微生物菌肥联合植物生态修复技术在矿山治理中的应用研究

叶胜兰 舒晓晓

摘 要：在经济快速发展、能源消耗日益增多的趋势下，矿山开采已经成为能量来源的重要途径。而大面积的开采，将出现严重的生态环境破坏问题，因而矿山治理已刻不容缓。其中，微生物菌肥联合植物生态修复技术不仅实现了矿石的绿色修复，避免二次污染，还有利于增加区域生物多样性，实现矿区修复后生态可持续发展。

关键词：菌肥;生态修复;矿石治理

中图分类号 X752  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）18-0156-02

1 前言

在经济快速发展、能源消耗日益增多的趋势下，我国矿山资源的需求量将持续增加，尤其是对工业发展中煤炭资源的不可或缺。据统计，目前我国煤炭储量约为9.5×1012t，其含量约占全世界煤炭总储量的11%[1]，且年产量达到13亿t以上。我国对煤炭的开采量仍在增加中，由于长期开采引发的植被破坏、土壤污染和当地生态系统受损已成为了严重问题[2-3]。针对煤矿开采引发中出现的一些问题，我国许多专家学者都投入到了矿区的土地生态修复及后续保护的相关工作，但由于起始时间较晚，导致现在的一些生态修复技术仍与欧美发达国家存在一定的差距。尤其是陕北地区丰富的煤炭资源与脆弱的生态环境之间的矛盾在近年来的资源开发中愈发凸显。陕北地区的煤矿区属于黄土高原和内蒙古高原的一段过渡区域，该地区位于陕北黄土高原和毛乌素沙地南缘的交界处，具有丰富的能源矿产资源。正是其特殊的地质发生条件、地理所处位置、气候显著特征及近年来大量的煤矿资源开采，引发了当地严重的地质及生态环境问题[4]。而这些问题若得不到及时有效地解决，将进一步加剧当地水资源的破坏、地表塌陷、地裂缝等生态环境的恶化，导致植被的根基不稳，形成土地沙漠化。

2 微生物菌肥联合植物修复技术研究进展

针对煤矿区长期开采存在的植被破坏、土壤缺水少肥、土壤重金属污染、生态系统破坏等问题，需要进一步开展煤矿区修复技术的研究。其中，大量采用的化学法将引发土壤的二次污染问题，而更为快捷的物理修复技术需要投入相当高的成本，且整个修复的流程与设备操作都极为复杂。针对这些弊端，采用生物修复技术，不仅达到了绿色、环保的目的，还不会产生二次污染，因而该技术可在污染土壤生态修复领域展现出独特的应用前景，近年来逐渐成为矿区生态原位修复的首选技术。张琳[5]等研究了不同植物组合对稀土矿场土壤生态修复的效果，芒草样地土壤有机质和速效钾含量分别高达对照的3.34倍、4.38倍。各种植样地土壤及水中重金属含量总体达标，但锰（Mn）含量偏高，砷（As）和铝（Al）含量也较高。矿区生态修复主要因素在于植被的重建，尤其是针对开矿过程中产生的土地占用、土地污染等问题[6]。常勃[7]研究指出，施用一定的菌剂可有效提升矿区土壤的基础养分含量，其中土壤有机质含量增加9.55g/kg，较CK提高16.8%，说明使用菌剂具有提高土壤养分、熟化土壤的作用。李江[8]用生物菌肥对矿区生态修复土壤的微生物群落和功能多样性进行分析指出，矿区土壤全磷、有效磷、有机质及微生物数量明显增加。张丽秀[9]研究表明，在苜蓿中接种镰刀菌可有效分解矿区的高环芳烃，最高降解效率达到15%左右。柏佳[10]等研究表明，伴矿而生的景天具有清除特定土壤（河潮土和红黄泥）中重金属Cd的作用，其清除效率最高达26.8%。植物修复技术中不同种类其作用效果具有显著差异。草本植物生长迅速，极易覆盖地表，可有效减少水土流失;灌木类植物具有较强的分蘖能力，通过灌木种植能显著改善煤矿区的土质条件，如提高土壤的保水能力、改善总氮、有效磷、有效钾等土壤养分[11]。将草本和灌木配合种植，能最大限度地利用水平空间和垂直空间，使形成的植物群落呈现出与自然群落相似的地上成层性与水平镶嵌性，从而有利于降低土壤中水分的下渗速率，达到保水保肥的目的[12-13]。徐德聪[14]等研究表明，通过种植香根草定植可有效提高表层土壤中總氮和速效磷含量，且随着种植时间的延长，土壤养分含量增加，尤其是在早期种植香根草的情况下，0～5cm土壤层中总N和速效P的平均值分别是近期种植的4.64倍、22.44倍。

