5种复垦植物对铁尾矿养分及微生物的影响

 张俊英1，3，  许永利2,3，  李富平2,3

（1．华北理工大学化学工程学院；2．华北理工大学矿业工程学院；3．河北省矿业开发与安全技术重点实验室，河北唐山063009）

摘要：利用沙枣、柽柳、白柠条、杨柴和八宝景天等5种植物用于铁尾矿现场小区试验，研究植物生长2a后对于铁尾矿养分及微生物的影响。结果表明：沙枣可显著促进铁尾矿巾氮素积累，白柠条和八宝景天对速效氮提升效果较好。白柠条、杨柴、八宝景天3种植物根际铁尾矿中全磷含量较高；白柠条根际尾矿巾速效磷含量最高。铁尾矿中有机质含量以柽柳和杨柴2种植物最高。杨柴根际铁尾矿中细菌、真菌和放线菌的数量在5种植物中均居首位，而八宝景天根际铁尾矿中3种微生物数量均最低。微生物总数由高到低依次为：杨柴>沙枣>白柠条>八宝景天>柽柳。总之，杨柴和沙枣2种植物可以提升铁尾矿养分及微生物数量上，更适于作为铁尾矿上生态重建植物。

关键词：铁尾矿；养分；有机质；微生物数量

中图分类号：X172 01:10.3969/j.issn．1003-6504.2016.04.003 文章编号：1003-6504(2016)04-0011-05

  许多研究者报道了植被定植后能够逐渐改善矿山废弃地的土壤化学性质。刺槐在铁尾矿上定植后，尾矿中的有机质、全氮、全磷含量极显著提高；土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性极显著上升；自生固氮菌数量、解磷菌数量极显著增加。铁尾矿上种植紫花苜蓿、三叶草、墨西哥玉米、野燕麦、黑麦草、狗尾草等草本植物也可有效提升尾矿中养分含量，增加尾矿中的微生物数量；种植花生、大豆、高粱等农作物同样可以改善铁尾矿的理化性质及生物学性质。有关铁尾矿植物复垦研究，主要集中在已复垦的植物生长状况，以及植物生长对铁尾矿微环境的改善作用，包括复垦区的生物多样性。詹婧等采用PCR-DGGE技术研究铜尾矿废弃地微生物多样性的变化，杨山冲尾矿库白茅和结缕草根际的细菌多样性高于非根际的，白茅和木贼成株的根际细菌多样性均高于幼苗，细菌多样性受到养分积累状况和植被类型的影响。闫野的研究表明，杨柴、沙枣、白柠条等植物用于铁矿尾矿库的复垦，植物根系可以很快适应尾矿环境。

 本研究的目的主要对不同类型的植物，如灌木、草本植物在铁尾矿上进行现场复垦试验2a后，明确其对于铁尾矿的养分及微生物的影响，从生态重建角度考虑更适合的复垦植物种类。

1材料与方法

1.1试验地点

 首钢集团迁安马兰庄铁矿尾矿库。

 供试植物：沙枣、柽柳、白柠条、杨柴和八宝景天。

1.2试验处理及方法

 试验为现场小区试验，小区面积为5 mx10 m，株行距0.5 mx0.5 m，不施用任何改良剂。苗木移栽时带土坨移栽，苗龄均为1a生幼苗，移栽后保证每日早晚给幼苗浇水，保证充足的水分，以确保苗木的成活率。

 试验于2010年5月在唐山首钢马兰庄铁矿尾矿库开始，于苗木成活2a后的2012年9月取苗木根际尾矿，测定尾矿的养分含量及微生物的数量。

1.3数据处理与分析

 试验数据利用Excel 2003作图，SPSS 18.0进行统计分析。

2结果与分析

2.1  不同复垦植物对铁尾矿养分的影响

2 .1.1铁尾矿氮素含量的变化

 5种植物复垦条件下，由于植物生理特性的差异，导致其根际尾矿的理化性状存在明显的不同。

 5种植物在铁尾矿库种植2a后，其根际铁尾矿中全氮含量增加，以沙枣根际铁尾矿的全氮含量最高，其值分别比柽柳、白柠条、杨柴及八宝景天尾矿中的全氮含量高出12.29%、21.79%、47.55%及75.21%，且差异显著(P<0.05)。说明在铁尾矿上种植沙枣更利于全氮的积累。沙枣是多年生高大木本耐盐植物，具有耐干旱、耐贫瘠等特点，根系具有根瘤菌能够固

氮。可见，沙枣可以促进铁尾矿中氮素积累，其促进作用在S种植物中居首位。八宝景天为肉质根系的草本植物，对于尾矿氮素的积累作用最小。见图1。

 各植物根际尾矿的碱解氮含量则以白柠条最高，八宝景天其次，然后是沙枣和柽柳，最低含量为杨柴根际尾矿。说明白柠条和八宝景天根系生长有利于铁尾矿中氮素的积累，氮素的积累会有利于根际微生物的生长与繁殖。见图2。

2 .1.2铁尾矿磷素含量的变化

 5种植物根际铁尾矿中全磷含量以白柠条、杨柴、八宝景天较高，沙枣和柽柳其次。很明显对磷素的积累方面前3种植物更有利，柽柳相对较差。见图3。

 图4为各种复垦植物根际速效磷含量的比较，显然白柠条根系的生长更有利于铁尾矿中速效磷的释放，柽柳作用最小。几种植物根际速效磷含量差异显著，含量由高到低依次为白柠条>八宝景天>沙枣>杨柴>柽柳，其中白柠条根际尾矿的速效磷含量为柽柳根际速效磷含量的5.39倍，是八宝景天的59.67%。可见，不同类型的植物复垦年限相同时，其根际铁尾矿

