微生物菌肥聯合植物生態修復技術在礦山治理中的應用研究

葉勝蘭 舒曉曉

摘 要：在經濟快速發展、能源消耗日益增多的趨勢下，礦山開采已經成為能量來源的重要途徑。而大面積的開采，將出現嚴重的生態環境破壞問題，因而礦山治理已刻不容緩。其中，微生物菌肥聯合植物生態修復技術不僅實現了礦石的綠色修復，避免二次污染，還有利于增加區域生物多樣性，實現礦區修復后生態可持續發展。

關鍵詞：菌肥;生態修復;礦石治理

中圖分類號 X752? 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）18-0156-02

1 前言

在經濟快速發展、能源消耗日益增多的趨勢下，我國礦山資源的需求量將持續增加，尤其是對工業發展中煤炭資源的不可或缺。據統計，目前我國煤炭儲量約為9.5×1012t，其含量約占全世界煤炭總儲量的11%[1]，且年產量達到13億t以上。我國對煤炭的開采量仍在增加中，由于長期開采引發的植被破壞、土壤污染和當地生態系統受損已成為了嚴重問題[2-3]。針對煤礦開采引發中出現的一些問題，我國許多專家學者都投入到了礦區的土地生態修復及后續保護的相關工作，但由于起始時間較晚，導致現在的一些生態修復技術仍與歐美發達國家存在一定的差距。尤其是陜北地區豐富的煤炭資源與脆弱的生態環境之間的矛盾在近年來的資源開發中愈發凸顯。陜北地區的煤礦區屬于黃土高原和內蒙古高原的一段過渡區域，該地區位于陜北黃土高原和毛烏素沙地南緣的交界處，具有豐富的能源礦產資源。正是其特殊的地質發生條件、地理所處位置、氣候顯著特征及近年來大量的煤礦資源開采，引發了當地嚴重的地質及生態環境問題[4]。而這些問題若得不到及時有效地解決，將進一步加劇當地水資源的破壞、地表塌陷、地裂縫等生態環境的惡化，導致植被的根基不穩，形成土地沙漠化。

2 微生物菌肥聯合植物修復技術研究進展

針對煤礦區長期開采存在的植被破壞、土壤缺水少肥、土壤重金屬污染、生態系統破壞等問題，需要進一步開展煤礦區修復技術的研究。其中，大量采用的化學法將引發土壤的二次污染問題，而更為快捷的物理修復技術需要投入相當高的成本，且整個修復的流程與設備操作都極為復雜。針對這些弊端，采用生物修復技術，不僅達到了綠色、環保的目的，還不會產生二次污染，因而該技術可在污染土壤生態修復領域展現出獨特的應用前景，近年來逐漸成為礦區生態原位修復的首選技術。張琳[5]等研究了不同植物組合對稀土礦場土壤生態修復的效果，芒草樣地土壤有機質和速效鉀含量分別高達對照的3.34倍、4.38倍。各種植樣地土壤及水中重金屬含量總體達標，但錳（Mn）含量偏高，砷（As）和鋁（Al）含量也較高。礦區生態修復主要因素在于植被的重建，尤其是針對開礦過程中產生的土地占用、土地污染等問題[6]。常勃[7]研究指出，施用一定的菌劑可有效提升礦區土壤的基礎養分含量，其中土壤有機質含量增加9.55g/kg，較CK提高16.8%，說明使用菌劑具有提高土壤養分、熟化土壤的作用。李江[8]用生物菌肥對礦區生態修復土壤的微生物群落和功能多樣性進行分析指出，礦區土壤全磷、有效磷、有機質及微生物數量明顯增加。張麗秀[9]研究表明，在苜蓿中接種鐮刀菌可有效分解礦區的高環芳烴，最高降解效率達到15%左右。柏佳[10]等研究表明，伴礦而生的景天具有清除特定土壤（河潮土和紅黃泥）中重金屬Cd的作用，其清除效率最高達26.8%。植物修復技術中不同種類其作用效果具有顯著差異。草本植物生長迅速，極易覆蓋地表，可有效減少水土流失;灌木類植物具有較強的分蘗能力，通過灌木種植能顯著改善煤礦區的土質條件，如提高土壤的保水能力、改善總氮、有效磷、有效鉀等土壤養分[11]。將草本和灌木配合種植，能最大限度地利用水平空間和垂直空間，使形成的植物群落呈現出與自然群落相似的地上成層性與水平鑲嵌性，從而有利于降低土壤中水分的下滲速率，達到保水保肥的目的[12-13]。徐德聰[14]等研究表明，通過種植香根草定植可有效提高表層土壤中總氮和速效磷含量，且隨著種植時間的延長，土壤養分含量增加，尤其是在早期種植香根草的情況下，0～5cm土壤層中總N和速效P的平均值分別是近期種植的4.64倍、22.44倍。

