微生物菌肥聯(lián)合植物生態(tài)修復技術(shù)在礦山治理中的應用研究

葉勝蘭 舒曉曉

摘 要：在經(jīng)濟快速發(fā)展、能源消耗日益增多的趨勢下，礦山開采已經(jīng)成為能量來源的重要途徑。而大面積的開采，將出現(xiàn)嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞問題，因而礦山治理已刻不容緩。其中，微生物菌肥聯(lián)合植物生態(tài)修復技術(shù)不僅實現(xiàn)了礦石的綠色修復，避免二次污染，還有利于增加區(qū)域生物多樣性，實現(xiàn)礦區(qū)修復后生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：菌肥;生態(tài)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(jīng)濟快速發(fā)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(xù)增加，尤其是對工業(yè)發(fā)展中煤炭資源的不可或缺。據(jù)統(tǒng)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(chǎn)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(fā)的植被破壞、土壤污染和當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)受損已成為了嚴重問題[2-3]。針對煤礦開采引發(fā)中出現(xiàn)的一些問題，我國許多專家學者都投入到了礦區(qū)的土地生態(tài)修復及后續(xù)保護的相關(guān)工作，但由于起始時間較晚，導致現(xiàn)在的一些生態(tài)修復技術(shù)仍與歐美發(fā)達國家存在一定的差距。尤其是陜北地區(qū)豐富的煤炭資源與脆弱的生態(tài)環(huán)境之間的矛盾在近年來的資源開發(fā)中愈發(fā)凸顯。陜北地區(qū)的煤礦區(qū)屬于黃土高原和內(nèi)蒙古高原的一段過渡區(qū)域，該地區(qū)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(chǎn)資源。正是其特殊的地質(zhì)發(fā)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(fā)了當?shù)貒乐氐牡刭|(zhì)及生態(tài)環(huán)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?shù)厮Y源的破壞、地表塌陷、地裂縫等生態(tài)環(huán)境的惡化，導致植被的根基不穩(wěn)，形成土地沙漠化。

2 微生物菌肥聯(lián)合植物修復技術(shù)研究進展

針對煤礦區(qū)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(tài)系統(tǒng)破壞等問題，需要進一步開展煤礦區(qū)修復技術(shù)的研究。其中，大量采用的化學法將引發(fā)土壤的二次污染問題，而更為快捷的物理修復技術(shù)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(shù)，不僅達到了綠色、環(huán)保的目的，還不會產(chǎn)生二次污染，因而該技術(shù)可在污染土壤生態(tài)修復領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的應用前景，近年來逐漸成為礦區(qū)生態(tài)原位修復的首選技術(shù)。張琳[5]等研究了不同植物組合對稀土礦場土壤生態(tài)修復的效果，芒草樣地土壤有機質(zhì)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(qū)生態(tài)修復主要因素在于植被的重建，尤其是針對開礦過程中產(chǎn)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(qū)土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分含量，其中土壤有機質(zhì)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(yǎng)分、熟化土壤的作用。李江[8]用生物菌肥對礦區(qū)生態(tài)修復土壤的微生物群落和功能多樣性進行分析指出，礦區(qū)土壤全磷、有效磷、有機質(zhì)及微生物數(shù)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(qū)的高環(huán)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(shù)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(qū)的土質(zhì)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(yǎng)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(xiàn)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(yǎng)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(tǒng)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(zhì)量。微生物修復能很好地改良土壤的物理性質(zhì)，提升體積質(zhì)量、通氣度及孔隙度等，土壤微生物與植物分泌物相結(jié)合，可改善土壤結(jié)構(gòu)。目前在礦區(qū)生態(tài)修復過程中，大多采用單一的植物或微生物修復技術(shù)，而同時利用2種技術(shù)進行聯(lián)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(fā)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(zhì)，從而改善惡劣的環(huán)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(qū)修復中得到了大規(guī)模種植，以實現(xiàn)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(yǎng)分，為實現(xiàn)生物多樣性提供了能量基礎(chǔ)，創(chuàng)造適宜生存的環(huán)境，是優(yōu)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(chǎn)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(yǎng)元素及水分，使宿主的產(chǎn)量增加、品質(zhì)提高。

4 展望

在我國經(jīng)濟快速發(fā)展，能源消耗日益增多的趨勢下，礦產(chǎn)資源的加速開采已然成為趨勢，直接影響著人們的生產(chǎn)生活。而在大面積的開采中，將引發(fā)不可估量的后果，包括區(qū)域塌陷、水土流失、植被破壞、環(huán)境大面積污染和生態(tài)系統(tǒng)被破壞等一系列問題。而這都迫切需要更多的關(guān)注與實施生態(tài)環(huán)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(shù)，保障修復后礦山的生態(tài)可持續(xù)性。因此，今后要全面結(jié)合當今社會發(fā)展的需要，真正做到可持續(xù)發(fā)展。

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（責編：張宏民）