白云鄂博矿区苔藓植物多样性及其对稀土元素的富集特性研究

Rare earth elements(REEs) is one of the most important strategic resources. BayanObo ore deposit,located in Baotou City of Inner Mongolia autonomous region, is the largest REE mining area in China, mainly rich in Cerium, Praseodymium, Samarium and Europium etc. With strip mining for many years, ecological environment of BayanObo mining area deteriorates and vegetation is rare. As a pioneer plant, bryophyte can adapt to various habitats and plays an irreplaceable role on soil formation and nutrient accumulation at primary bare land. Providing material foundation for higher vascular plants invasion and reproduction, it is of great value and significance for degraded ecosystem reconstruction and vegetation restoration of the mining area. Due to its simple structure, bryophyte has better absorption of the heavy metal and REE elements in soil substrates, and has a biological prospecting potential. This study will investigate extensively on bryophyte species, as well as their distribution and ecological adaptability to probe the diversity of bryophytes in various habitats of BayanObo mining area. On the basis of the above, the content of REEs in different species of bryophytes will be analyzed and assayed. By comparing the concentration in their respective substrates, the accumulation properties of bryophytes on REEs will be verified, so as to provide with ideal indicator plants for biological prospecting for minerals. In addition, the study could give a scientific evidence for ecological restoration and vegetation reconstruction in BayanObo mining area.

内蒙古包头市白云鄂博矿是我国最重要的稀土矿区，主要富含铈、镨、钐、铕等稀土元素。苔藓植物能够适应多种生境，对原生裸地土壤的形成和营养元素的积累具有不可替代的作用，可为高等维管植物的入侵和繁衍提供物质基础，对矿区退化生态系统的重建和植被恢复具有十分重要的意义。苔藓植物结构简单，对基质中的重金属和稀土元素有很强的吸收与富集能力，具有生物探矿的潜能。本研究拟对白云鄂博矿区苔藓植物的种类、分布及生态适应性进行广泛的调查研究，以探索矿区各种生境条件下苔藓植物的多样性，在此基础上进一步分析检测苔藓植物体内的稀土元素含量，通过比对其基质环境中相应元素的浓度含量，以深入研究矿区苔藓植物对稀土的富集特性，从而为生物探矿提供指示性植物，同时也为矿区植被生态的恢复重建提供科学依据。

通过对白云鄂博矿区苔藓植物多样性研究，整理鉴定803份标本，统计出该地区共分布有13科29属68种苔藓植物。其中，丛藓科Pottiaceae、真藓科Bryaceae、灰藓科Hypnaceae和紫萼藓科Grimmiaceae为优势科，对齿藓属Didymodon、真藓属Bryum、紫萼藓属Grimmia为相对优势属。对矿区分布广且生物量较大的9种藓类植物进行稀土元素含量检测，分析得出：植物体中REO总量排序为：尖叶对齿藓 > 土生对赤藓 > 短叶对齿藓 > 缨齿藓 > 心叶对齿藓 >中华赤藓 >北地对齿藓 > 细肋对齿藓 > 直叶灰藓；15种稀土元素的配分含量排序为：Ce > La > Nd > Pr > Sm > Gd > Y > Eu > Dy > Tb，相应的植物基质土壤中的元素含量排列顺序也呈现相同规律，而对比不同的标本采集地则呈现出主矿MO >东矿 EO > 西矿WO的变化规律，结果与当地3个矿段的岩石内稀土贫富状况相一致，REO总量在0.13-4.41%之间。苔藓植物体内与对应的基质土壤中稀土元素含量呈现显著的正相关性，相关系数高达0.892。这一结果表明，苔藓植物能够作为一个较为准确的生物监测器来反映基质土壤中的稀土元素含量，指示其生长地的稀土富矿程度，可以用于生物探矿。对矿区9种苔藓植物的富集系数（C）进行计算分析表明：不同苔藓植物对REO的富集系数范围在0.14-1.48之间，中华赤藓（S.s）对元素Y有较高富集能力；心叶对齿藓（D.cor）对Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Er六种元素富集能力强；尖叶对齿藓（D.con）对La和Ce元素富集能力强；北地对齿藓（D.f）对Eu、Tb、Dy三种元素有较高富集。以白云矿区常见的8种藓类为材料，以稀土背景值较低的贺兰山同种植物为对照，比较研究了稀土对苔藓植物生长发育的影响，结果表明：两地8种藓类植物在株高、茎宽、叶长和叶宽四个形态指标方面几乎都存在显著差异，并推测稀土主要通过叶片影响植物体的生长。对矿区3种优势藓类短叶对齿藓、中华赤藓和卷叶墙藓进行了组织培养研究，不同种类的苔藓植物要求的消毒条件、培养条件均有所不同。通过组培研究初步建立了短叶对齿藓配子体的再生体系，获得了大量纯净、均一化的组培植物材料，以供后续试验之用。