一种用于重金属尾矿环境下植物-微生物的生态修复方法与流程

本发明涉及重金属尾矿修复，具体涉及一种用于重金属尾矿环境下植物-微生物的生态修复方法，其利用土著微生物协助先锋植物联合修复各种重金属尾矿环境。

背景技术：

1、随着现代工业化生产的持续升温，矿产品需求大幅度增加，矿业开采蓬勃发展的同时也带来了沉重的环境负担。采矿废弃物大部分以尾矿的形式在矿山周边进行露天堆砌，从而造成周边水源及农田的重金属污染。尾矿土壤具有酸性强、重金属污染浓度高的特点；除此之外，尾矿土壤普遍存在营养元素缺乏的问题。由于尾矿主要由含有高金属毒性的大量砂砾构成，氮、磷、有机质等营养物质极其贫瘠，只占正常植被覆盖土壤的20%~30%。因此尾矿是一种酸度强、养分贫乏和高浓度重金属污染的恶劣生态环境，尽管部分先锋植物对尾矿环境具有较强的抗逆性，但其定植和生长仍然受到尾矿高重金属、寡营养环境的限制，难以定植于尾矿生态环境中。

2、微生物可通过固氮、固碳作用，为宿主植物在基质和养分极其匮乏的矿山环境定植创造条件，促进矿区生态修复。特别是固氮菌，不仅能够有效驱动矿区土壤养分的原始积累，而且可以通过固氮过程消耗氢离子，中和矿区酸性条件。此外，微生物还可以通过生物吸附、转运和钝化机制增强宿主植物的重金属抗性，从而促进植物生长。定殖在根系和根内的微生物对于宿主植物的营养提供、病害免疫、生长健康等方面均有着重要的调控作用。根际微生物可通过固碳固氮作用提升宿主植物组织的生物量、叶绿素和蛋白质水平，从而促使宿主植物更好地应对干旱、疾病、高盐以及重金属污染等环境胁迫。在许多重金属污染场地中，土壤菌群协同作用增强了宿主植物对金属的抗逆能力，增强宿主植物的生存能力。

3、芭茅在尾矿污染修复中扮演着重要角色。开矿过程中产生的矿渣不断堆积最终形成尾矿污染，植被重建是尾矿污染生态修复的重要措施，但尾矿的高重金属、寡营养环境致使常规植物难以定植。以芭茅为代表的芒属植物是一类适应性强、高产的多年生禾草，常作为典型的土壤修复先锋植物。这是因为芭茅具有较强的生长能力与环境适应能力，使得其在热带与温带地区的多种气候类型与土壤条件中广泛繁殖生长。芭茅在我国大量分布，特别是在贫营养和重金属污染双重胁迫的废弃矿区，常常表现出较大的生长优势，具有良好的尾矿修复潜力。芭茅对镉、铅和锌等金属具有较强的耐受能力与吸收能力，芭茅根部对砷、锑的富集量分别可高达40mg/kg、180mg/kg。此外，芭茅可以影响土壤中多种重金属的形态，通过促进重金属与有机物结合，从而降低生物可利用性，包括镉（20%）、锌（20%）、铅（40%）和铜（60%）。作为典型的c4植物（植物分为c4和c3植物，其中c4的叶绿素含量高，光合作用显著高于c3植物），芭茅能利用植物细胞间隙中含量很低的co2进行光合作用，对生长环境的营养要求很低，芭茅还能有效改善土壤质地，减少氮、磷等养分的损失，在尾矿寡营养环境下具有突出的生长优势。尽管芭茅具有较强的抗逆性，但其定植和生长仍然受到尾矿高重金属、寡营养环境的限制。除了先锋植物本身，定殖在根系、根表和根内的微生物对于宿主植物的营养提供、病害免疫、生长健康等方面均有着重要的调控作用，尾矿生长的先锋植物芭茅可以定向富集内生微生物，并通过内生微生物的金属代谢能力抵抗金属毒性，且通过内生微生物攫取环境养分的能力在贫营养条件下生长。本发明旨在通过土著根际、根内微生物的协助，帮助芭茅等先锋植物快速适应和定植于复杂的尾矿环境。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种用于重金属尾矿环境下植物-微生物的生态修复方法，该方法具有成本低、对环境友好以及可广泛用于重金属尾矿植被恢复和矿山污染控制等优点。

2、本发明公开了一种用于重金属尾矿环境下植物-微生物的生态修复方法，包括：

3、筛选重金属尾矿环境中自然生长的土著植物，并提取该土著植物的根际微生物与内生微生物；

4、将根际微生物与内生微生物制成菌液；

5、在尾矿现场的培育区域内开挖多个培育坑，将根际微生物菌液添加至培育坑内，预设时间后完成对尾矿土壤的培育；

6、尾矿土壤培育完成后，选取先锋植物芭茅在培育坑内进行预培养，并添加内生微生物菌液，预设时间后完成对芭茅的培育；

7、将培育坑内完成培育的芭茅移栽至尾矿环境，以进行重金属尾矿环境的生态修复。

8、作为本发明的进一步改进，所述筛选重金属尾矿环境中自然生长的土著植物，并提取该土著植物的根际微生物与内生微生物；包括：

9、筛选重金属尾矿环境中自然生长的优势土著植物，选取根系发达、生长较茂盛的植被，连根系带周边土壤均采集带回实验室，采用无菌蒸馏水洗净根部土壤；收集根系土壤用以提取根际微生物，收集植物根系用以提取内生微生物；