的速效磷含量存在显著差异。

2.1.3不同复垦植物对铁尾矿钾素的影响

 铁尾矿中全钾含量在不同植物类型间没有显著差异。说明了植物对钾素的影响不显著，钾素主要来源于尾矿中原有的含量。见图5。

2 .1.4不同复垦植物对铁尾矿有机质和pH的影响

 铁尾矿中有机质含量以柽柳、杨柴最高，以后依次为沙枣、白柠条、八宝景天，柽柳根际有机质的含量比八宝景天高37.75%，比白柠条高22.09%，比沙枣高9.81%，差异显著(P<0.05)。有机质作为养分库，可以为植物生长及微生物生长提供养分，因此有机质含量的高低，将决定植物生长的优劣，决定微生物生长旺盛与否。见图6。

 铁尾矿中种植的5种植物根际尾矿的pH均在8.0上下，这与植物生长习性有关，研究中所用植物均较耐盐碱，所以基本都在碱性条件下生长良好。见图7。

2.2  不同复垦植物对铁尾矿微生物数量的影响

 细菌类群最多，其次为放线菌，真菌数量最少。单就某一类微生物来看，细菌数量在沙枣和杨柴根际铁尾矿中较多，其次为白柠条，最后为柽柳和八宝景天，见图8。真菌数量以白柠条和杨柴最多，其次为沙枣>柽柳>八宝景天；放线菌数量以杨柴最多，其次为白柠条，柽柳和沙枣相近，八宝景天最低。

 根际铁尾矿中的微生物总数由高到低依次为杨柴>沙枣>白柠条>八宝景天>柽柳，见表1。杨柴根际不仅数量大，而且细菌和放线菌数量分别占总数的75.8%和23.5%：白柠条根际铁尾矿中的细菌这放线菌分别占总数的73.1%和25.4%。柽柳根际细菌数量占88.9%，放线菌占10.8%。微生物类群分布较为多样。而沙枣和八宝景天根际细菌数量占总数的93.9%和98.3%，类群相对单一。从B/F值看，细菌数量比真菌数量相差很多，相差最多得为八宝景天，其次为柽柳、沙枣。从A/F值，柽柳、杨柴放线菌数量是真菌数量的37倍和30倍，相差较为悬殊，其他3种植物的放线菌数量与真菌数量相差十几倍。由此可见，各种植物根际铁尾矿中以细菌占有绝对优势，放线菌其其次，真菌最少，与细菌差几十倍至几百倍。

5种植物中，杨柴不仅可以促进根际铁尾矿中微生物的大量繁殖，而且有利于细菌和放线菌的增加；沙枣、八宝景天及柽柳可以促进铁尾矿中细菌数量的增加。白柠条可以促进根际铁尾矿中细菌和放线菌的生长。在5种植物中，杨柴对根际微生物的生长最为有利。

2.3各种复垦植物根际微生物数量与尾矿养分之间的相关性分析

 由表2可知，沙枣根际铁尾矿中真菌数量表现出与速效磷含量极显著正相关，其放线菌数量与全钾含量呈现极显著正相关；与其他环境因子的相关不显著。说明植物根际微生物生长受磷钾等养分的影响更为显著，但是受氮素影响不明显，这与沙枣根系生有根瘤菌关系密切，根瘤菌促进了植物根系的固氮作用。

 柽柳根际放线菌的数量则与全氮和全钾显著相关，与全磷的含量极显著相关；细菌和真菌与养分含量相关性较小，说明细菌真菌更容易适应柽柳的根际。白柠条根际尾矿中的微生物数量与养分等无显著相关性；杨柴根际微生物的总数与有机质含量显著正相关，然而细菌数量呈现与各养分因子均负相关现象，表明杨柴根际细菌更多的受到根系的影响，与尾矿养

分关系不大。

 八宝景天的细菌数量除了速效磷外也呈现与杨柴相似之处，均表现负相关，与全氮含量显著负相关，所以氮素的供应不利于八宝景天根际尾矿中细菌的繁殖，但是微生物的总数与速效磷含量显著正相关，这可能与细菌占微生物总数的98.3%有关。

3讨论与结论

 有研究表明，接种丛枝菌根真菌可以促进铁尾矿中植物对养分的吸收。采煤复垦区细菌群落多样性指数与土壤养分与土壤全氮、速效钾和有机质含量正相关。本研究中，杨柴根际尾矿中细菌、真菌、放线菌数量均较多，因为杨柴根蘖串根性强，贴地面向外扩展，积沙后能生不定根，根系有根瘤，可以固氮改善土壤环境。杨柴的生长特性，决定了它在沙性环境

中，可以尽快适应环境，并且根系很快长出侧根，适应能力较强。

 (1)复垦植物生长2a后，可以提高尾矿中的有机质、氮素和磷素含量。沙枣对于尾矿中全氮含量提高较好；对速效氮提升较好的为白柠条和八宝景天。根际铁尾矿中全磷含量较高的植物为白柠条、杨柴、八宝景天；速效磷含量最高的植物为白柠条、八宝景天。柽柳和杨柴根际有机质含量最高。

  (2)复垦2a后，植物根际微生物数量大幅度提升，植物种类影响微生物的数量。杨柴对铁尾矿中细菌、真菌和放线菌的数量具有最大的促进作用，而八宝景天根际微生物数量均最低。微生物总数由高到低依次为：杨柴>沙枣>白柠条>八宝景天>柽柳。

  总之，杨柴和沙枣2种植物在提升铁尾矿养分及微生物数量上表现出较好的效果，从矿区的生态重建角度考虑，这2种植物则更有优势。