关于微生物促进煤矸石复垦利用研究现状与展望研究

关于微生物促进煤矸石复垦利用研究现状与展望研究

孔晓俊 ,麻杰

山西省生物研究院有限公司  山西省太原市 030006

摘要：煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，是重要的矿山废弃物之一，其不仅含有丰富的营养物质，同时还具有一定的污染和危害性。随着煤矸石填埋和土地复垦技术的发展，煤矸石在农业、工业、交通、建筑等领域得到了广泛的应用，但煤矸石中含有大量的重金属离子，对土壤造成了严重污染。因此，开展煤矸石复垦利用研究对修复生态环境具有重要意义。

关键词：煤矸石；微生物；复垦利用；展望

随着经济的发展，人们对生态环境的重视程度越来越高，利用微生物来促进煤矸石复垦利用成为解决这一问题的一个重要手段，通过微生物技术可使煤矸石得到有效的利用，修复生态环境，对促进我国煤炭行业可持续发展具有重要意义。

一、微生物促进煤矸石复垦利用的研究现状

（一）提高土壤肥力

土壤肥力是影响煤矸石复垦利用的重要因素之一，因此，研究人员对煤矸石复垦后土壤肥力的变化进行了研究。目前，对煤矸石复垦后土壤肥力的研究多集中于土壤养分含量变化、土壤肥力的提高、土壤微生物群落组成及其功能方面。为了对煤矸石复垦后的土壤肥力进行研究，研究人员将煤矸石与紫花苜蓿、玉米进行混合种植，结果表明：在不同的种植模式下，添加不同种类的微生物对于提高煤矸石复垦后土壤肥力效果明显。

（二）促进植物生长

植物生长离不开土壤，土壤中存在多种微生物，这些微生物可与植物形成共生关系，将其视为新的养分来源。研究发现，在煤矸石表面的微生物可以与植物形成共生关系，例如以植物根际为代表的植物根际微生物通过分泌大量的有机酸、酶等物质，从而为植物生长提供必要的营养和生长因子。这类研究还发现，煤矸石表面存在大量的细菌，这些细菌与煤矸石上的其他微生物相互配合、相互促进，促进了植物生长。例如在研究中发现，在煤矸石表面存在大量的固氮菌、解磷细菌等，这些固氮菌可以将土壤中的氮素转化为植物可利用的形式；同时还能将磷转化为植物可吸收利用的形式。

（三）改良土壤环境

一是改良土壤环境。在煤矸石复垦过程中，利用微生物可以改善土壤的结构，通过对土壤水分和养分的吸收，将煤矸石中的有机物质转化成可溶性的有机碳，并提高了植物的营养吸收能力。在一些煤矸石复垦中，可以利用微生物来提高土壤养分和水分，促进植物生长。二是微生物治理污染土壤。在煤矸石复垦过程中，利用微生物治理污染土壤可以减少化肥和农药的使用量，改善土壤结构和提高土壤肥力，利用微生物治理污染土壤对改善环境也具有重要意义。近年来，微生物修复技术越来越多地应用于修复污染土地中，可通过对植物根系、根际等部位进行接种来恢复被破坏的生态环境。

（四）抑制有害微生物的生长

煤矸石中的有害微生物可以通过吸附、渗透、竞争等多种方式阻碍植物对矿质元素的吸收，从而导致植物生长受到抑制。如煤矸石中的真菌能够对土壤中的有机质进行分解，进而导致土壤养分的减少，植物生长受阻；真菌会释放出一定的毒素，当其数量过多时，也会对植物产生危害。此外，在煤矸石复垦中，由于受土地结构、气候条件等因素影响，土壤中会存在大量的有害微生物，这也是阻碍煤矸石复垦工作开展的重要因素之一。因此，在煤矸石复垦过程中，需采取有效措施抑制有害微生物生长，如采用添加化学试剂、化学农药等措施进行治理。

