5種復(fù)墾植物對(duì)鐵尾礦養(yǎng)分及微生物的影響
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張俊英1，3， 許永利2,3， 李富平2,3
（1．華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院；2．華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；3．河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009）
摘要：利用沙棗、檉柳、白檸條、楊柴和八寶景天等5種植物用于鐵尾礦現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)試驗(yàn)，研究植物生長(zhǎng)2a后對(duì)于鐵尾礦養(yǎng)分及微生物的影響。結(jié)果表明：沙棗可顯著促進(jìn)鐵尾礦巾氮素積累，白檸條和八寶景天對(duì)速效氮提升效果較好。白檸條、楊柴、八寶景天3種植物根際鐵尾礦中全磷含量較高；白檸條根際尾礦巾速效磷含量最高。鐵尾礦中有機(jī)質(zhì)含量以檉柳和楊柴2種植物最高。楊柴根際鐵尾礦中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量在5種植物中均居首位，而八寶景天根際鐵尾礦中3種微生物數(shù)量均最低。微生物總數(shù)由高到低依次為：楊柴>沙棗>白檸條>八寶景天>檉柳。總之，楊柴和沙棗2種植物可以提升鐵尾礦養(yǎng)分及微生物數(shù)量上，更適于作為鐵尾礦上生態(tài)重建植物。
關(guān)鍵詞：鐵尾礦；養(yǎng)分；有機(jī)質(zhì)；微生物數(shù)量
中圖分類號(hào)：X172 01:10.3969/j.issn．1003-6504.2016.04.003 文章編號(hào)：1003-6504(2016)04-0011-05
許多研究者報(bào)道了植被定植后能夠逐漸改善礦山廢棄地的土壤化學(xué)性質(zhì)。刺槐在鐵尾礦上定植后，尾礦中的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量極顯著提高；土壤脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性極顯著上升；自生固氮菌數(shù)量、解磷菌數(shù)量極顯著增加。鐵尾礦上種植紫花苜蓿、三葉草、墨西哥玉米、野燕麥、黑麥草、狗尾草等草本植物也可有效提升尾礦中養(yǎng)分含量，增加尾礦中的微生物數(shù)量；種植花生、大豆、高粱等農(nóng)作物同樣可以改善鐵尾礦的理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)。有關(guān)鐵尾礦植物復(fù)墾研究，主要集中在已復(fù)墾的植物生長(zhǎng)狀況，以及植物生長(zhǎng)對(duì)鐵尾礦微環(huán)境的改善作用，包括復(fù)墾區(qū)的生物多樣性。詹婧等采用PCR-DGGE技術(shù)研究銅尾礦廢棄地微生物多樣性的變化，楊山?jīng)_尾礦庫(kù)白茅和結(jié)縷草根際的細(xì)菌多樣性高于非根際的，白茅和木賊成株的根際細(xì)菌多樣性均高于幼苗，細(xì)菌多樣性受到養(yǎng)分積累狀況和植被類型的影響。閆野的研究表明，楊柴、沙棗、白檸條等植物用于鐵礦尾礦庫(kù)的復(fù)墾，植物根系可以很快適應(yīng)尾礦環(huán)境。
本研究的目的主要對(duì)不同類型的植物，如灌木、草本植物在鐵尾礦上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)墾試驗(yàn)2a后，明確其對(duì)于鐵尾礦的養(yǎng)分及微生物的影響，從生態(tài)重建角度考慮更適合的復(fù)墾植物種類。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地點(diǎn)
首鋼集團(tuán)遷安馬蘭莊鐵礦尾礦庫(kù)。
供試植物：沙棗、檉柳、白檸條、楊柴和八寶景天。
1.2試驗(yàn)處理及方法
試驗(yàn)為現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)試驗(yàn)，小區(qū)面積為5 mx10 m，株行距0.5 mx0.5 m，不施用任何改良劑。苗木移栽時(shí)帶土坨移栽，苗齡均為1a生幼苗，移栽后保證每日早晚給幼苗澆水，保證充足的水分，以確保苗木的成活率。
試驗(yàn)于2010年5月在唐山首鋼馬蘭莊鐵礦尾礦庫(kù)開(kāi)始，于苗木成活2a后的2012年9月取苗木根際尾礦，測(cè)定尾礦的養(yǎng)分含量及微生物的數(shù)量。
