白音華露天煤礦微生物土壤修復治理

徐寶繼 賈宏君

摘 要 露天煤礦復墾因土壤貧瘠、板結、鹽堿、有機物含量低等問題，在復墾工作中暴露出許多問題。本文詳釋了內蒙古錫林郭勒盟白音華露天礦微生物修復關鍵技術，利用耐鹽堿菌輔以土壤改良劑，提出生物修復新方案。采用微生物進行選配和擴繁，對環境影響較小，為露天煤礦生物治理提供了支撐，對露天煤礦植被生態恢復的土壤問題進行了新的嘗試。

關鍵詞 礦山復墾 露天煤礦 生物修復

中圖分類號：S154.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0032-02

1 概況

白音華地區冬天氣溫低在-30°C左右，且常伴有5-6 級大風。通過實地的調研，發現白音華露天采礦區域內造地土壤質量貧瘠，土壤結構破壞，肥力水平較低，需經過幾年甚至十幾年的方可熟化。

本報告擬以該礦區為基地，研究該地土地的土壤化學性質狀況，針對該地煤礦區域土壤的問題提出可行性的生物修復方案，為露天煤礦土地生態重建提供基礎數據和建議。并嘗試深入了解微生物在露天煤礦土壤中的持久性、擴散性、活性、功能及其影響因素等生態學特性[1]。

國內外現有土壤修復方法主要包括：物理修復、化學修復和生物修復三種基本方法。

1.1 物理修復

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，從而使土壤品質達到相關要求標準。對于復雜土質情況如重金屬污染、烴類污染等問題，物理修復采用高溫熱解、蒸汽抽提、固化、玻璃化、電動法等可用來改善土地的環境質量。

1.2 化學修復

化學修復通過化學反應實現土壤修復，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。化學修復發展相對成熟、成本低廉。但化學改良劑中的大多數含有一定量的有毒金屬元素。如果應用于復墾，需額外注意對周邊牧群的影響，避免造成經濟與民族糾紛。

1.3 生物修復

生物修復主要是利用微生物菌劑、微生物有機肥改良土壤。相對其他修復方法，生物修復成本最低、對環境影響小、不形成二次污染。復墾作物釋放的各種分泌物或酶類促進污染物的降解及強化根際微生物的礦化作用[2]，本案設計了土著微生物和特效外源微生物的代謝活動，在人為優化的環境條件下加速對土壤有機物質進行轉化、利用與調節。

2 土壤檢測方法和報告

在礦區分別進行隨機取樣，每個研究對象進行三個重復，取平均值，同時采草原原有土壤進行對比實驗，帶回實驗室測定土壤樣品中有機質、有效氮、速效磷、酸堿度及鹽分含量。土壤有機質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測定;土壤鹽分采用殘鹽度計測定。

土壤理化性質檢測結果：

由表 1 可知，在不同煤炭礦區中， 土壤中的含鹽量、pH 和含水量各不相同。詳細來說，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 0.4%。就 pH 數值來說，3號礦區的土壤樣品 pH 高達 9.58，嚴重超出正常土壤的 pH。從上述兩項可以看出，3號礦區的土壤樣品呈現鹽堿化的趨勢。草原原有土壤樣品的含水量在15.3%左右，而2號礦區的土壤樣品含水率極低，在 0.1%，然而 3 號礦區的土壤樣品更加嚴重，幾乎不含有任何水分。

此外，白音華礦區土壤有機質含量低下，草原原有土在5%左右，而礦區恢復土在1%左右。氮、磷和鉀等常規元素也有一定缺失。三號礦區相比草原原有土和二號礦區的土壤有機質、氮、磷和鉀等含量也較少。 有機質缺乏一直被認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質的水平。受壓占表層土的有機質含量約為 0.60%～1.47%以上人工重建的植被群落自穩能力較弱，若沒有外源有機質輸入仍會重新出現退化。半干旱礦區復墾地的有機質水平達到0.89%以上時地表植被群落才能持續、穩定發展，而根據我們檢測見過，三號煤礦區土壤樣品有機質含量低于此水平。

