稀土矿场植物修复研究

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广东省东北部山区富含稀土资源,是风化壳离子型稀土矿的主要分布区和主产区之一。稀土资源的开发利用也促进了当地经济的发展,但同时也引发了环境问题和生态问题。本研究以广东省河源市和平县下车镇815稀土矿点为例,通过有机质填埋、施用有机肥和植物种植的方法改良土壤,对稀土矿区进行生态修复。比较了稀土矿场开采前、开采后和3年的植被修复过程中植被演替、土壤肥力、土壤理化性质、细菌16s rDNA和细菌SRAP多样性的动态分析,并进行系统评价。研究结果如下:1.本研究通过有机质填埋和施用粪肥来改良稀土矿场土壤,并进行植被生态修复。经过修复后,玉米、香根草、马唐、柱花草、山毛豆和木油桐均能够在矿场修复区正常开花结实;修复3年后,人工种植的植物和野生植物能在矿场修复区正常生长和演替,经调查,植物种类达到28种。因此,本研究中的植物修复方法可在较短的时间内获得明显的生态修复效果。2.与开采前相比,稀土矿场开采后土壤贫瘠化和沙化严重,全氮含量、有效磷、有效钾等土壤肥力降低,部分肥力指标甚至为极低水平;经过植被修复后,土壤肥力逐年上升。矿场经过3年修复后,全氮、有效磷、有效钾含量分别为1794.6mg/Kg、44.42mg/Kg、140.13mg/Kg,有机质含量含量达到27.04g/Kg,各项肥力指标均恢复到中等以上水平。此外,修复后土壤含水量增加,在0~20cm的土层中尤为明显,自然含水量从开采前的18.22%,逐年增加,到修复第三年自然含水量为28.14%;田间持水量从25.68%增加到30.13%。另外,土壤容重呈现逐年降低的趋势,0~20cm的土层降幅较大,开采后土壤容重为1.33,修复后第三年容重为1.21;随着土层深度下降,土壤容重值下降幅度逐渐降低。孔隙度逐年增加,与土壤容重呈反相关,0~20cm的土层孔隙度增加明显,从开采后的49.85%到修复后第三年54.23%,说明土壤随着修复年限的增加而变得疏松。综上,土壤肥力和土壤物理性质的改变均表明土壤理化性质有所改善。3.修复后土壤微生物量逐年增加,开采前、开采后,修复3年过程中土壤含菌量分别为4000cfu/g、500cfu/g、1500cfu/g、5900cfu/g和8700cfu/g,在修复后第二年,土壤含菌量已经超过开采前原生态红壤土的含菌量。用SRAP分子标记分析土壤微生物多态性,与开采后相比,多态性位点百分比(PPL)和多态性信息含量(PIC)逐年上升,修复后第三年多态性百分率为100%,PIC值从开采后的0.8851,上升到修复后第三年的0.9303,表明细菌的多样性呈现逐年增加的趋势。4.通过对细菌16s rDNA测序分析,并在NCBI GeneBank收录的同源序列进行Blast比对。发现所测样品中开采前含有2个属的细菌(节杆菌属和芽胞杆菌属),开采后和1年修复后仅有1个属的细菌(芽孢短杆菌属),经过2年和3年修复后,细菌属分别达到4个(芽胞杆菌属、无芽胞杆菌属、赖氨酸芽孢杆菌和根瘤菌属)和5个(芽胞杆菌属、类芽孢杆菌属、土壤芽孢杆菌属、无芽胞杆菌属和根瘤菌属)。说明随着修复过程中的土壤结构和环境变化,土壤优势种细菌的种类及比例发生了演变和交替,在矿场修复过程中土壤细菌种类和多样性逐年增加,与SRAP多态性分析结果一致。该修复方法已经在广东河源下车镇815稀土矿区植被修复中得到初步的应用。本研究通过地表植被生长情况、土壤理化特性及土壤微生物多态性三方面对稀土矿区生态修复方法的效果进行综合评估,结果表明,该修复方法效果十分明显,并能以较短的修复时间使稀土矿区达到复耕的要求。能够为稀土矿废弃地植被恢复生态效益评价提供技术支持。
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