生石灰—丛枝菌根真菌对酸性锡尾矿化学性质及6种草本植物生长的影响.pdf
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1、引文格式:邓琪,包立,秦芙蓉,等.生石灰丛枝菌根真菌对酸性锡尾矿化学性质及 6 种草本植物生长的影响J.云南农业大学学报(自然科学),2024,39(1):168174.DOI:10.12101/j.issn.1004-390X(n).202210044生石灰丛枝菌根真菌对酸性锡尾矿化学性质及6 种草本植物生长的影响*邓琪1,包立1,2,秦芙蓉1,吴慧1,夏云霓3,岳献荣4,夏运生1,2*(1.云南农业大学资源与环境学院,云南昆明650201;2.云南省土壤培肥与污染修复工程研究中心,云南昆明650201;3.中南大学轻合金研究院,湖南长沙410083;4.云南农业大学马克思主义学院,云南昆明
2、650201)摘要:【目的】研究生石灰丛枝菌根真菌(arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)草本植物协同作用对酸性锡尾矿的改良效应,筛选酸性锡尾矿适生优势植物。【方法】采用盆栽试验研究生石灰与 AMF 混合菌剂对锡尾矿上黄茅 Heteropogon contortus(L.)Beauv.、香根草 Chrysopogon zizanioides(L.)Roberty、狗牙根 Cynodondactylon(L.)Pers.、苜蓿(Medicago sativaL.)、狗尾草 Setaria viridis(L.)Beauv.和黑麦草(Lolium perenneL.)生长、
3、重金属累积和根际主要理化性状的影响。【结果】与对照处理相比,添加生石灰AMF 可提高尾矿 pH 值、有机质和速效养分含量,且显著增加 6 种草本植物生物量,尤以黑麦草增加最多。所有复合处理中,生石灰处理下黄茅根际尾矿 pH 值最高,较改良前提高了 0.92;生石灰AMF 处理下,香根草根际尾矿有机质含量较高,较改良前提高了 7.6 倍;苜蓿和黑麦草根际尾矿碱解氮和速效磷含量相对较高,分别较改良前提高约 14 倍和 21 倍。生石灰AMF草本植物组合可有效降低根际尾矿有效态 Cu、Pb 含量,分别降低了 15.6617.07 和 1.431.48mg/kg,而仅有生石灰AMF狗尾草或黑麦草组合可
4、有效降低有效态 Cd 含量,降低了 0.580.59mg/kg。【结论】生石灰AMF草本植物协同有助于锡尾矿的改良。在生石灰AMF 组合改良下,建议推荐黑麦草、黄茅、香根草和苜蓿为酸性锡尾矿植被恢复的先锋植物。关键词:锡尾矿;生石灰;丛枝菌根真菌(AMF);协同改良;草本植物中图分类号:S154.39文献标志码:A文章编号:1004390X(2024)01016807Effects of the Quicklime-Arbuscular Mycorrhizal Fungi onMain Chemical Properties of Acid Tin Tailings andPlant Grow
5、th for Six Kinds of HerbsDENGQi1,BAOLi1,2,QINFurong1,WUHui1,XIAYunni3,YUEXianrong4,XIAYunsheng1,2(1.CollegeofResourcesandEnvironment,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;2.YunnanResearchCenterofSoilFertilityandPollutionRemediation,Kunming650201,China;3.LightAlloyResearchInstitute,Central
6、SouthUniversity,Changsha410083,China;4.CollegeofMarxism,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China)Abstract:PurposeTostudythesynergisticimprovementeffectsofthequicklime-arbuscularmycorrhizalfungi(AMF)-herbsontheacidtintailings,selectingthesuitabledominantplantsforthe收稿日期:2022-10-21修回日期:2024-03
7、-04网络首发日期:2024-03-26*基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1802603);云南省科技人才与平台计划项目(202405AM340004)。作者简介:邓琪(1998),女,江西宜春人,在读硕士研究生,主要从事矿区生态修复研究。E-mail:*通信作者 Correspondingauthor:夏运生(1975),男,湖南益阳人,博士,教授,主要从事菌根生理及矿区生态修复研究。E-mail:网络首发地址:https:/ contortus(L.)Beauv.,Chrysopogon zizanioides(L.)Roberty,Cynodon dactylon(L.)P
8、ers.,Medicago sativaL.,Setaria viridis(L.)Beauv.,Lolium perenneL.ontintailings.ResultsCom-paredwiththecontroltreatment,complexadditionofquicklimeandAMFincreasedthepHvalue,organicmatterandavailablenutrientcontentsoftailings,andsignificantlyincreasedthebiomassofsixherbaceousplants,especiallytheincreas
9、eofbiomassforL.perennewasmost.Amongcomplextreatments,underquicklimetreatment,thepHvalueofH.contortusrhizospheresoilwasthehighest,increasedby0.92comparingwiththetesttailingbeforeimprovement;underthequicklime-AMFtreatment,theorganicmattercontentofC.zizanioidesrhizospheresoilwasthehighest,increasedby7.