3 植物和微生物菌剂的选择

在逆境条件下种植具有一定受耐性或累积性的植物，能有效促进土壤系统的生物恢复，部分植物还能减少土壤的重金属含量，提升土壤质量。微生物修复能很好地改良土壤的物理性质，提升体积质量、通气度及孔隙度等，土壤微生物与植物分泌物相结合，可改善土壤结构。目前在矿区生态修复过程中，大多采用单一的植物或微生物修复技术，而同时利用2种技术进行联合修复的研究则相对较少。已有研究表明，香根草是一种适应性强、生物量大、根系发达的草本植物，能抵抗贫瘠、强酸、强碱和金属污染，能在长期干旱的情况下存活;香根草的根际周围含有十几种根瘤菌，这些菌通过与作物互利共生，可分泌出一定改良土壤的物质，从而改善恶劣的环境。沙棘作为一种灌木具有较强的抗逆性能，耐寒、耐旱、耐瘠薄，在矿区修复中得到了大规模种植，以实现植被快速恢复;另外，由于其根瘤菌的存在，固氮能力很强，能为其他植物的生长提供养分，为实现生物多样性提供了能量基础，创造适宜生存的环境，是优良的先锋树种和混交树种。

微生物菌剂可有效改善土壤肥力提高植物生长。根菌瘤在生活过程中分泌一些有机氮到土壤中，加之根瘤在植物的生长末期会自行脱落，从而大大提高了土壤的肥力;球毛壳菌可通过分泌次生代谢产物促进植物的生长，提高植物的抗病性和抗旱性;AM菌根可侵染到宿主根部形成椭圆形泡囊，还将菌丝伸延到土壤中去，从而扩大了吸收面，帮助植物吸收磷、钾、硫、钙、锌、铁、铜等营养元素及水分，使宿主的产量增加、品质提高。

4 展望

在我国经济快速发展，能源消耗日益增多的趋势下，矿产资源的加速开采已然成为趋势，直接影响着人们的生产生活。而在大面积的开采中，将引发不可估量的后果，包括区域塌陷、水土流失、植被破坏、环境大面积污染和生态系统被破坏等一系列问题。而这都迫切需要更多的关注与实施生态环境修复。这是一段长期而漫长的路程，不仅需要投入大量的人力、物力，还需要不断更新技术，保障修复后矿山的生态可持续性。因此，今后要全面结合当今社会发展的需要，真正做到可持续发展。

参考文献

[1]崔益源.基于示踪气体测量技术的采空区漏风研究[D].北京：中国矿业大学，2018.

[2]刘孝阳，周伟，白中科，等.平朔矿区露天煤矿排土场复垦类型及微地形对土壤养分的影响[J].水土保持研究，2016，23（3）：6-12.

[3]胡振琪，龙精华，张瑞娅，等.中国东北多层煤老矿区采煤沉陷地损毁特征与复垦规划[J].农业工程学报，2017，33（5）：238-247.

[4]赵国平，毕银丽，李莹，等.陕北沙区煤矸石山适宜的覆沙厚度试验研究[J].水土保持学报，2016，36（03）：229-337.

[5]张琳.不同植物组合对稀土矿场土壤生态修复的研究[D].广州：仲恺农业工程学院，2017.

[6]Truman P..Restoration ecology and conservation biology[J].J. Biological conservation，2000，92：73-83.

[7]常勃.微生物菌剂对矿区复垦土壤生物活性和作物生长的影响[D].太原：山西大学，2013：10-23.

[8]李汇.矿区复星主壤微生物群落和功能多样性分析机[J].广东化工，2011，38（7）：18-20.

[9]张丽秀，李岩，李橙，等.镰刀菌-淀粉-苜蓿对煤矿区污染土壤HMW-PAHs的修复[J].水土保持学报，2017，31（05）：350-355.

[10]柏佳，谭长银，曹雪莹，等.种有机酸对伴矿景天修复效率及土壤微生物数量的影响[J].水土保持学报，2020，34（02）：318-324.

[11]吕刚.露天煤矿排土场植被恢复的土壤水文效应研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2017.

[12]王文英，李晋川，卢崇恩，等.矿区废弃地植被重建技术[J].山西农业科学，2002，30（3）：82-86.

[13]许丽，丰菲，刘莹，等.煤矸石山植物物种多样性与土壤化学因子的关系——以灵武矿区生态修复初期为例[J].煤炭科学技术，2020，48（04）：97-104.

[14]徐德聪，詹婧，陈政，等.种植香根草对铜尾矿废弃地基质化学和生物学性质的影响[J].生态学报，2012，32（18）：5683-5691.

（責编：张宏民）