二、微生物促进煤矸石复垦利用的展望

（一）研发高效复合菌剂

尽管微生物菌剂的使用为煤矸石的复垦利用带来了很大的帮助，但是如何实现煤矸石复垦利用过程中对微生物的高效利用，如何更好地提高煤矸石复垦利用的质量，还有许多问题需要解决。如：煤矸石中含有大量的矿物质和重金属，如果在对煤矸石进行复垦的过程中，加入了大量的微生物菌剂，很可能会造成土壤中重金属超标。如果菌剂在使用过程中没有能够很好地与煤矸石进行融合，那么很可能会造成菌剂无法发挥出自身的作用。在使用微生物菌剂时，由于受到环境条件和温度等因素的影响，会出现菌种活性不强或者是菌株死亡等情况。

（二）优化菌种的筛选

微生物促进煤矸石复垦利用是一个长期的过程，需要在研究中不断的优化筛选菌种，从而达到改善煤矸石土壤环境、提高土壤肥力的效果。首先，菌种的选择。目前我国的微生物促进煤矸石复垦利用主要是针对一些特定微生物进行研究，其生长、繁殖及生理特性并不是很清楚，因此需要结合我国环境条件和实际需求来开展筛选工作。但是在进行菌种筛选时，需要尽量避免盲目的使用外来菌株，尤其是在使用外来菌株时，要对其进行深入的研究和了解。其次，菌种的优化。在菌种的优化过程中要着重关注两个方面：第一是要保证菌种对煤矸石环境有一定的适应性；第二是要保证菌株能够在煤矸石环境中良好地繁殖。

（三）加强功能菌在煤矸石中的定殖能力

目前，虽然功能菌在煤矸石复垦中的应用研究较为广泛，但功能菌在煤矸石中的定殖能力还有待加强，有学者提出了“功能菌与基质同步生长”的理论，认为功能菌的定殖能力与基质中相关养分、 pH等环境因子密切相关。另外，有研究表明，不同的功能菌在不同基质中定殖能力有明显差异，比如在中性条件下，以芽孢杆菌定殖能力最强；而在碱性条件下，以地衣芽孢杆菌定殖能力最强；而在酸性条件下，以芽孢杆菌、青霉和毛壳菌的定殖能力最强。因此，要加强功能菌在煤矸石中的定殖能力，可通过适当地改变培养基质的 pH值、添加一定量的氮源等方式来增强其定殖能力。

（四）建立煤矸石微生物复合生态系统

由于煤矸石中含有多种复杂的矿物成分和多种土壤环境因子，且煤矸石中含有丰富的碳氮磷等营养元素，所以单一的微生物不能满足煤矸石的生态修复需求，所以建立起以微生物为主，土壤为基础，植物为依托，建立起复合生态系统是未来研究的重要方向。如对不同功能微生物复合生态系统进行研究，如植物共生固氮作用、微生物分泌酶作用、土壤碳氮循环过程、土壤氮素循环过程等；对煤矸石复合生态系统进行研究，如煤矸石基质和植物根系的相互作用对微生物生长和代谢影响等；对不同煤矸石复合生态系统进行研究，如不同基质土壤对微生物生长和代谢影响等。

三、结论

通过对煤矸石中微生物种类及数量、优势菌种的筛选、土壤理化性质的改善和微生物-植物系统对重金属的吸附机制研究等方面进行深入研究，以期为煤矸石的生物复垦提供理论依据和技术支持，同时为土壤生态环境的修复和治理提供新思路和新方法，促进煤矸石资源的合理利用。为了更好地实现煤矸石的生物复垦，必须充分了解和掌握煤矸石中微生物群落的结构特征、功能及生物地球化学循环过程，结合土壤环境条件、植物生理生态学特性等，全面了解其生物地球化学过程，同时结合其他学科相关知识，进行煤矸石微生物促复垦技术研究。

参考文献

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