1.3數(shù)據(jù)處理與分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2003作圖，SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2結(jié)果與分析
2.1 不同復(fù)墾植物對(duì)鐵尾礦養(yǎng)分的影響
2 .1.1鐵尾礦氮素含量的變化
5種植物復(fù)墾條件下，由于植物生理特性的差異，導(dǎo)致其根際尾礦的理化性狀存在明顯的不同。
5種植物在鐵尾礦庫(kù)種植2a后，其根際鐵尾礦中全氮含量增加，以沙棗根際鐵尾礦的全氮含量最高，其值分別比檉柳、白檸條、楊柴及八寶景天尾礦中的全氮含量高出12.29%、21.79%、47.55%及75.21%，且差異顯著(P<0.05)。說(shuō)明在鐵尾礦上種植沙棗更利于全氮的積累。沙棗是多年生高大木本耐鹽植物，具有耐干旱、耐貧瘠等特點(diǎn)，根系具有根瘤菌能夠固
氮�？梢�(jiàn)，沙棗可以促進(jìn)鐵尾礦中氮素積累，其促進(jìn)作用在S種植物中居首位。八寶景天為肉質(zhì)根系的草本植物，對(duì)于尾礦氮素的積累作用最小。見(jiàn)圖1。
各植物根際尾礦的堿解氮含量則以白檸條最高，八寶景天其次，然后是沙棗和檉柳，最低含量為楊柴根際尾礦。說(shuō)明白檸條和八寶景天根系生長(zhǎng)有利于鐵尾礦中氮素的積累，氮素的積累會(huì)有利于根際微生物的生長(zhǎng)與繁殖。見(jiàn)圖2。
2 .1.2鐵尾礦磷素含量的變化
5種植物根際鐵尾礦中全磷含量以白檸條、楊柴、八寶景天較高，沙棗和檉柳其次。很明顯對(duì)磷素的積累方面前3種植物更有利，檉柳相對(duì)較差。見(jiàn)圖3。
圖4為各種復(fù)墾植物根際速效磷含量的比較，顯然白檸條根系的生長(zhǎng)更有利于鐵尾礦中速效磷的釋放，檉柳作用最小。幾種植物根際速效磷含量差異顯著，含量由高到低依次為白檸條>八寶景天>沙棗>楊柴>檉柳，其中白檸條根際尾礦的速效磷含量為檉柳根際速效磷含量的5.39倍，是八寶景天的59.67%�？梢�(jiàn)，不同類型的植物復(fù)墾年限相同時(shí)，其根際鐵尾礦
的速效磷含量存在顯著差異。
2.1.3不同復(fù)墾植物對(duì)鐵尾礦鉀素的影響
鐵尾礦中全鉀含量在不同植物類型間沒(méi)有顯著差異。說(shuō)明了植物對(duì)鉀素的影響不顯著，鉀素主要來(lái)源于尾礦中原有的含量。見(jiàn)圖5。
2 .1.4不同復(fù)墾植物對(duì)鐵尾礦有機(jī)質(zhì)和pH的影響
鐵尾礦中有機(jī)質(zhì)含量以檉柳、楊柴最高，以后依次為沙棗、白檸條、八寶景天，檉柳根際有機(jī)質(zhì)的含量比八寶景天高37.75%，比白檸條高22.09%，比沙棗高9.81%，差異顯著(P<0.05)。有機(jī)質(zhì)作為養(yǎng)分庫(kù)，可以為植物生長(zhǎng)及微生物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，因此有機(jī)質(zhì)含量的高低，將決定植物生長(zhǎng)的優(yōu)劣，決定微生物生長(zhǎng)旺盛與否。見(jiàn)圖6。
鐵尾礦中種植的5種植物根際尾礦的pH均在8.0上下，這與植物生長(zhǎng)習(xí)性有關(guān)，研究中所用植物均較耐鹽堿，所以基本都在堿性條件下生長(zhǎng)良好。見(jiàn)圖7。
2.2 不同復(fù)墾植物對(duì)鐵尾礦微生物數(shù)量的影響
細(xì)菌類群最多，其次為放線菌，真菌數(shù)量最少。單就某一類微生物來(lái)看，細(xì)菌數(shù)量在沙棗和楊柴根際鐵尾礦中較多，其次為白檸條，最后為檉柳和八寶景天，見(jiàn)圖8。真菌數(shù)量以白檸條和楊柴最多，其次為沙棗>檉柳>八寶景天；放線菌數(shù)量以楊柴最多，其次為白檸條，檉柳和沙棗相近，八寶景天最低。
根際鐵尾礦中的微生物總數(shù)由高到低依次為楊柴>沙棗>白檸條>八寶景天>檉柳，見(jiàn)表1。楊柴根際不僅數(shù)量大，而且細(xì)菌和放線菌數(shù)量分別占總數(shù)的75.8%和23.5%：白檸條根際鐵尾礦中的細(xì)菌這放線菌分別占總數(shù)的73.1%和25.4%。檉柳根際細(xì)菌數(shù)量占88.9%，放線菌占10.8%。微生物類群分布較為多樣。而沙棗和八寶景天根際細(xì)菌數(shù)量占總數(shù)的93.9%和98.3%，類群相對(duì)單一。從B/F值看，細(xì)菌數(shù)量比真菌數(shù)量相差很多，相差最多得為八寶景天，其次為檉柳、沙棗。從A/F值，檉柳、楊柴放線菌數(shù)量是真菌數(shù)量的37倍和30倍，相差較為懸殊，其他3種植物的放線菌數(shù)量與真菌數(shù)量相差十幾倍。由此可見(jiàn)，各種植物根際鐵尾礦中以細(xì)菌占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，放線菌其其次，真菌最少，與細(xì)菌差幾十倍至幾百倍。
