相思谷铜尾矿先锋植物根际联合固氮特性及生态意义探究.docxVIP

相思谷铜尾矿先锋植物根际联合固氮特性及生态意义探究

一、引言

1.1研究背景

在铜矿的开采与冶炼进程中，会产生大量的铜尾矿。这些铜尾矿绝大多数被堆置于尾矿库内，形成尾矿废弃地。据相关资料显示，铜陵作为我国重要的铜矿开采和冶炼基地，境内留存的尾矿库（场）占地面积达280ha。铜尾矿废弃地的存在带来了诸多严峻的生态问题。一方面，它占用和破坏了大量的土地资源，使得原本可利用的土地无法发挥其应有的作用；另一方面，还引发了一系列环境污染问题，如空气、水污染等，导致生态系统退化，农作物产量和品质降低。有研究表明，铜尾矿长期露天存放会对农业生产、气候、地表环境等产生一定程度影响，可能导致土壤污染、水源污染，进而造成动物种群迁移，生物链出现不良反应。

植被恢复被认为是治理尾矿污染的一种较为理想的方法，它不仅能够有效地防止尾矿的风蚀和水蚀，而且费用相对较低。然而，尾矿具有物理结构性差、异常贫瘠（如有机质、氮素含量几乎为零）、极端pH值、重金属浓度过高等特性，这些特性对植被恢复极为不利。尽管如此，随着弃置年限的增加，尾矿原生环境中先锋植物开始定居。在安徽铜陵林冲新弃置铜尾矿未复垦废弃地，先锋植物以非豆科植物为主。这表明在尾矿极端生境中，非豆科植物先锋植物生长过程中具有稳定而可靠的氮源，而这些氮源主要来自先锋植物根际联合固氮。

联合固氮是自由生活的固氮菌定植于植物根表细胞和根际土壤中形成的特殊固氮作用。当固氮微生物定植在植物根际，并与之形成一种松散的联合固氮状态时，植物根系就为其提供良好的固氮环境，与自生固氮相比表现出更高的固氮效率。研究表明，联合固氮菌通过固氮作用除了为宿主植物提供氮素营养之外，还可以通过分泌植物生长激素类物质等多种途径促进植物生长。因此，研究相思谷铜尾矿先锋植物根际联合固氮特性具有重要的现实意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究相思谷铜尾矿先锋植物根际联合固氮特性，具体包括先锋植物根际土柱固氮活性、根系和根际土固氮活性差异，以及从尾矿中分离具有固氮活性的菌株并分析其特性。

本研究具有重要的理论和实践意义。从理论方面来看，目前有关根际联合固氮的认识主要集中在普通环境及生长在普通环境中的植物，对于尾矿这种极端环境下先锋植物根际联合固氮特性的研究相对较少。本研究能够丰富和完善根际联合固氮理论，为深入理解联合固氮在极端环境下的作用机制提供新的视角和数据支持。从实践角度出发，尾矿废弃地的生态修复是当前亟待解决的环境问题。通过研究先锋植物根际联合固氮特性，有助于筛选出更适合尾矿生态修复的先锋植物和固氮菌株，为尾矿废弃地的植被恢复和生态重建提供科学依据和技术支持，从而有效改善尾矿废弃地的生态环境，减少其对周边环境的负面影响，推动矿区生态系统的恢复和可持续发展。

二、相思谷铜尾矿与先锋植物概况

2.1相思谷铜尾矿特征

相思谷尾矿库坐落于铜陵市凤凰山风景区，其形成源于铜矿的开采与选矿活动。在铜矿开采过程中，矿石经过一系列复杂的选矿流程，如破碎、搅拌、浮选等，有用的铜精矿被提取出来，而剩余的废弃物——铜尾矿则被排放并堆积在尾矿库内。

从物理性质来看，相思谷铜尾矿的颗粒较为细小，尾矿的粒度通常在0.074mm左右的约占40-80%，呈现出类似细粉沙粒的形态。这种细小的颗粒结构使得尾矿的表面积较大，容易受到风力和水力的侵蚀作用。同时，尾矿的结构松散，缺乏良好的团聚性，导致其保水保肥能力较差。从化学性质分析，尾矿中全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有机质等营养成分均极显著低于对照的土壤（P〈0.01），表现出异常贫瘠的特性。更为突出的是，其重金属含量超标严重，铜质量分数高达2224.167mg?kg^-1，锌、镉等重金属极显著高于对照土壤的含量（P〈0.01），铅含量显著高于对照土壤的含量（P〈0.05）。

由于铜尾矿矿渣的成分复杂，具有较高的化学稳定性和易氧化性，在露天堆存过程中容易受到风力的作用，导致粉尘逸散，造成大气污染。这些粉尘中的重金属一旦被人体吸入，可能会对人体健康造成潜在威胁。同时，尾矿中的重金属还会随着雨水的冲刷进入周边的土壤和水体，造成土壤污染和水污染。土壤中的重金属会影响土壤的理化性质和微生物活性，抑制植物的生长发育。而水体中的重金属则会通过食物链的传递，对水生生物和人类健康产生危害。

2.2先锋植物种类及分布

通过野外调查发现，相思谷铜尾矿自然定居的先锋植物种类丰富，包括芒（Miscanthussinensis）、羊蹄（Rumexjaponicus）、何首乌（Polygonummultiflorum）、苦荬菜（Ixerisdenticulata）、荩草（Arthraxonhispidus）、1年蓬（Erigeronannuus）、小飞蓬（Conyza