10、6timescomparingwiththetesttailingbeforeimprovement,andthecontentofalkali-hydrolyzedni-trogenandavailablephosphorusinM.sativaandL.perennerhizospheresoilwasrelativelyhigh,increasedbyabout14timesand21timescomparingwiththetesttailingbeforeimprovement,respect-ively.Thecombinationtreatmentsofquicklime-AMF
11、-herbshadamorereductionofavailableCuandPbcontentintherhizospheretailings,reducedby15.66-17.07and1.43-1.48mg/kg,respectively;butfortheavailableCd,reducedby0.58-0.59mg/kgonlyunderthetreatmentofquicklime-AMF-S.vi-ridisorL.perenne.ConclusionQuicklime-AMF-herbscanhelptoimprovethetintailings.L.perenne,H.c
12、ontortus,C.zizanioidesandM.sativaarerecommendedaspioneerplantsforvegetationrestorationintintailingsunderthecombinationofquicklime-AMF.Keywords:tintailings;quicklime;arbuscularmycorrhizalfungi(AMF);synergisticimprovement;herbs来利山锡尾矿位于腾冲梁河锡成矿带,具备丰富的锡储备1。随着矿山超负荷开采,大量锡尾矿被露天堆存。由于锡尾矿存在极端低 pH值、低养分含量、高重金属(C
13、u、Cd 和 Pb)含量等一系列问题2,导致该区域植物难以存活,植被覆盖率低,遇到风雨天气极易造成污染物扩散,并通过沉降、径流、渗漏等方式对周边水体、农田土壤等造成危害,因此,其生态恢复迫在眉睫。草本植物具有生长速度快、生长周期短、能大面积覆盖地面等优势,常作为先锋植物用于矿业废弃地生态恢复,但尾矿环境不利于植物生长,因而在基质改良基础上筛选与应用优势草本植物能更好地实现尾矿的植被恢复3。生石灰能够改良土壤 pH 值,但单施于含重金属污染残留的尾矿堆区基质效果不佳4。丛枝菌根真菌(arbuscularmycorrhizalfungi,AMF)是土壤微生物生态群落的重要结构成分,能与 90%以上
14、的陆生高等植物根系建立长期共生关系,形成菌根共生体,是矿区强化植物修复的常用真菌5-6。在矿区极端贫瘠条件下,添加 AMF 能加快植物种植基质强化改良过程,并增强宿主植物对土壤重金属胁迫的耐受性7,从而提高植物成活率8,促进矿区环境植被恢复进程。目前已报道 AMF 能够促进植物生长,但在生石灰改良条件下,研究 AMF 混合菌剂对锡尾矿上草本植物生长、重金属累积及土壤主要理化性状的影响却鲜见报道。本研究在生石灰和 AMF混合菌剂协同作用下,研究 6 种矿区修复常用草本植物对酸性锡尾矿化学性质、有效态重金属含量和重金属累积的影响,探讨 AMF 与生石灰协同对草本植物适应锡尾矿改良的贡献,筛选出最优
