一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法

本发明涉及矿区废弃地生物修复，尤其涉及一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法。

背景技术：

1、矿区废弃后造成的土壤污染、水污染和大气污染，已对人类健康和环境安全构成了严重威胁。所以，对矿区废弃地进行生态治理修复显得刻不容缓。

2、选择合适的先锋植物是矿区废弃地生态修复过程中最重要的环节之一。矿区废弃地修复的先锋植物应该具备以下特征：(1)对重金属元素有较好的富集或转运能力，能耐受重金属污染；(2)具备较高的营养元素利用效率，能适应营养贫瘠环境；(3)具有较高的表型可塑性，可以增加后代存活的概率；(4)能够促进多种微生物共存，促进后续植物的定植。环境过滤可以诱导植物产生高度特异性的性状变化，这些变化能够通过遗传来增强后代种群对环境的适应性。研究表明，在矿区废弃地中自然定居的抗逆植物，其自身能够演化出独特的抗逆适应机制，使它们可以在受重金属污染且贫瘠的环境条件下，生存、生长和繁殖，并逐渐演变成优势物种。这类植物是矿区废弃地潜在修复先锋植物的主要来源。

3、因此，在野外判断矿区废弃地抗逆植物是否具备潜在修复先锋植物的条件，对降低其重金属污染程度，促进其生态治理进程，以及对其植物和微生物群落的自然恢复具有重要参考价值。

技术实现思路

1、本发明的目的为提供一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，以解决现有的研究抗逆植物对重金属富集转运能力的强弱，以得出的结果来确定其为修复先锋植物的方法的准确度不高的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，包括如下步骤：

4、(1)选择研究样地；绘制研究样地的示意图；划分不同污染程度的采样区；设置对照采样区；

5、(2)选择在各采样区中都存在的大型草本植物或半灌木化草本植物作为潜在的修复先锋植物，并在各采样区中筛选10株健康且长势基本一致的修复先锋植物个体作为研究对象；现场将每株个体完整挖出，用于测定植物表型性状指标、重金属元素含量和营养元素含量；现场采集植物个体根系上附着的土壤，用于测定根际土壤微生物多样性、重金属元素含量和营养元素含量；在各采样区中，随机采集3株所选个体的根区土壤以及3份裸露土壤，用于测定根区土壤和裸露土壤中的土壤微生物多样性；

6、(3)使用植物性状的变异系数来表示其表型可塑性指数，即在某一距离等级重复抽样1000次的情况下，单一性状的性状变异系数的标准差与平均值之比；使用各采样区不同植物土壤指标的平均值与对照采样区相关指标值的比值作为对比指数，来判断修复先锋植物对环境的适应和塑造能力。

7、作为优选，所述步骤(1)中，研究样地为有稀疏草丛覆盖的金属矿区废弃地；利用卫星航拍、景观斑块边界gps定位和arcgis10.8软件，绘制研究样地的示意图；采用掷标志物法将研究样地中的开采区划分为不同污染程度的采样区；对照采样区为研究样地附近无开采经历的自然区域；根据研究样地的卫星航拍图所呈现的景观边界进行景观斑块边界gps定位，各定位点的直线间隔距离≤50m。

8、作为优选，所述划分不同污染程度的采样区的具体步骤为：在各开采区中，由外向里螺旋步行递进随机向各个方位投掷红色实心标志物，对所有红色实心标志物落地点进行土壤采集；其中，采集深度为0～30cm，采集的土壤重量为200g；测定各开采区的土壤重金属含量并划分污染程度；在每个开采区的投掷次数≥50。

9、作为优选，所述步骤(2)中，健康且长势基本一致的修复先锋植物个体为具有健康的茎叶和根系的植物个体；不同植物个体之间的直线间隔距离≥10m；植物表型性状指标包括株高、叶面积、叶厚、根茎长、根长、根粗、地上生物量、地下生物量、总生物量。

10、作为优选，所述步骤(2)中，采集植物个体根系上附着的土壤的采集方法包括如下步骤：待植物个体完整挖出后，将根系上附着的土块抖动至报纸上，而后用无菌细毛刷仔细刷取根表上的土壤至报纸上，最后统一分装置于8号塑封袋和4号塑封袋中；其中，8号塑封袋存土150g，4号塑封袋存土50g；将4号塑封袋置于便携冰箱中储存。

11、作为优选，所述步骤(2)中，重金属元素含量和营养元素含量的测定部位包括植物地上部、植物地下部和根际土壤；根际土壤微生物多样性的测定包括对细菌和真菌的测定。

12、作为优选，所述步骤(2)中，根区土壤的面积范围≤725cm2，各裸露土壤的采土点的直线间隔距离≥10m；根区土壤和裸露土壤的采集深度为根系分布所达深度，采集的土壤的重量为50g，将所采集的土壤用4号塑封袋收集后，置于便携冰箱中储存。