5種植物中，楊柴不僅可以促進(jìn)根際鐵尾礦中微生物的大量繁殖，而且有利于細(xì)菌和放線菌的增加；沙棗、八寶景天及檉柳可以促進(jìn)鐵尾礦中細(xì)菌數(shù)量的增加。白檸條可以促進(jìn)根際鐵尾礦中細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)。在5種植物中，楊柴對(duì)根際微生物的生長(zhǎng)最為有利。
2.3各種復(fù)墾植物根際微生物數(shù)量與尾礦養(yǎng)分之間的相關(guān)性分析
由表2可知，沙棗根際鐵尾礦中真菌數(shù)量表現(xiàn)出與速效磷含量極顯著正相關(guān)，其放線菌數(shù)量與全鉀含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)；與其他環(huán)境因子的相關(guān)不顯著。說(shuō)明植物根際微生物生長(zhǎng)受磷鉀等養(yǎng)分的影響更為顯著，但是受氮素影響不明顯，這與沙棗根系生有根瘤菌關(guān)系密切，根瘤菌促進(jìn)了植物根系的固氮作用。
檉柳根際放線菌的數(shù)量則與全氮和全鉀顯著相關(guān)，與全磷的含量極顯著相關(guān)；細(xì)菌和真菌與養(yǎng)分含量相關(guān)性較小，說(shuō)明細(xì)菌真菌更容易適應(yīng)檉柳的根際。白檸條根際尾礦中的微生物數(shù)量與養(yǎng)分等無(wú)顯著相關(guān)性；楊柴根際微生物的總數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量顯著正相關(guān)，然而細(xì)菌數(shù)量呈現(xiàn)與各養(yǎng)分因子均負(fù)相關(guān)現(xiàn)象，表明楊柴根際細(xì)菌更多的受到根系的影響，與尾礦養(yǎng)
分關(guān)系不大。
八寶景天的細(xì)菌數(shù)量除了速效磷外也呈現(xiàn)與楊柴相似之處，均表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與全氮含量顯著負(fù)相關(guān)，所以氮素的供應(yīng)不利于八寶景天根際尾礦中細(xì)菌的繁殖，但是微生物的總數(shù)與速效磷含量顯著正相關(guān)，這可能與細(xì)菌占微生物總數(shù)的98.3%有關(guān)。
3討論與結(jié)論
有研究表明，接種叢枝菌根真菌可以促進(jìn)鐵尾礦中植物對(duì)養(yǎng)分的吸收。采煤復(fù)墾區(qū)細(xì)菌群落多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分與土壤全氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)。本研究中，楊柴根際尾礦中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均較多，因?yàn)闂畈窀Y串根性強(qiáng)，貼地面向外擴(kuò)展，積沙后能生不定根，根系有根瘤，可以固氮改善土壤環(huán)境。楊柴的生長(zhǎng)特性，決定了它在沙性環(huán)境
中，可以盡快適應(yīng)環(huán)境，并且根系很快長(zhǎng)出側(cè)根，適應(yīng)能力較強(qiáng)。
(1)復(fù)墾植物生長(zhǎng)2a后，可以提高尾礦中的有機(jī)質(zhì)、氮素和磷素含量。沙棗對(duì)于尾礦中全氮含量提高較好；對(duì)速效氮提升較好的為白檸條和八寶景天。根際鐵尾礦中全磷含量較高的植物為白檸條、楊柴、八寶景天；速效磷含量最高的植物為白檸條、八寶景天。檉柳和楊柴根際有機(jī)質(zhì)含量最高。
(2)復(fù)墾2a后，植物根際微生物數(shù)量大幅度提升，植物種類影響微生物的數(shù)量。楊柴對(duì)鐵尾礦中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量具有最大的促進(jìn)作用，而八寶景天根際微生物數(shù)量均最低。微生物總數(shù)由高到低依次為：楊柴>沙棗>白檸條>八寶景天>檉柳。
總之，楊柴和沙棗2種植物在提升鐵尾礦養(yǎng)分及微生物數(shù)量上表現(xiàn)出較好的效果，從礦區(qū)的生態(tài)重建角度考慮，這2種植物則更有優(yōu)勢(shì)。