15、改良剂植物组合,以期为锡矿废弃地的生态恢复提供科学依据和技术支持。1 材料与方法1.1供试尾矿供试尾矿采自云南省梁河县来利山锡尾矿(24312458N,98069831E)。尾矿 pH 值为3.13,有机质含量3.50g/kg,全氮(N)含量0.89g/kg,碱解氮含量 4.67mg/kg,全磷(P)含量 0.32g/kg,第1期邓琪,等:生石灰丛枝菌根真菌对酸性锡尾矿化学性质及 6 种草本植物生长的影响169速效磷含量 1.98mg/kg,全钾(K)含量 5.66g/kg,速 效 钾 含 量 209.80 mg/kg,阳 离 子 交 换 量20.74cmol/kg,全量铜(Cu)、镉(Cd)
16、和铅(Pb)含量分别为 514.00、1.50 和 163.00mg/kg,HCl 可提取态 Cu、Cd 和 Pb 含量分别为 17.09、0.64 和1.66mg/kg。供试尾矿全量 Cu、Cd 和 Pb 含量分别高出云南省重金属背景值 11.10 倍、6.80 倍和4.09 倍;参照土壤环境质量标准(GB156182018),全量 Pb 含量超过土壤环境质量一级标准,全量 Cu 和 Cd 含量远超过土壤环境质量三级标准。尾矿经自然风干后磨碎,过 2mm 筛,进行高压灭菌(121 间歇灭菌 2h)杀灭土壤中的微生物。1.2供试改良剂本试验所用试剂均为优级纯,用水为去离子水;生石灰:由昆明市安
17、宁石灰厂制造;AMF混合菌剂:采集云南省昆明市官渡区小哨乡(2516N,10296E)玉米间作大豆试验田的根围土壤,与河沙按质量比 11 混匀,经 121 间歇灭菌 2h,混合基质晾干后,以玉米和三叶草为寄主植物进行扩繁,培育 5 个月后收获包含AMF 侵染根段、菌丝片段和真菌孢子的菌剂,其中每 100g 菌剂含有 1.2103个 AMF 孢子。2 种改良剂主要化学性质见表 1。表 1 供试改良剂的主要化学性质Tab.1Mainchemicalpropertiesofthetestedamendments改良剂amendmentspH重金属全量/(mgkg1)totalamountofheav
18、ymetal全量/(gkg1)totalamount有机质/(gkg1)organicmatterCuCdPbNPK生石灰quicklime10.47ND0.343.60AMF菌剂arbuscularmycorrhizalfungiinoculants7.60 5.800.189.404.88 4.02 40.2315.26注:ND.未检出;.未检测。Note:ND.notdetected;.nodetection.1.3供试草本植物供试草本植物为黄茅 Heteropogoncontortus(L.)Beauv.、香根草 Chrysopogon zizanioides(L.)Roberty、狗
19、牙根 Cynodon dactylon(L.)Pers.、苜蓿(Medicago sativaL.)、狗尾草 Setaria viridis(L.)Beauv.和黑麦草(Lolium perenneL.)。试验前分别选取 6 种草本植物种子,用 10%H2O2表面消毒 10min,用蒸馏水冲洗干净后分别单独均匀平铺在垫有滤纸的培养皿(直径 10cm)中,置于恒温箱中催芽,待种子露白约 1cm 时移栽。1.4试验设计盆栽试验于 2019 年 8 月在云南农业大学后山科研大棚内进行,棚内温度 2428C,自然采光。将过筛混匀灭菌后的锡尾矿 1kg 装入塑料花盆中,为控制各处理水分和养分条件的一致性
20、,在塑料花盆内衬 1 个塑料袋。共设置 4 个处理:对照处理(CK):每盆加入 AMF 菌剂过滤液(AMF 菌剂通过11mm 滤纸后的蒸馏水滤液)30mL和高温灭菌的菌剂基质 30g;生石灰处理:每盆加入生石灰 3g、AMF 菌剂过滤液 30mL 和高温灭菌的菌剂基质 30g;AMF 处理:每盆加入AMF 菌剂 30g;生石灰AMF 处理:每盆加入生石灰 3g 和 AMF 菌剂 30g;每处理 4 次重复。混匀稳定 1 周后,将露白出芽约 1cm 的 6 种草本植物(狗牙根、苜蓿、黄茅、黑麦草、香根草、狗尾草)种子分别与灭菌河沙混匀后以 30g/m2均匀单播。采用称重法保持试验期间盆栽土壤含水