13、作为优选，所述步骤(3)中，当某重金属元素指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物能够较好适应该种重金属污染；当某营养元素指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物能够有效吸收利用该种营养元素；当某植物表型性状指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物可以通过塑造该表型性状来适应矿区环境。

14、本发明还提供了所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法在野外判断适宜金属矿区废弃地修复的先锋植物中的应用。

15、本发明还提供了所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法在金属矿区废弃地生态修复和植物群落构建中的应用。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

17、本发明提供了野外判断适宜金属矿区废弃地修复的先锋植物的方法。本发明提供的方法相比于仅研究抗逆植物对重金属富集转运能力的强弱，以得出的结果来确定其为修复先锋植物更具说服力。使用本发明提供的方法遴选金属矿区废弃地修复先锋植物，更具有参考和应用价值。

技术特征：

1.一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，研究样地为有稀疏草丛覆盖的金属矿区废弃地；利用卫星航拍、景观斑块边界gps定位和arcgis10.8软件，绘制研究样地的示意图；采用掷标志物法将研究样地中的开采区划分为不同污染程度的采样区；对照采样区为研究样地附近无开采经历的自然区域；根据研究样地的卫星航拍图所呈现的景观边界进行景观斑块边界gps定位，各定位点的直线间隔距离≤50m。

3.根据权利要求2所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述划分不同污染程度的采样区的具体步骤为：在各开采区中，由外向里螺旋步行递进随机向各个方位投掷红色实心标志物，对所有红色实心标志物落地点进行土壤采集；其中，采集深度为0～30cm，采集的土壤重量为200g；测定各开采区的土壤重金属含量并划分污染程度；在每个开采区的投掷次数≥50。

4.根据权利要求1～3任一项所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，健康且长势基本一致的修复先锋植物个体为具有健康的茎叶和根系的植物个体；不同植物个体之间的直线间隔距离≥10m；植物表型性状指标包括株高、叶面积、叶厚、根茎长、根长、根粗、地上生物量、地下生物量、总生物量。

5.根据权利要求4所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，采集植物个体根系上附着的土壤的采集方法包括如下步骤：待植物个体完整挖出后，将根系上附着的土块抖动至报纸上，而后用无菌细毛刷仔细刷取根表上的土壤至报纸上，最后统一分装置于8号塑封袋和4号塑封袋中；其中，8号塑封袋存土150g，4号塑封袋存土50g；将4号塑封袋置于便携冰箱中储存。

6.根据权利要求5所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，重金属元素含量和营养元素含量的测定部位包括植物地上部、植物地下部和根际土壤；根际土壤微生物多样性的测定包括对细菌和真菌的测定。

7.根据权利要求5或6所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根区土壤的面积范围≤725cm2，各裸露土壤的采土点的直线间隔距离≥10m；根区土壤和裸露土壤的采集深度为根系分布所达深度，采集的土壤的重量为50g，将所采集的土壤用4号塑封袋收集后，置于便携冰箱中储存。

8.根据权利要求7所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，当某重金属元素指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物能够较好适应该种重金属污染；当某营养元素指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物能够有效吸收利用该种营养元素；当某植物表型性状指标的对比指数>1时，表明潜在的修复先锋植物可以通过塑造该表型性状来适应矿区环境。

9.权利要求1～8所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法在野外判断适宜金属矿区废弃地修复的先锋植物中的应用。

10.权利要求1～8所述判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法在金属矿区废弃地生态修复和植物群落构建中的应用。

技术总结
本发明属于矿区废弃地生物修复技术领域，本发明公开了一种判断适宜金属矿区废弃地修复先锋植物的方法。本发明提供的方法：通过野外实地调查，选择有稀疏草丛覆盖的金属矿区废弃地作为研究样地；采用“掷标志物法”将研究样地中的开采区划分为不同污染程度的采样区，并设置对照采样区；探究抗逆植物对土壤重金属元素和营养元素的富集转运能力、对土壤微生物群落的塑造能力以及对自身表型性状的调节能力，并使用对比指数来判断其是否具备作为修复先锋植物的条件。本发明提供的方法得出的结果更贴合野外真实情况，使用本发明提供的方法遴选金属矿区废弃地修复先锋植物，更具有参考和应用价值。

技术研发人员：袁鑫奇,汤红,段昌群,刘嫦娥,汪斯琛,赵洛琪,栾志飞,余佶,吴靖芸
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15