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)達到相關(guān)要求標準。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?、固化、玻璃化、電動法等可用來改善土地的環(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污染物的降解及強化根際微生物的礦化作用[2]，本案設(shè)計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物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化、利用與調(diào)節(jié)。

2 土壤檢測方法和報告

在礦區(qū)分別進行隨機取樣，每個研究對象進行三個重復(fù)，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(zhì)、有效氮、速效磷、酸堿度及鹽分含量。土壤有機質(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(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 0.4%。就 pH 數(shù)值來說，3 號礦區(qū)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(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)的土壤樣品更加嚴重，幾乎不含有任何水分。

此外，白音華礦區(qū)土壤有機質(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)的土壤有機質(zhì)、氮、磷和鉀等含量也較少。有機質(zhì)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(zhì)的水平。受壓占表層土的有機質(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)墾地的有機質(zhì)水平達到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

3.1 生物復(fù)配制劑的構(gòu)成

根據(jù)當?shù)厍闆r，筆者根據(jù)現(xiàn)場情況及背景環(huán)境設(shè)計了如下試驗，基于光彩環(huán)科微生物制劑的升級和復(fù)配，實現(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(shè)計枯草芽孢桿菌發(fā)酵有機肥（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、分別擴大培養(yǎng)。將制備的混合菌液與光彩環(huán)科木纖維進行吸附后攪拌均勻，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5-6 億個/克?；旌现苿┨砑覥aCO3 調(diào)節(jié)發(fā)酵體系pH。

經(jīng)實驗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)實驗，項目場地基本恢復(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(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。pH值由強堿性土壤，經(jīng)過微生物發(fā)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(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。