21、量为田间持水量的 60%70%。1.5样品采集及指标测定植株样品为生长 5 个月后收获的植物;土壤样品为收获植物时,通过剔除根系周围杂物、采用抖土法收集的根际土壤。参照文献 9 测定土壤化学性质(pH 值以及有机质、碱解氮和速效磷的含量)及有效态重金属(Cu、Cd 和 Pb)含量;参照文献 10 测定植物中 Cu、Cd 和 Pb 的含量。其中,相关重金属指标检测由中国冶金地质总局昆明地质勘查院完成,为保证测试分析的可靠性,分析测试过程中采用空白样、平行双样、国家标准样品 土壤样品(GBW07406GSS-6)、植物样品(GBW07603GSV-2)进行质量保证和质量控制。按照公式计算重金属累积
22、量:重金属累积量=生物量植物中重金属含量11。1.6数据处理及分析采用 Excel2016 计算试验数据均值;采用Origin2021 作图;采用 SPSS23 对试验数据进行LSD 多重比较,检验各处理间的差异显著性。2 结果与分析2.1生石灰与 AMF 对草本植物生长的影响由图 1 可知:与 CK 相比,生石灰AMF 处170云南农业大学学报第39卷理可显著提高 6 种草本植物的生物量,其中,以生石灰AMF 改良处理下的黑麦草植株生物量最高,较 CK 处理增加了 73.2%,生石灰改良处理下的香根草植株生物量次之。HVCMSL03.57.010.5生物量/gbiomassCK生石灰 qui
23、cklime AMF生石灰AMF quicklime-AMFgdgegbgcgegfgegefhefhfghdga注:H.黄茅,V.香根草,C.狗牙根,M.苜蓿,S.狗尾草,L.黑麦草;不同字母表示差异显著(P0.05);下同。Note:H.Heteropogon contortus,V.Chrysopogon zizanioides,C.Cyn-odon dactylon,M.Medicago sativa,S.Setaria viridis,L.Lolium perenne;differentlettersindicatesignificantdifferences(P0.05);thes
24、ameasbe-low.图 1 不同处理下 6 种植物的生物量Fig.1Biomassofsixplantsunderdifferenttreatments2.2生石灰与 AMF 对草本植物铜、镉和铅重金属吸收与累积的影响由图 2 可知:同种基质改良处理下,不同植物对 Cu、Cd 和 Pb 的累积效果有所差异。在 CK处理中,狗牙根对 Cu、Cd 和 Pb 的累积效果最好;在生石灰处理中,黄茅和狗牙根对 Cu 和 Pb 的累积效果最好,香根草和黑麦草对 Cd 的累积效果最好;在 AMF 处理中,狗牙根和狗尾草对 Cu、Cd 和 Pb 的累积效果最好。与 CK 处理相比,生石灰AMF 组合处理均
25、可显著增加植物对 Cu、Cd 和 Pb 的累积,其含量分别为 0.461.92、0.240.37 和 0.241.69mg,其中,狗牙根对 Cu 和 Pb的累积量最大,分别增加了 3.8 倍和 6.9 倍;狗尾草对 Cd 的累积量最大,增加了 1.6 倍。2.3生石灰与 AMF 对锡尾矿的改良2.3.1pH 值供试尾矿 pH 值为 3.13,添加生石灰可提高尾矿 pH 值(图 3)。在生石灰处理下,黄茅根际土壤 pH 值最高,较改良前提高了 0.92;而生石灰AMF 处理下,则是黄茅和黑麦草的根际土壤 pH值相对较高。与 CK 处理相比,生石灰处理和生石灰AMF 处理均显著提高根际土壤 pH
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