本发明属于稀土污染土壤修复技术领域，具体地，涉及一种利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法。
背景技术：
我国南方长期稀土矿山开采造成大量的土壤、表层植被破坏，产生大量废液、矿土、尾渣和尾砂，引发水土流失，并使水体重金属污染及富营养化，对矿区环境造成巨大破坏。此外，原地浸矿过量使用化学药剂，污染矿区土壤和水体，改变土壤的化学环境，使矿山酸化，土壤贫瘠，氨氮富集，形成了规模较大的矿山废弃地，对矿区及其周围居民区造成严重影响，亟待开展有效且安全的修复治理。目前，国内外关于稀土矿区修复的物理化学修复技术相对比较成熟，也取得较好的治理效果，但其工艺流程复杂、工程量巨大，成本较高，且需要异位治理，不能从根本上解决矿区土壤污染问题，不利于大面积推广。
与传统的物理修复和化学修复技术相比，植物修复技术具有经济、无二次污染和改良土壤等优点。现有技术也对植物修复方法进行了一定的报道，如专利cn110583374a公开了一种稀土矿山修复方法，主要内容为：在待修复的土壤区域内播种雀稗属植物的草籽，然后在所述土壤区域内覆盖草毯，施肥，收割雀稗属植株露出地面的部分。上述发明专利对改善稀土矿区由于尾矿废弃地所造成的极度退化的生态环境、提高因稀土矿藏开采所导致的矿区生态破坏与环境污染的治理效果具有重要的作用。植物修复具有费用低廉、绿色等特点，然而，单一的植物修复技术的修复效率有限，对于稀土污染土壤土壤改良和去除稀土元素来说，植物修复方法还有很大的优化空间。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，以提高植物修复方法应用于稀土污染土壤生态修复的修复效率。
根据本发明的一个方面，提供一种利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，包括以下步骤：s1.构建植被：在待修复的土壤区域内播种植被作物的种子，植被作物包括豆科植物和雀稗属植物，豆科植物选自合欢属植物、槐属植物、红豆属植物中的至少一种；s2.接种根瘤菌：在豆科植物出苗5～15天后，向已出苗的豆科植物的根系土壤中添加根瘤菌；s3.超积累植物的转移：在豆科植物的平均株高达到1.2～1.5米，收割植被作物的露出地面的植株部分。
雀稗属植物生长快，分蘖力和再生力强，且耐牧、耐火烧，可与大翼豆、柱花草、山蚂蝗、野大豆等混播，当年即可形成良好的草群，在种子缺乏时，亦可采用分株移植的办法来扩大补植面积，在雨季移植极易成活，分布范围广，且对重金属有较强的耐受性和富集效果。根瘤菌(rhizobium)主要指与豆科植物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌，根瘤菌侵入寄主根内，刺激根部皮层和中柱鞘的某些细胞，引起这些细胞的强烈生长，使根的局部膨大形成根瘤；根瘤菌在根内定居，植物供给根瘤菌以矿物养料和能源，根瘤菌固定大气中游离氮气，为植物提供氮素养料，两者在拮抗寄生关系中处于均衡状态而表现共生现象。
本发明以雀稗属植物和豆科植物共同构建复合植被，在两种植物在复合植被中形成协同的稀土富集作用，能够有效地富集土壤中的稀土废物，从而对稀土矿区起到优异的修复效果，具有操作简单、容易管理、成本投入低、无环境风险等优点，除此之外，复合植被还能起到防风固沙、提高土壤肥力的效果。本发明所提供的利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法在处理稀土矿山、采场及其各种废石堆和尾砂堆等稀土废渣存放场地中，都能够达到有效的修复效果。另一方面，作为豆科植物的合欢属植物、槐属植物、红豆属植物属于木本作物，可以使豆科植物和雀稗属植物之间形成明显的株高差，使得修复区域内的空间利用效果得到优化。
优选地，每次向土壤中添加根瘤菌时，按照菌体浓度为20×108～45×108cfu的标准添加根瘤菌。
优选地，在s1中，添加根瘤菌时，按照菌体浓度为35×108～45×108cfu的标准添加根瘤菌。
优选地，在s3中，按照地上留茎5～10cm的标准收割植被作物，以植被作物经过收割后露出地面的植株部分作为基茬；还包括以下步骤：s4.二次植被的培育：原地栽培基茬，并向属于豆科植物的基茬的根系土壤中添加根瘤菌；s5.二次栽培超积累植物的转移：在基茬长出新苗的3–5个月后，收割植被作物的露出地面的植株部分。
优选地，在s4中，添加根瘤菌时，按照菌体浓度为20×108～30×108cfu的标准添加根瘤菌。
优选地，植被作物的种子在播种前经过如下预处理：于50～60℃水中浸泡3～4.5小时，自然风干。