10、采用na2(po3)6对采集的根系土壤进行搅拌，离心收集上清液，并采用无菌nacl维持根际微生物的活性，采用碘海纯溶液通过高速离心的方式使上清液梯度分离得到根际微生物；

11、采用tween20、naclo、mgso4对采集的植物根系表面进行清洗，去除表层根际微生物；对清洗后的植物根系进行破碎、过滤，收集植物内生微生物；采用无菌nacl维持内生微生物的活性，采用碘海纯溶液通过超高速离心的方式梯度分离得到内生微生物。

12、作为本发明的进一步改进，所述将根际微生物与内生微生物制成菌液，包括：

13、将提取得到的根际微生物和内生微生物分别接种到已灭菌的离心管内的lb液体培养基上，然后将其斜置于摇床内，放置4~5h，对菌液进行扩大培养，分别制成根际微生物菌液和内生微生物菌液。

14、作为本发明的进一步改进，所述在尾矿现场的培育区域内开挖多个培育坑，预设时间后完成对尾矿土壤的培育；包括：

15、尾矿现场设置预设尺寸的培育区域，翻耕培育区域的表土层，开挖多个培育坑，培育坑周边土壤要过筛；将根际微生物菌液添加至每个培育坑，搅拌混匀，每周添加一次根际微生物菌液，通过对微生物的富集，提升培育坑环境中微生物的固氮固碳能力，改善尾矿环境中的微生物环境；预设时间后，完成对尾矿土壤的培育。

16、作为本发明的进一步改进，所述尾矿土壤培育完成后，选取先锋植物芭茅在培育坑内进行预培养，并添加内生微生物菌液，预设时间后完成对芭茅的培育；包括：

17、待尾矿土壤完成培育后，选取先锋植物芭茅，在培育坑内栽培芭茅幼苗，种植后在芭茅根部定期添加内生微生物菌液，每周添加一次内生微生物菌液；通过内生微生物和前期富集的根际微生物的协助，帮助芭茅适应尾矿环境，增加抵抗重金属污染的能力；预设时间后，完成对芭茅的培育。

18、作为本发明的进一步改进，所述将培育坑内完成培育的芭茅移栽至尾矿环境，以进行重金属尾矿环境的生态修复；包括：

19、将培育坑内完成培育的芭茅移栽至尾矿环境，移栽过程中选择生物量较大，根系较发达植株，植株根系应携带部分土壤移栽至新环境，提高植株的生长适应性，种植后定期对植物浇水即可。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1.本发明通过土著根际微生物对尾矿土壤的改良作用，营造有益微生物的生长适应环境，用根际微生物与植物的根系的共同作用，提高尾矿环境系统的健康和免疫力；引入与培育有益微生物，通过有益微生物的作用持续改良土壤，从而逐步形成自我完善、正向演替、自循环的自然生态系统，达到控制水土流失、控制重金属污染，实现生态复绿的目标；同时，无外来微生物，不会对本地微生物群落造成影响，无环境影响。

22、2.本发明利用芭茅在贫营养和重金属污染双重胁迫的废弃矿区广泛分布，常常表现出较大的生长优势，具有良好的尾矿修复潜力，耐受性强、养分要求低、生长快速，具有较强的生长能力与环境适应能力，芭茅根系发达，植株高大，极大提高了尾矿植被覆盖率和固土效果等特点，选用先锋植物作为生态修复的先锋植物；通过土著微生物强化提升芭茅生态修复功能，芭茅内生微生物具有植物促生和金属抗性，芭茅也可通过招募土著植物的根内和根际微生物，帮助其快速定植于复杂的重金属尾矿环境。

23、3.本发明的内生微生物在植物抗逆、重金属解毒方面起到重要作用；在芭茅等尾矿生长先锋植物内生微生物具有植物促生及金属抗性的作用，尝试内生微生物移植技术，将尾矿土著植物内生微生物移植至先锋植物芭茅体内，接种原始环境下生态互补的多种菌株通常比接种单一菌株能产生更好的效果；芭茅部分内生微生物可以降低芭茅对重金属的转运和吸收效率，缓根部重金属的集中富集，也可以通过植物酶调控降低重金属的毒害作用。通过移植技术微生物通过固氮、固碳作用为芭茅在基质和养分极其匮乏的矿山环境定植创造条件，尤为关键的是可通过生物吸附、转运和钝化机制增强生长于污染胁迫环境芭茅的重金属抗性。