白音華露天煤礦微生物土壤修復(fù)治理

（內(nèi)蒙古白音華蒙東露天煤業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 026200）

1 概況

白音華地區(qū)冬天氣溫低在-30°C 左右，且常伴有5-6級大風(fēng)。通過實(shí)地的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)白音華露天采礦區(qū)域內(nèi)造地土壤質(zhì)量貧瘠，土壤結(jié)構(gòu)破壞，肥力水平較低，需經(jīng)過幾年甚至十幾年的方可熟化。

本報告擬以該礦區(qū)為基地，研究該地土地的土壤化學(xué)性質(zhì)狀況，針對該地煤礦區(qū)域土壤的問題提出可行性的生物修復(fù)方案，為露天煤礦土地生態(tài)重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和建議。并嘗試深入了解微生物在露天煤礦土壤中的持久性、擴(kuò)散性、活性、功能及其影響因素等生態(tài)學(xué)特性[1]。

國內(nèi)外現(xiàn)有土壤修復(fù)方法主要包括：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)三種基本方法。

1.1 物理修復(fù)

物理方法主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕翻土與污土混合，可以降低土壤中污染物的含量，從而使土壤品質(zhì)達(dá)到相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。對于復(fù)雜土質(zhì)情況如重金屬污染、烴類污染等問題，物理修復(fù)采用高溫?zé)峤狻⒄羝樘帷⒐袒⒉ＡЩ㈦妱臃ǖ瓤捎脕砀纳仆恋氐沫h(huán)境質(zhì)量。

1.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)，通過對土壤的吸附、淋濾、氧化還原、拮抗或沉淀作用，以降低或消除土壤問題。化學(xué)修復(fù)發(fā)展相對成熟、成本低廉。但化學(xué)改良劑中的大多數(shù)含有一定量的有毒金屬元素。如果應(yīng)用于復(fù)墾，需額外注意對周邊牧群的影響，避免造成經(jīng)濟(jì)與民族糾紛。

1.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)主要是利用微生物菌劑、微生物有機(jī)肥改良土壤。相對其他修復(fù)方法，生物修復(fù)成本最低、對環(huán)境影響小、不形成二次污染。復(fù)墾作物釋放的各種分泌物或酶類促進(jìn)污染物的降解及強(qiáng)化根際微生物的礦化作用[2]，本案設(shè)計(jì)了土著微生物和特效外源微生物的代謝活動，在人為優(yōu)化的環(huán)境條件下加速對土壤有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、利用與調(diào)節(jié)。

2 土壤檢測方法和報告

在礦區(qū)分別進(jìn)行隨機(jī)取樣，每個研究對象進(jìn)行三個重復(fù)，取平均值，同時采草原原有土壤進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，帶回實(shí)驗(yàn)室測定土壤樣品中有機(jī)質(zhì)、有效氮、速效磷、酸堿度及鹽分含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法) 測定；土壤有效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；土壤速效磷含量用浸提法、鉬銻抗比色法測定；土壤酸堿性采用酸度計(jì)測定；土壤鹽分采用殘鹽度計(jì)測定。

土壤理化性質(zhì)檢測結(jié)果:

表1 不同礦區(qū)和位置的土壤理化特性

由表 1 可知，在不同煤炭礦區(qū)中，土壤中的含鹽量、pH和含水量各不相同。詳細(xì)來說，草原樣品土壤的含鹽量較低，為 0.1%左右，而2 號煤炭礦區(qū)的土壤樣品含鹽量在0.2%左右，3 號樣品的土壤含鹽量最高，高達(dá) 0.4%。就 pH 數(shù)值來說，3 號礦區(qū)的土壤樣品 pH 高達(dá) 9.58，嚴(yán)重超出正常土壤的 pH。從上述兩項(xiàng)可以看出，3 號礦區(qū)的土壤樣品呈現(xiàn)鹽堿化的趨勢。草原原有土壤樣品的含水量在15.3%左右，而2 號礦區(qū)的土壤樣品含水率極低，在 0.1%，然而 3 號礦區(qū)的土壤樣品更加嚴(yán)重，幾乎不含有任何水分。

此外，白音華礦區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低下，草原原有土在5%左右，而礦區(qū)恢復(fù)土在1%左右。氮、磷和鉀等常規(guī)元素也有一定缺失。三號礦區(qū)相比草原原有土和二號礦區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀等含量也較少。有機(jī)質(zhì)缺乏一直被認(rèn)為是采礦廢棄地再利用中的核心問題。表層土被剝離后與其它土層相混合而大大降低了土壤有機(jī)質(zhì)的水平。受壓占表層土的有機(jī)質(zhì)含量約為 0.60%～1.47%以上人工重建的植被群落自穩(wěn)能力較弱，若沒有外源有機(jī)質(zhì)輸入仍會重新出現(xiàn)退化。半干旱礦區(qū)復(fù)墾地的有機(jī)質(zhì)水平達(dá)到0.89%以上時地表植被群落才能持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，而根據(jù)我們檢測見過，三號煤礦區(qū)土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量低于此水平。