优选地，在s1中，在播种植被作物的种子完成后，在土壤区域内覆盖草毯。草毯能够起到一定的护坡效果，植被作物、草毯、坡面三者牢固组合成一体，有效缓解了雨水对坡面的冲刷，另一方面，植物护坡改善周边空气质量绿色环保。
优选地，在s1中，向待播种的土壤施用钙镁磷肥320～380千克/公顷、氯化钾270～320千克/公顷、腐熟的有机肥15～30吨/公顷。
优选地，豆科植物为合欢属植物。
根瘤菌的作用效果与其所在的土壤环境和形成共生关系的豆科植物种类密切相关，本发明通过对土壤环境的调节以及豆科植物的选择，优化了根瘤菌的生长增殖环境，提高其增殖活性，使其发挥更佳的固氮作用，从而优化植被植株的生长发育情况，进而优化复合制备的稀土富集效果。
优选地，合欢属植物为银合欢。银合欢(leucaenaleucocephala(lam.)dewit)为豆科灌木或小乔木，高2～6米，具有很强的抗旱能力。银合欢适应土壤条件范围很广，以中性至微碱性土壤最好，在酸性红壤土上仍能生长，适应ph值在5.0～8.0之间。在潮湿的条件下，银合欢在石山的岩石缝隙也能生长，适为荒山造林树种，是南方优良的道路护坡、水土保持和绿化植物。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例在赣州市定南县岭北废弃稀土矿山选取试验区开展生态修复实验，本实施例所选取的试验区中的稀土元素含量平均为125.50mg/kg，属于低污染区域。本实施例设置5组处理组，分别标记为处理ⅰ、处理ⅱ、处理ⅲ、处理ⅳ、处理ⅴ。
1.生态修复的开展
(1)处理ⅰ
s1.构建植被：
全翻耕土壤，耕深18～25厘米，穴径0.6米，深0.5米；施用钙镁磷肥350千克/公顷、氯化钾300千克/公顷、腐熟农家肥15～30吨/公顷；将银合欢和宽叶雀稗草籽于50～60℃水中浸泡4小时，自然风干后，均匀撒播于已深耕的废弃稀土矿山，在表面覆盖椰丝草毯，土壤湿度控制在65％，在18～26℃条件下，银合欢播种10～15天后出苗，宽叶雀稗播种约1周后出苗。
s2.接种根瘤菌：
播种20天后向银合欢根系土壤中添加菌体浓度为35×108～45×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s3.超积累植物的转移：
在银合欢的平均株高达到1.2～1.5米，收割银合欢和宽叶雀稗的露出地面的植株部分，收割时银合欢和宽叶雀稗地上留茎分别为50cm和10cm作基茬。
s4.二次植被的培育：
原地栽培基茬，向银合欢根系土壤中添加菌体浓度为20×108～30×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s5.二次栽培超积累植物的转移：
待银合欢和宽叶雀稗的基茬上长出新苗1个月后，追施氮磷钾复合肥和有机肥，再生长3个月左右收割银合欢和宽叶雀稗的地上部分。
(2)处理ⅱ
s1.构建植被：
全翻耕土壤，耕深18～25厘米，穴径0.6米，深0.5米；施用钙镁磷肥350千克/公顷、氯化钾300千克/公顷、腐熟农家肥15～30吨/公顷；将金合欢和宽叶雀稗草籽于50～60℃水中浸泡4小时，自然风干后，均匀撒播于已深耕的废弃稀土矿山，在表面覆盖椰丝草毯，土壤湿度控制在65％，在18～26℃条件下，金合欢播种10～15天后出苗，宽叶雀稗播种约1周后出苗。
s2.接种根瘤菌：
播种20天后向金合欢根系土壤中添加菌体浓度为35×108～45×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s3.超积累植物的转移：
在金合欢的平均株高达到1.2～1.5米，收割金合欢和宽叶雀稗的露出地面的植株部分，收割时金合欢和宽叶雀稗地上留茎分别为50cm和10cm作基茬。
s4.二次植被的培育：
原地栽培基茬，向金合欢根系土壤中添加菌体浓度为20×108～30×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s5.二次栽培超积累植物的转移：
待金合欢和宽叶雀稗的基茬上长出新苗1个月后，追施氮磷钾复合肥和有机肥，再生长3个月左右收割金合欢和宽叶雀稗的地上部分。
(3)处理ⅲ
s1.构建植被：
全翻耕土壤，耕深18～25厘米，穴径0.6米，深0.5米；施用钙镁磷肥350千克/公顷、氯化钾300千克/公顷、腐熟农家肥15～30吨/公顷；将银合欢和宽叶雀稗草籽于50～60℃水中浸泡4小时，自然风干后，均匀撒播于已深耕的废弃稀土矿山，在表面覆盖椰丝草毯，土壤湿度控制在65％，在18～26℃条件下，银合欢播种10～15天后出苗，宽叶雀稗播种约1周后出苗。