綜上，3號礦區土壤樣品與草原原有土壤樣品和2號土樣樣品來看，品質低下，就我們已經檢測的性質和表觀性征來看3號礦區土壤破壞形勢嚴峻，亟需修復。針對白音華煤礦土壤修復建議根據白音華三號礦區的實地考察、交流和土壤取樣、理化性質的檢測結果，我們針對土壤問題，提出相應的生物治理措施。

3 生物修復構成與試驗

3.1 生物復配制劑的構成

根據當地情況，筆者根據現場情況及背景環境設計了如下試驗，基于光彩環科微生物制劑的升級和復配，實現高寒、高海拔露天煤礦的良好復墾效果：

1. 基于土壤物理結構考慮，如孔隙、水分、溫度等均可影響菌群的定殖。礦區土質孔隙較大，熒光假單胞菌定殖位點較好，使之免于被原生生物捕食。

2. 基于土壤化學因素考慮，復墾植被根系分泌物（碳水化合物、氨基酸、有機酸等）為巴西固氮螺菌提供良好的生存基礎[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總氮循環;帕姆酒耐熱梭菌和琥珀酸嗜熱梭菌用于降解纖維素，作為光彩環科木纖維噴播作業的補充。

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。

4. 土著微生物經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，與根瘤菌協同作用[4];固氮螺菌作為促進慢生根瘤菌的載體。

5. 基于提高有機肥、牛羊糞肥適用效率考慮，設計枯草芽孢桿菌發酵有機肥（糞肥），提高植被抗病、抗寒旱能力，改良土壤結構、提高化肥利用率，促使土壤中有機質分解成腐殖質，刺激作物生長。門多薩假單胞菌用于降解農藥制劑，抑制白音華地區特有的沙棘蚜及癭壁虱[5]。

3.2 制備

將混合培養的帕姆酒耐熱梭菌，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。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、分別擴大培養。將制備的混合菌液與光彩環科木纖維進行吸附后攪拌均勻，測量得知，光彩環科木纖維作為吸附載體生產復合微生物菌劑活菌數量可達5-6 億個/克。混合制劑添加CaCO3調節發酵體系pH。

經實驗證明混合制劑對貧瘠、高鹽堿排土場土質有明顯改良作用。經過兩年連續實驗，項目場地基本恢復了土壤的生產能力，總承包單位通過實施植物長勢良好。

4 結論

通過配置微生物制劑，將土壤有機物含量提高10倍，完全符合植物生長所需，氮磷含量超出植物所需，因此實驗植物出現過度發育的現象，對于干旱、風、霜等災害抵抗性更強。pH值由強堿性土壤，經過微生物發酵控制到合理水平，雖未能達到中性土壤，但是8.22的ph值已經有效改善了土壤的板結問題，并且增加了適合種植的物種種類。

參考文獻：

[1] 安淼，周琪，李暉.土壤污染修復的影響因素[J].土壤與環境，2002，11（04）：397-400.

[2] Ahemad，M.and Kibret，M.Mechanisms and applications of plant growth promoting rhizobacteria： Current perspective. Journal of King Saud UniversityScience，2014，26：1-20.

[3] Amir， H.， Shamsuddin， Z.， Halimi， M.，Ramlan， M. and Marziah， M. （2001）. Effects of Azospirillum inoculation on N2 fixation and growth of oil palm plantlets at nursery stage. Journal of Oil Palm Research，2001，13：42-49.

[4] Antoun， H. and Prévost， D. （2006）.Ecology of plant growth promoting rhizobacteria. PGPR： Biocontrol and biofertilization，ed.^eds.），Springer，2006（01）：1-38.

[5] 陳孝達.沙棘主要病蟲害及防治[J]沙棘，2006，19（02）：45-46.

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