綜上，3 號礦區(qū)土壤樣品與草原原有土壤樣品和2 號土樣樣品來看，品質(zhì)低下，就我們已經(jīng)檢測的性質(zhì)和表觀性征來看3 號礦區(qū)土壤破壞形勢嚴(yán)峻，亟需修復(fù)。針對白音華煤礦土壤修復(fù)建議根據(jù)白音華三號礦區(qū)的實(shí)地考察、交流和土壤取樣、理化性質(zhì)的檢測結(jié)果，我們針對土壤問題，提出相應(yīng)的生物治理措施。

3 生物修復(fù)構(gòu)成與試驗(yàn)

3.1 生物復(fù)配制劑的構(gòu)成

根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，筆者根據(jù)現(xiàn)場情況及背景環(huán)境設(shè)計(jì)了如下試驗(yàn)，基于光彩環(huán)科微生物制劑的升級和復(fù)配，實(shí)現(xiàn)高寒、高海拔露天煤礦的良好復(fù)墾效果：

1.基于土壤物理結(jié)構(gòu)考慮，如孔隙、水分、溫度等均可影響菌群的定殖。礦區(qū)土質(zhì)孔隙較大，熒光假單胞菌定殖位點(diǎn)較好，使之免于被原生生物捕食。

2.基于土壤化學(xué)因素考慮，復(fù)墾植被根系分泌物（碳水化合物、氨基酸、有機(jī)酸等）為巴西固氮螺菌提供良好的生存基礎(chǔ)[3]，微生物通過趨化作用在根際聚集和繁殖反哺植物生長，雷氏普羅威登斯菌促進(jìn)總氮循環(huán)；帕姆酒耐熱梭菌和琥珀酸嗜熱梭菌用于降解纖維素，作為光彩環(huán)科木纖維噴播作業(yè)的補(bǔ)充。

3.基于動植物病原體考慮，采用波茨坦短芽孢桿菌抑制動植物病原真菌；通過類芽孢桿菌生成抗生素、拮抗蛋白、植物激素、絮凝劑等多種活性物質(zhì)。

4.土著微生物經(jīng)馴化后可在土壤中形成健康的群落，土壤原生動物可捕食微生物菌群；固氮螺菌作為土壤中的蛭弧菌和噬菌體寄生體，與根瘤菌協(xié)同作用[4]；固氮螺菌作為促進(jìn)慢生根瘤菌的載體。

5.基于提高有機(jī)肥、牛羊糞肥適用效率考慮，設(shè)計(jì)枯草芽孢桿菌發(fā)酵有機(jī)肥（糞肥），提高植被抗病、抗寒旱能力，改良土壤結(jié)構(gòu)、提高化肥利用率，促使土壤中有機(jī)質(zhì)分解成腐殖質(zhì)，刺激作物生長。門多薩假單胞菌用于降解農(nóng)藥制劑，抑制白音華地區(qū)特有的沙棘蚜及癭壁虱[5]。

3.2 制備

將混合培養(yǎng)的帕姆酒耐熱梭菌，琥珀酸嗜熱梭菌，波茨坦短芽孢桿菌、類芽孢桿菌在50℃靜置混合培養(yǎng)。將枯草芽孢桿菌、門多薩假單胞菌、雷氏普羅威登斯菌、熒光假單胞菌、分別擴(kuò)大培養(yǎng)。將制備的混合菌液與光彩環(huán)科木纖維進(jìn)行吸附后攪拌均勻，測量得知，光彩環(huán)科木纖維作為吸附載體生產(chǎn)復(fù)合微生物菌劑活菌數(shù)量可達(dá)5-6 億個/克。混合制劑添加CaCO3 調(diào)節(jié)發(fā)酵體系pH。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明混合制劑對貧瘠、高鹽堿排土場土質(zhì)有明顯改良作用。經(jīng)過兩年連續(xù)實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目場地基本恢復(fù)了土壤的生產(chǎn)能力，總承包單位通過實(shí)施植物長勢良好。

4 結(jié)論

通過配置微生物制劑，將土壤有機(jī)物含量提高10 倍，完全符合植物生長所需，氮磷含量超出植物所需，因此實(shí)驗(yàn)植物出現(xiàn)過度發(fā)育的現(xiàn)象，對于干旱、風(fēng)、霜等災(zāi)害抵抗性更強(qiáng)。pH值由強(qiáng)堿性土壤，經(jīng)過微生物發(fā)酵控制到合理水平，雖未能達(dá)到中性土壤，但是8.22 的pH 值已經(jīng)有效改善了土壤的板結(jié)問題，并且增加了適合種植的物種種類。