s2.超积累植物的转移：
在银合欢的平均株高达到1.2～1.5米，收割银合欢和宽叶雀稗的露出地面的植株部分，收割时银合欢和宽叶雀稗地上留茎分别为50cm和10cm作基茬。
s3.二次植被的培育：
原地栽培基茬。
s4.二次栽培超积累植物的转移：
待银合欢和宽叶雀稗的基茬上长出新苗1个月后，追施氮磷钾复合肥和有机肥，再生长3个月左右收割银合欢和宽叶雀稗的地上部分。
(4)处理ⅳ
s1.构建植被：
全翻耕土壤，耕深18～25厘米，穴径0.6米，深0.5米；施用钙镁磷肥350千克/公顷、氯化钾300千克/公顷、腐熟农家肥15～30吨/公顷；将银合欢草籽于50～60℃水中浸泡4小时，自然风干后，均匀撒播于已深耕的废弃稀土矿山，在表面覆盖椰丝草毯，土壤湿度控制在65％，在18～26℃条件下，银合欢播种10～15天后出苗。
s2.接种根瘤菌：
播种20天后向银合欢根系土壤中添加菌体浓度为35×108～45×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s3.超积累植物的转移：
在银合欢的平均株高达到1.2～1.5米，收割银合欢露出地面的植株部分，收割时地上留茎50cm作基茬。
s4.二次植被的培育：
原地栽培基茬，向银合欢根系土壤中添加菌体浓度为20×108～30×108cfu的根瘤菌，根瘤菌在土壤中的用量为1.0l/m2。
s5.二次栽培超积累植物的转移：
待银合欢的基茬上长出新苗1个月后，追施氮磷钾复合肥和有机肥，再生长3个月左右收割银合欢的地上部分。
(5)处理ⅴ
s1.构建植被：
全翻耕土壤，耕深18～25厘米，穴径0.6米，深0.5米；施用钙镁磷肥350千克/公顷、氯化钾300千克/公顷、腐熟农家肥15～30吨/公顷；将宽叶雀稗草籽于50～60℃水中浸泡4小时，自然风干后，均匀撒播于已深耕的废弃稀土矿山，在表面覆盖椰丝草毯，土壤湿度控制在65％，在18～26℃条件下，宽叶雀稗播种约1周后出苗。
s2.超积累植物的转移：
栽培4个月后，收割宽叶雀稗的露出地面的植株部分，并且使宽叶雀稗地上留茎10cm作基茬。
s3.二次植被的培育：
原地栽培基茬。
s4.二次栽培超积累植物的转移：
待宽叶雀稗的基茬上长出新苗1个月后，追施氮磷钾复合肥和有机肥，再生长3个月左右收割宽叶雀稗的地上部分。
2.修复效果
表1为本实施例设置的各处理组的植被作物稀土富集情况统计，各处理组所构建的植被都对试验区土壤中的稀土污染物起到了一定的富集作用。处理ⅰ采用宽叶雀稗与银合欢联合种植的修复模式，在其所构建的复合植被中，银合欢和宽叶雀稗的稀土富集效果都明显优于这两种植物分别作用时(分别对照处理ⅳ和处理ⅴ)的稀土富集效果。然而，不同类型的豆科植物，其与根瘤菌的共生情况以及与宽叶雀稗的稀土协同富集效果也有所不同，通过对比处理ⅰ和处理ⅱ所对应的修复效果评价参数可以发现，在选择与宽叶雀稗共同构建复合植被的豆科植物的权衡中，相对于金合欢而言，银合欢能够达到更佳的稀土协同富集效果。处理ⅲ也选择了宽叶雀稗和银合欢构建复合植被，然而该方案中不涉及根瘤菌的采用，因此其植被作物的长势明显不如处理ⅰ的植被作物的长势。综合对比，在本实施例中，处理ⅰ构建的植被的稀土富集能力最强。进一步地，对从处理ⅰ所对应的试验区域中收割得到的植被作物进行平均生物量测定：首次收割时，银合欢和宽叶雀稗地上部分(包括茎和叶)平均生物量分别为12.80kg/m2和6.15kg/m2；二次收割时，银合欢和宽叶雀稗地上部分平均生物量分别为9.20kg/m2和5.60kg/m2。
表1本实施例各处理组的植被(地上部分)的平均稀土含量/(mg/kg)
实施例2
本实施例在赣州市定南县岭北废弃稀土矿山选取试验区开展生态修复实验，本实施例所选取的试验区中的稀土元素含量平均为274.0mg/kg，属于中高污染区域。本实施例设置四组处理组和一组对照组，其中，四组处理组分别标记为处理ⅰ、处理ⅱ、处理ⅲ、处理ⅳ。
1.生态修复的开展
(1)处理ⅰ
与实施例1的处理ⅰ的实施方式相同。
(2)处理ⅱ
与实施例1的处理ⅲ的实施方式相同。
(3)处理ⅲ
与实施例1的对照ⅰ的实施方式相同。
(4)处理ⅳ
与实施例1的处理ⅳ的实施方式相同。
(5)处理ⅴ
与实施例1的处理ⅴ的实施方式相同。
2.修复效果
表2为本实施例设置的各处理组的植被作物稀土富集情况统计，各处理组所构建的植被都对试验区土壤中的稀土污染物起到了一定的富集作用，本实施例各处理组间的差异情况与实施例1的大体一致，在此不再赘述。综合对比，在本实施例中，处理ⅰ构建的植被的稀土富集能力最强。进一步地，对从处理ⅰ所对应的试验区域中收割得到的植被作物进行平均生物量测定：首次收割时，银合欢和宽叶雀稗地上部分(包括茎和叶)平均生物量分别为15.32kg/m2和5.80kg/m2；二次收割时，银合欢和宽叶雀稗地上部分平均生物量分别为11.90kg/m2和6.15kg/m2。
