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            矿山生态修复中的土壤改良方式——生物改良

              一、植物改良
              植物具有独特的功能,可与微生物协同作用,从而发挥更大的效能。主要包括利用植物固定或修复重金属污染土壤、利用植物净化水体和空气、利用植物清除土壤基质里面的有机污染物等。植物对土壤改良从原理上考虑可以分为植物提取、植物挥发、植物过滤、植物钝化等。植物提取是目前研究最多并且最有发展前景的一种方法。已经发现400多种植物能超量富集重金属。聂汉平等用盆栽试验发现,香根草对Pb、Zn的吸收量比百喜草高,而百喜草对Cu的吸收量比香根草高。束文胜等通过调查,首次报道鸭跖草是Cu的超富集植物,综合植物分布区土壤中的Cu含量和植物体的Cu含量,认为铜绿山海洲香薷、鸭跖草、蝇子草、头花蓼、滨蒿种群都可用于富Cu土壤如矿业废弃地的植被重建,而超富集植物鸭跖草可用于Cu污染土壤的植物修复。基因工程是获得超量积累植物的新方法,有必要利用转基因技术等来培育植物新品种。
              种植具有受耐性或积累能力的树种,可以促进土壤系统的生物恢复或减少土壤的重金属含量。具有超积累能力的植物一般生活在含金属的土壤中,在组织中含有高浓度重金属的时候依然可以存活。在毒性较低的废弃地中,生物固氮的利用价值也越来越高。豆科植物能够与根瘤菌形成固氮根瘤,从而将土壤中的氮气转化为氨固定下来,因此,寄主植物和根瘤菌的生长状况、固氮效率及最终形成根瘤菌—寄主共生协同关系的能力都非常重要。除了一些豆科植物外,还有一些木本植物,如槐树等都可以对矿区废弃地的基质改良有一定的帮助。目前中国大约共有 44 种非豆科固氮树种,包括沙棘、杨梅、马桑植物等。

              此外,各种废弃地影响植物定居的因素复杂多变,各种改良物质有其独特的性质和作用,这就要求具体工作需慎重,在大规模的野外工作之前,必须对基质作详尽的理化分析和室内模拟基质改良实验。

              二、微生物改良技术
              微生物修复是指利用微生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化,从而使受污染的土壤环境能够部分或完全地恢复到原始状态的过程。微生物在增加植物的营养吸收、改进土壤结构、降低重金属毒性及对不良环境的抵抗等方面具有不可低估的作用。因此,微生物在植被恢复与重建中的作用受到越来越多的重视。
              微生物改良技术是利用微生物的接种优势,对复垦区土壤进行综合治理与改良的一项生物技术措施。借助向新建植的植物接种微生物,在改善植物营养条件、促进植物生长发育的同时,利用植物根际微生物的生命活动,使失去微生物活性的复垦区土壤重新建立和恢复土壤微生物体系,增加土壤生物活性,加速复垦地土壤的基质改良,加速自然土壤向农业土壤的转化过程,使生土熟化,提高土壤肥力,从而缩短复垦周期。微生物复垦技术在国外复垦中有较快的发展,特别是微生物肥料己在复垦土壤培肥中得到工业化应用。微生物的接种可以考虑选择抗污染的细菌,许多细菌具有抗污染的特性,因此在污染区接种抗污染菌是一种去除污染物的有效方法。这些细菌有的能把污染物质作为自己的营养物质,把污染物质分解成无污染物质,或者是把高毒物质转化为低毒物质。
              如在铁污染的土壤中可以接种铁氧化菌,不仅效果好,而且比传统的方法节约费用;在汞污染的河泥中,存在的一些抗汞微生物,能把甲基汞还原成元素汞,降低了汞的毒害。还可以接种营养微生物:废弃地的植物营养物质非常贫瘠,接种能提供营养的微生物对废弃地的生态恢复无疑是有很大的促进作用。有的微生物不仅能去除污染物,而且还能为群落的其他个体提供有利的条件。研究表明,在铅锌矿尾砂库的生态恢复中,把根瘤菌接种到银合欢等豆科植物的根部,能促进根瘤的形成,进而促进地上部分的生长,植株健壮。在有钼污染的地区接种菌根不仅有利于植物对磷的吸收,而且还有利于对钼的吸收,降低钼的污染。

              三、土壤动物改良
              土壤动物在改良土壤结构、增加土壤肥力和分解枯枝落叶层促进营养物质的循环等方面有着重要的作用。作为生态系统不可缺少的成分,土壤动物扮演着消费者和分解者的重要角色,因此,在废弃地生态恢复中若能引进一些有益的土壤动物,将能使重建的系统功能更加完善,加快生态恢复的进程。如蚯蚓是世界上最有益的土壤动物之一,蚯蚓在改良土壤结构和肥力方面有重要作用。在矿山生态恢复方面率先将蚯蚓引入到煤矿山的土壤复垦中,不仅能改良废弃地的土壤理化性质,增加土壤的通气和保水能力,同时又富集其中的重金属,减少了重金属的污染,达到了矿山废弃地生态恢复持续利用的目的。戈峰等探讨蚯蚓对铜离子富集区植物生长影响时发现:铜矿尾砂土和复垦土中加入蚯蚓和蚓粪后,西红柿的茎长、根长和干重均明显高于对照。


              在现有的土壤重金属污染治理技术中,生物恢复技术被认为是最有生命力的。
              矿山废弃地的生态恢复是当今世界关注的重要问题之一,基质改良又是进行生态恢复的关键。经过近几十年的研究与实践,国内外在矿山废弃地的土壤基质改良方面的研究有了突破性的进展。但由于矿区废弃物构成的多样性、局部立地条件的差异性、地带性差异、恢复利用目标的不同,致使土壤基质改良更为复杂,存在着一些迫切解决的问题。
              根据矿业废弃地土壤基质针对恢复利用的限制性因子划分为不同的类型,并在此基础上研究不同类型矿山废弃地的土壤基质改良适宜的方式方法,这是矿山废弃地复垦和生态恢复的关键问题。土壤改良方法的选用,应该遵循因地制宜、就地取材的原则,结合以往的研究成果,借鉴国际矿区土地复垦和生态修复的成功经验,研究废弃物土壤化演化的自然规律和机理。通过有效利用土壤、土壤母质和煤矸石、粉煤灰、矿渣、低品位矿石等煤矿废弃物进行土壤化发育机理研究,实现人工辅助的土壤化演化。

              本文选自《矿山生态植被恢复技术》,由快三网投平台董事长赵方莹、孙保平主持编著。

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