3 植物和微生物菌劑的選擇

在逆境條件下種植具有一定受耐性或累積性的植物，能有效促進土壤系統的生物恢復，部分植物還能減少土壤的重金屬含量，提升土壤質量。微生物修復能很好地改良土壤的物理性質，提升體積質量、通氣度及孔隙度等，土壤微生物與植物分泌物相結合，可改善土壤結構。目前在礦區生態修復過程中，大多采用單一的植物或微生物修復技術，而同時利用2種技術進行聯合修復的研究則相對較少。已有研究表明，香根草是一種適應性強、生物量大、根系發達的草本植物，能抵抗貧瘠、強酸、強堿和金屬污染，能在長期干旱的情況下存活;香根草的根際周圍含有十幾種根瘤菌，這些菌通過與作物互利共生，可分泌出一定改良土壤的物質，從而改善惡劣的環境。沙棘作為一種灌木具有較強的抗逆性能，耐寒、耐旱、耐瘠薄，在礦區修復中得到了大規模種植，以實現植被快速恢復;另外，由于其根瘤菌的存在，固氮能力很強，能為其他植物的生長提供養分，為實現生物多樣性提供了能量基礎，創造適宜生存的環境，是優良的先鋒樹種和混交樹種。

微生物菌劑可有效改善土壤肥力提高植物生長。根菌瘤在生活過程中分泌一些有機氮到土壤中，加之根瘤在植物的生長末期會自行脫落，從而大大提高了土壤的肥力;球毛殼菌可通過分泌次生代謝產物促進植物的生長，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橢圓形泡囊，還將菌絲伸延到土壤中去，從而擴大了吸收面，幫助植物吸收磷、鉀、硫、鈣、鋅、鐵、銅等營養元素及水分，使宿主的產量增加、品質提高。

4 展望

在我國經濟快速發展，能源消耗日益增多的趨勢下，礦產資源的加速開采已然成為趨勢，直接影響著人們的生產生活。而在大面積的開采中，將引發不可估量的后果，包括區域塌陷、水土流失、植被破壞、環境大面積污染和生態系統被破壞等一系列問題。而這都迫切需要更多的關注與實施生態環境修復。這是一段長期而漫長的路程，不僅需要投入大量的人力、物力，還需要不斷更新技術，保障修復后礦山的生態可持續性。因此，今后要全面結合當今社會發展的需要，真正做到可持續發展。

參考文獻

[1]崔益源.基于示蹤氣體測量技術的采空區漏風研究[D].北京：中國礦業大學，2018.

[2]劉孝陽，周偉，白中科，等.平朔礦區露天煤礦排土場復墾類型及微地形對土壤養分的影響[J].水土保持研究，2016，23（3）：6-12.

[3]胡振琪，龍精華，張瑞婭，等.中國東北多層煤老礦區采煤沉陷地損毀特征與復墾規劃[J].農業工程學報，2017，33（5）：238-247.

[4]趙國平，畢銀麗，李瑩，等.陜北沙區煤矸石山適宜的覆沙厚度試驗研究[J].水土保持學報，2016，36（03）：229-337.

[5]張琳.不同植物組合對稀土礦場土壤生態修復的研究[D].廣州：仲愷農業工程學院，2017.

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

[7]常勃.微生物菌劑對礦區復墾土壤生物活性和作物生長的影響[D].太原：山西大學，2013：10-23.

[8]李匯.礦區復星主壤微生物群落和功能多樣性分析機[J].廣東化工，2011，38（7）：18-20.

[9]張麗秀，李巖，李橙，等.鐮刀菌-淀粉-苜蓿對煤礦區污染土壤HMW-PAHs的修復[J].水土保持學報，2017，31（05）：350-355.

[10]柏佳，譚長銀，曹雪瑩，等.種有機酸對伴礦景天修復效率及土壤微生物數量的影響[J].水土保持學報，2020，34（02）：318-324.

[11]呂剛.露天煤礦排土場植被恢復的土壤水文效應研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2017.

[12]王文英，李晉川，盧崇恩，等.礦區廢棄地植被重建技術[J].山西農業科學，2002，30（3）：82-86.

[13]許麗，豐菲，劉瑩，等.煤矸石山植物物種多樣性與土壤化學因子的關系——以靈武礦區生態修復初期為例[J].煤炭科學技術，2020，48（04）：97-104.

[14]徐德聰，詹婧，陳政，等.種植香根草對銅尾礦廢棄地基質化學和生物學性質的影響[J].生態學報，2012，32（18）：5683-5691.

（責編：張宏民）