表2本实施例各处理组的植被(地上部分)的平均稀土含量/(mg/kg)
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。例如，种植在不同稀土元素浓度的尾砂或边坡中，对栽种的各种营养条件进行改良，采用不同的收割方式和时期等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。
技术特征：
1.一种利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1.构建植被：在待修复的土壤区域内播种植被作物的种子，所述植被作物包括豆科植物和雀稗属植物，所述豆科植物选自合欢属植物、槐属植物、红豆属植物中的至少一种；
s2.接种根瘤菌：在所述豆科植物出苗5～15天后，向已出苗的所述豆科植物的根系土壤中添加根瘤菌；
s3.超积累植物的转移：在所述豆科植物的平均株高达到1.2～1.5米，收割所述植被作物的露出地面的植株部分。
2.如权利要求1所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：每次向土壤中添加根瘤菌时，按照菌体浓度为20×108～45×108cfu的标准添加根瘤菌。
3.如权利要求2所述利用植物间作临河根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：在所述s1中，添加根瘤菌时，按照菌体浓度为35×108～45×108cfu的标准添加根瘤菌。
4.如权利要求2所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：在所述s3中，按照地上留茎5～10cm的标准收割所述植被作物，以所述植被作物经过收割后露出地面的植株部分作为基茬；
还包括以下步骤：
s4.二次植被的培育：原地栽培所述基茬，并向属于所述豆科植物的基茬的根系土壤中添加根瘤菌；
s5.二次栽培超积累植物的转移：在所述基茬长出新苗的3–5个月后，收割所述植被作物的露出地面的植株部分。
5.如权利要求4所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：在所述s4中，添加根瘤菌时，按照菌体浓度为20×108～30×108cfu的标准添加根瘤菌。
6.如权利要求1所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于，所述植被作物的种子在播种前经过如下预处理：于50～60℃水中浸泡3～4.5小时，自然风干。
7.如权利要求1所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：在所述s1中，在播种所述植被作物的种子完成后，在所述土壤区域内覆盖草毯。
8.如权利要求1所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：在所述s1中，向待播种的土壤施用钙镁磷肥320～380千克/公顷、氯化钾270～320千克/公顷、腐熟的有机肥15～30吨/公顷。
9.如权利要求1所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：所述豆科植物为合欢属植物。
10.如权利要求9所述利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，其特征在于：所述合欢属植物为银合欢。
技术总结
本发明提供一种利用植物间作联合根瘤菌修复稀土污染土壤的方法，包括以下步骤：S1.构建植被：在待修复的土壤区域内播种植被作物的种子，植被作物包括豆科植物和雀稗属植物，豆科植物选自合欢属植物、槐属植物、红豆属植物中的至少一种；S2.接种根瘤菌：在豆科植物出苗5～15天后，向已出苗的豆科植物的根系土壤中添加根瘤菌；S3.超积累植物的转移：在豆科植物的平均株高达到1.2～1.5米，收割植被作物的露出地面的植株部分。上述方法适用于稀土矿山、采场及其各种废石堆和尾砂堆等稀土废渣存放场地的修复处理，具有施工快、成本低、操作管理简便、修复效率高、环境风险小、美化环境等优点。
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