礦區平整樣地，打造種植坑，種植坑長20cm、寬20cm、深15cm。每個種植坑中放滿入保水營養基質。在種植坑中栽培佛甲草和野葛，在每個種植坑在移栽4厘米長的佛甲草4株和I塊野葛的匍匐莖(節上含有不定根)，佛甲草根部覆蓋稻田土 l_2cm,野揭的匍匍莖覆蓋稻田土 3_4cm,種好后燒水。(5)入冬后，植物凋落，讓這些植物凋落物自然腐爛在礦渣區。6)第二年4-5月，統計每一種植坑中產生的幼苗數；土壤微生物計數采用稀釋平板法測定土壤中細菌、真菌、放線菌的微生物，以未處理的礦渣為對照。結果發現，每一種植坑繁殖的野葛幼苗平均為17株，佛甲草匍匐莖長出的苗平均為35株，野葛和佛甲草能夠在礦渣區生長和快速繁殖，細菌、真菌、放線菌與對照相比數量分別增加了 28、16、14倍。本實例表明，本發明的方法，可以使促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖。以上僅僅是本發明的較佳實施方式，根據本發明的構思，本領域人員可以利用本方法促進持水力弱的其他金屬尾礦和干旱地區鹽堿的植物和微生物的生長，達到生物修復的目的，類似的變換和修改均屬于本發明的實質。
權利要求
1.一種促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖的方法，其特征是利用耐旱營養基質保持水分和提供營養，步驟如下 (O配制混合肥料A :用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后的動物糞便和菜園土配制而成，各組分的質量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維5-10份、發酵后的動物糞便15-25份和菜園土 60-70份； (2)配制混合肥料B :混合肥料B是一種改良的MS (Murashige and Skoog)固體培養基，配制方法為MS液體培養基按常規的方法配制，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入20-30g蔗糖和2. 5-3. Og植物凝膠，80-90°C加熱10-20分鐘，冷卻后，切成長、寬、高為O. 5-1厘米大小的方塊； (3)耐旱營養基質的配制按質量份數進行配制，5.0-6. O份混合肥料A，O. 5-1. O份混合肥料B，6. 0-8. O份的尾礦渣，并混合均勻； (4)在干旱的尾礦渣區平整樣地，打造種植坑，種植坑長10-20cm、寬10-20cm、深15-20cm ;每個種植坑中放滿入耐旱營養基質； (5)在種植坑中栽培佛甲草7i/ eari )和野葛(/^/eraria在每個種植坑在移栽4-5厘米長的佛甲草2-4株和1-2個野葛的匍匐莖(節上含有不定根)，佛甲草根部覆蓋稻田土 l_2cm，野葛的匍匐莖覆蓋稻田土 3-4cm，種好后澆水； (6)植物凋落后，讓這些植物凋落物自然腐爛，以保持尾礦栽培地更多的水分和有機質。
2.根據權利要求I所述的促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖的方法，其特征是，步驟(I)中用生物酶脫膠后的竹纖維、發酵后的動物糞便和菜園土的最佳質量配比為用生物酶脫膠后的竹纖維7份、發酵后的動物糞便20份和菜園土 70份。
3.根據權利要求I所述的促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖的方法，其特征是，步驟(2)中，在配置好的MS液體培養基中按體積每升中加入25g蔗糖和2. Sg植物凝膠。
4.根據權利要求I所述的促進植物和微生物在尾礦區生長和繁殖的方法，其特征是，步驟(3)中，按質量份數進行配制，5. 5份混合肥料A，O. 7份混合肥料B，6. O份的尾礦渣。
全文摘要
本發明公布了一種利用耐旱營養基質來促進植物和微生物在金屬尾礦區生長和繁殖的方法，從而達到在尾礦區重建植被的目標。該方法是先配置好耐旱營養基質，然后把耐旱營養基質施于在尾礦區打造的植物種植坑中，在種植坑中栽種佛甲草(Sedumlineare)和野葛(Puerarialobata)，利用該方法可促進植物和土著微生物在尾礦區生長和繁殖，并形成較密的植被和豐富的微生物群落。本發明可用于尾礦和干旱鹽堿地區的植被重建和生物修復。
文檔編號C05F15/00GK102907224SQ201210362608
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者嚴明理, 馮濤, 向言詞, 劉麗莉, 柴立元, 李夕兵 申請人:中南大學