煤炭矿区复垦土壤的菌根修复技术研究

发布时间：2020-09-18 10:09

　　针对我国矿区土壤侵占严重、质量恶化的局面，研发有效的矿区土壤修复技术成为国内外研究热点之一。菌根技术由于其具有高效低耗、简单易行、生态效益显著、促进生态平衡的特点，在矿区土壤修复中受到了广泛的关注。但对于菌根技术修复矿区土壤的效果以及土壤修复过程中微生态特征变化等方面的研究较少，菌根对矿区土壤有机碳积累的影响鲜有报道。因此，本论文利用菌根技术，以活性污泥添加构成的矿区复合基质为修复对象，在优化复合基质配比的基础上，对矿区复垦土壤的修复效应、土壤修复过程中微生态变化规律以及修复土壤有机碳累积性能的变化等做了系统的研究，获得的主要研究结论如下：盆栽试验研究获得矿区复合基质的较优配比：培养60d后，20%-40%污泥添加量的复合基质pH值为5.5～7.5，基质中有机质、全氮、速效磷等养分指标均处于较丰富或丰富的营养等级，适于三叶草生长，为矿区复垦的较优配比。可实现矿区免施化肥复垦。复合基质-AMF （arbuscular mycorrhizal fungi）组合的试验结果表明，污泥添加量为20%、30%的A2、A3配比基质中种植黑麦草接种摩西球囊霉菌（Glomusmosseae，简称G.m）盆栽实验2年后，其基质容重和孔隙度、有机质及氮磷钾元素的变化量均高于污泥添加量为10%的A1配比，黑麦草的菌根侵染率与菌根依赖性均相对较高。因此，A2-G.m、A3-G.m为矿区复垦技术的较优组合。 A3复合基质-G.m组合修复的现场试验表明，矿区复垦土壤的容重、孔隙度及持水量等和有机质均随时间而逐渐改善；矿区复垦土壤酶活性随时间而逐渐提高，且接种处理的变化量均显著高于未接种对照（p0.05）。矿区复垦土壤微生物群落和功能多样性的Biolog微平板法分析表明，添加污泥处理的AWCD值增长较快，Biolog微平板培养60h的微生物群落Shannon多样性指数、Simpson指数和McIntosh指数显著高于其它处理(p0.05)，污泥的添加显著提高矿区复垦土壤中微生物的丰富度和常见物种种类，且可达到群落组成均一。矿区复垦1年和2年的土壤微生物群落和功能多样性均高于复垦前土壤，表明矿区的复垦过程对于增强土壤微生物活性意义重大。矿区复垦土壤SOC的动态变化分析表明，不同处理复合基质中SOC含量均有所升高。AMF分泌的球囊霉素相关土壤蛋白（Glomalin-related Soil Protein，GRSP）随复垦时间逐渐增加，土壤有机碳与TG及EEG之间存在极显著的正相关（p0.01），说明AMF所分泌的GRSP对矿区复垦土壤有机碳积累具有直接作用。AMF及其分泌的GRSP对土壤有机碳积累的作用机理为通过增加植物固碳量、促进土壤团聚体形成保护土壤有机碳、改变土壤微生境增加土壤有机碳等方式促进土壤有机碳的积累。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：S156;TD88
【部分图文】：

现场实验,方案,粉煤灰,煤矸石

矿区复垦土壤菌根修复效应的现场试验场试验选址于徐州庞庄矿区，时间为 2009 年 7 月底至 2011 年 7 月。根据室内验的结果，选择菌根效应较好的摩西球囊霉菌 Glomus mosseae（G.m）为供试黑麦草作为供试植物。煤矸石取自庞庄煤矿煤矸石山经破碎的粒径为 1-5cm 的；污泥取自徐州姚庄污水处理厂，污泥质量含水率为 70%；粉煤灰取自矿区电区电站循环流化床锅炉低温煅烧使其具有水泥熟料性质，其中产生的粉煤灰与站的粉煤灰不同，故本试验中粉煤灰的添加量有所减少。验设接种和未接种对照（分别为 15m2区域），接种和未接种之间有隔离带。将域（30 m2）分六部分小区域，小区域之间用 20cm 宽带隔开，每块小区域面积2，其中三块（Ga，Fa，Sa）接种 AMF，另外三块（Gb，Fb，Sb）为未接种对 2-1）。Ga 和 Gb 为混有煤矸石的矿区土， Fa 和 Fb 为粉煤灰和煤矸石（煤矸为 1-5cm）质量比为 20：80 混合均匀的复合基质，Sa 和 Sb 为粉煤灰、煤矸石质量比为 10：60：30 混合均匀的复合基质，覆土厚度为 15cm。接种处理菌根种量为 0.5 kg/m2。

三叶草,出苗率,配比,基质

3 5.77 5.11 4.45 3.75 3.22 2.61 159.34 140.07 120.80 102.37 81.32 6258 247.05 239.52 231.99 224.47 216.94 209 丰富丰富丰富丰富较丰富较丰同配比对三叶草出苗率的影响（Influence ound Substates on Emergence Rate of White C度上反映植物种子对土壤环境包括土壤 pH 值、温度性等的适应情况，植株出苗率高说明土壤条件适宜种条件不适宜种子出苗。因此，通过考察不同配比基质同生长环境的适应能力。和 7 天时的出苗情况见图 3-1。00播种3天播种7天

黑麦草,生物量,根冠比

0A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3 A3B1 A3B2 A3B3不同组合处理图 4-1 黑麦草生长 100 天时的菌根侵染率e 4-1 Mycorrhizal Infection Rate of Ryegrass in 100d in Different Treatments草生物量和根冠比分析生长 12 个月的生物量以及根冠比见表 4-1。由表可知，黑麦草种植均发育良好。接种处理的地上部生物量和地下部生物量均高于未接接种 AMF 促进黑麦草地上植株和地下根系的生长发育。对比于不，接种 G.m (B2 处理)黑麦草生长较好，其中 A1B2、A2B2、A3B2 地上部生物量分别为 14.33×10-2g/cm2、14.51×10-2g/cm2、13.28×1部生物量分别为 1.12×10-2g/cm2、1.24×10-2g/cm2、1.11×10-2g/cm2表 4-1 黑麦草生长 12 个月的生物量及根冠比Table 4-1 Biomass and Root-shoot Ratio of Ryegrass处理地上部生物量(g/cm2) 地下部生物量（g/cm2) 根冠比（%）B1 11.57±1.33b 0.66±0.08b 5.70±0.69b

【参考文献】