植物与微生物修复技术

自然修复在生态、水土保持等领域有大量的研究，它是指靠自然力量（营力）修复的一种过程或方法。自然营力是指自然界存在的雨、风、重力及冻融等自然界本身存在的各种生物、化学和物理等作用，如气候的变化、土壤天然种子库和种子的自然传播、土壤和植物的各种自然特性和生物化学及物理作用。

以生态系统作为研究对象，系统内部因素的作用就是自然修复（自修复），外部人工力量修复生态系统就是人工修复。人工修复和自然修复都是对已经损毁的生态环境采取的积极的修复措施。人工修复与自然修复相辅相成，要因地制宜，宜自然修复则自然修复，宜人工修复则人工修复，有主有次，主次结合。同时，自然修复是一种最高境界，即使人工修复，实现生态系统的自我维持能力才是最终目的。

在这种层面上考虑修复技术，目前已衍生出较新的修复方法，它们直接通过动植物、微生物进行矿区修复，在修复“材料”选取上与直接替换土壤、大量施肥等方法产生了区别。

（一）植物修复

植物修复是通过植物对土壤、空气等生态修复对象的修复作用来实现修复的手段。矿区废弃地的植物修复效益与恢复植物的选择密切相关，恢复植物的选择不仅要适应当地的地质、水文、土壤类型等自然条件，还要考虑因开采造成的具体污染情况，因地制宜选取植，才能对当地土壤起到较好的改良效果，生态演替效果良好。因此，矿区废弃地土壤植物修复成功的关键在于恢复植物的选择与合理的配置模式。通常情况下，使用较多的生物物种，特别是将乔、灌、草、藤多层次配置结合起来进行植被恢复，建立起的植物群落的稳定性和可持续性均比单物种或少物种的效果好得多（毕银丽，2017）。

1.常用植物种类

恢复植物的选择要适应当地的地质、水文、土壤类型等，还要考虑因开采造成的具体情况，因地制宜选取植物，对当地土壤起到较好的改良，并能进行生态演替，不同植物产生的恢复效益存在差异。

豆科植物：有较强固Ｎ能力，改善土壤肥力，克服干旱胁迫，常用作先锋植物。

盐生植物：能降低废弃地土壤盐碱的浓度，富集金属元素。

外来植物：生长迅速，生物量大，能在相应的矿区废弃地成功定居，但要预防生态入侵。

乡土植物：能更好地适应当地气候环境，在较为恶劣的生境以及简单粗放的管理条件下仍能表现出植物的生物学特性，但是生长缓慢。

耐性草本植物：覆盖率高，对根际土壤的改良效益较好，缺点在于植物单株生物量较小，恢复改良效益的时间较长。

2.植物挑选准则

现有的植物修复措施需要考虑众多因素，如植物抗逆性、生态适应性、植物多样性、先锋植物持续稳定性、乡土植物与外来植物相结合、场地的分区以及功能合理性的原则等。首先，植物需要有足够的抗逆性，只有具有一定抗逆性的植物才具有较强的生命力，在后期无人养护的条件下才能够实现自我维持。

其次，植物需要能够形成稳定的目标植物群落，达到植被恢复、生态修复的目的，其对于整个目标生态系统需要具有生态适应性，它不能是孤立于整个目标生态系统的植物类型。同时，挑选植被需要更多样。

（二）微生物修复

微生物修复技术是矿区土壤管理与改良的重要生物技术。利用微生物群落的优势，可以促进植物生长和植被覆盖，减少或避免土壤侵蚀，从而达到生态恢复的目的。微生物修复技术可以利用植物根际微生物的生命活动来改善植物营养条件，并同时促进植物生长和发育。随着植物修复和微生物修复的发展，矿区土壤的渗透性显著提高，其改善的土壤调节和地表径流转化能力，可以防止土壤侵蚀，改善河流水文条件。微生物在有机物质的分解、合成和转化，无机物质的氧化和还原过程中起着重要作用。它们是土壤生态系统代谢的重要驱动力，可以提高土壤肥力，使生土熟化，缩短复垦周期。

菌根技术是微生物复垦技术的一种应用，可以改善生态系统的多样性，促进矿区极端条件下植被的恢复，促进矿区环境的良性循环，形成互利共生的微生物，改善生态系统的多样性，加快二次生育的速度生态系统的演替，减轻根系对植物生长的影响，并施肥土壤，促进植物矿质营养。对矿区生态恢复和土地复垦吸收利用促进生态系统功能的改善具有重要的现实意义。其中，丛枝菌根真菌（AMF）是最常用也是土壤重要的微生物之一，能与80％以上的陆生植物形成互惠共生关系，提高矿区生态系统的多样性，促进生态系统功能的稳定与提高，在矿区复垦过程中得到广泛的应用。我们在此主要谈论最常用的丛枝菌根真菌修复。

1.丛枝菌根真菌帮助根系吸收

丛枝菌根真菌的菌丝非常纤细，其直径为2~7微米，可穿透土壤中有机物的颗粒间隙，吸收到根系所不能吸收到的养分与水分。其分枝伸长能力较强，增加了植物对营养的吸收范围和面积。

同时，磷在菌丝里移动的速度为在植物体内运输速率的10倍，保证将在根外吸收的磷等营养元素及时运输给植物。菌丝对磷的亲和力较高，可减少磷解吸的临界浓度，且丛枝菌根真菌释放有机酸和磷酸酶可促进土壤磷释放。

2.丛枝菌根真菌生成球囊霉素

丛枝菌根真菌能够产生一种被称为球囊霉素相关土壤蛋白的含有金属离子的专性糖蛋白，可产生于根内菌丝和伸展在根围土壤中的根外菌丝表面，在土壤生态系统中含量不低。球囊霉素可增加土壤有机碳库，增强土壤团聚体的稳定性，改善土壤结构与质量。球囊霉素一方面通过自身特点将土壤颗粒黏结在一起，达到增加土壤团聚体的目的；另一方面可间接改善土壤微环境，增加土壤中有益微生物的含量，实现退化土壤的改良。球囊霉素是丛枝菌根真菌对其寄主植物生长环境的调整和适应，是微生物活动的一种积极应答机制，已证实土壤中球囊霉素量与土壤凝结稳定性、土壤含水性呈正相关。接种丛枝菌根真菌有利于土壤水分的保持与高效运输，提高水分的利用率，有利于缓解干旱对作物生长的影响。采煤沉陷区土壤结构被扰动，丛枝菌根真菌如何改善土壤结构，协调水肥供应，也是生态修复需要深入探讨的问题之一。