生物修復(fù)技術(shù)在矸石山復(fù)墾中的應(yīng)用

孫朋成 黃占斌 馬寧

摘要：矸石山成份復(fù)雜，環(huán)境和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)極大，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題，對(duì)矸石山進(jìn)行綜合整治已經(jīng)刻不容緩。生物技術(shù)費(fèi)效比高，且無(wú)二次污染，在矸石山復(fù)墾中備受關(guān)注。本文探討了生物修復(fù)技術(shù)在矸石山復(fù)墾中的應(yīng)用研究動(dòng)態(tài)，矸石山復(fù)墾的限制因子、生物修復(fù)的概念與機(jī)理、生物修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)與分類(lèi)、存在的問(wèn)題與展望。

關(guān)鍵詞：矸石山土壤復(fù)墾生物修復(fù)

煤矸石是我國(guó)煤礦區(qū)最主要的固體廢棄物，占據(jù)大量土地［1］。統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)煤矸石山約有1，500座，占地面積超過(guò)1.33萬(wàn)hm2，每年新增占地300—400hm2［2］。矸石山不但污染環(huán)境，而且容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害［3］，對(duì)居民財(cái)產(chǎn)與生命安全構(gòu)成極大威脅。重建和恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，是矸石山復(fù)墾的關(guān)鍵［4］。矸石山植被立地條件較差［5］，運(yùn)用生物技術(shù)治理矸石山，不僅費(fèi)用低，而且具有可觀的經(jīng)濟(jì)，社會(huì)和生態(tài)效益。本文對(duì)生物修復(fù)技術(shù)在矸石山復(fù)墾中的應(yīng)用研究動(dòng)態(tài)，矸石山復(fù)墾的限制因子，矸石山生物修復(fù)的概念與機(jī)理、技術(shù)特點(diǎn)與分類(lèi)、存在的問(wèn)題與展望等進(jìn)行了探討。

1.矸石山復(fù)墾的限制因子

矸石山風(fēng)化層熟化程度是復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵。其限制因子包括風(fēng)化層厚度，表層風(fēng)化物的水分狀況、養(yǎng)分狀況、鹽分、pH、溫度、重金屬含量等［6］。風(fēng)化層厚度是影響表層矸石風(fēng)化物質(zhì)地、孔隙、水分等的決定性因素。風(fēng)化層薄、孔隙多、持水性差，水分往往是矸石山植物生長(zhǎng)的主要限制因子。風(fēng)化層養(yǎng)分缺乏，N、P、K和有機(jī)質(zhì)含量極低是復(fù)墾失敗的重要原因。風(fēng)化層往往呈堿性，局部呈酸性，不利于植物的生存。風(fēng)化層含鹽量極高，在局部半干旱地區(qū)水溶性總鹽量達(dá)到1.2g/kg以上，極大限制了植物的生存。矸石山溫度極高，夏日局部可達(dá)50度以上，灼傷植物根系，導(dǎo)致植物死亡。土壤重金屬含量較高，使很多植物無(wú)法存活。另外，風(fēng)化層土壤動(dòng)物和微生物極少，無(wú)法完成土壤熟化的自然演替過(guò)程。

2.矸石山生物修復(fù)的概念與機(jī)理

概念：利用矸石山土壤中原有的或引入的功能生物體，包括植物、動(dòng)物和微生物，單獨(dú)地或聯(lián)合地吸收、降解或轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì)，并恢復(fù)土壤功能的過(guò)程或技術(shù)。

機(jī)理：利用植物、動(dòng)物和微生物等修復(fù)技術(shù)轉(zhuǎn)移、吸收、降解或轉(zhuǎn)化矸石山場(chǎng)地中的污染物，或阻斷污染物對(duì)受體的暴露途徑，使污染物穩(wěn)定化、低毒化或無(wú)害化，使污染物對(duì)暴露人群的健康風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受水平，從而恢復(fù)污染矸石山土壤使用功能，保證開(kāi)發(fā)利用的安全性。

3.矸石生物修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)與分類(lèi)

特點(diǎn)：矸石山生物修復(fù)可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，減少了人體直接接觸污染物的機(jī)會(huì)；常以原位方式進(jìn)行，對(duì)污染位點(diǎn)的干擾或破壞達(dá)到最??；可永久性地消除污染物，無(wú)二次污染隱患；降解過(guò)程迅速，費(fèi)用低，只是傳統(tǒng)物理、化學(xué)修復(fù)費(fèi)用的30％—50％；可與其他處理技術(shù)結(jié)合使用，處理復(fù)合污染。

分類(lèi)：按照處理地點(diǎn)可分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)。按照應(yīng)用生物種類(lèi)分為植物、動(dòng)物和微生物修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，包括植物提取，植物揮發(fā)，植物過(guò)濾和植物鈍化。根據(jù)污染物種類(lèi)，分為有機(jī)污染、重金屬污染和放射性污染修復(fù)技術(shù)。

4.生物修復(fù)技術(shù)在矸石山復(fù)墾中的應(yīng)用研究動(dòng)態(tài)

趙廣東等［7］發(fā)現(xiàn)植物措施配合生物肥料，菌劑和保水劑能明顯提高煤矸石山肥力。魏忠義等［8］發(fā)現(xiàn)林灌種植改善了矸石山保水特性和表層風(fēng)化物的酸度，提高了表層風(fēng)化深度和風(fēng)化物顆粒組成。王麗艷等［9］證實(shí)種植植被可使矸石山土壤容重，土壤持水量和孔隙度明顯改善。胡振琪［10］認(rèn)為采取適當(dāng)?shù)呐渫梁团浞始夹g(shù)可以極大提高矸石山綠化植物成活率。馮鳳玲等［11］研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓能提高植物生物量和土壤重金屬生物有效性。李建華［12］研究表明雙接種VA菌根真菌和根瘤菌能顯著提高三葉草的根瘤數(shù)量、鮮重和固氮酶的活性。

RobertR.D.等［13］研究認(rèn)為至少積累750kg/hm2的包括煤矸石在內(nèi)的煤礦廢棄物，才能保證在上面正常生長(zhǎng)的植物不依賴(lài)外部氮源供給。Heribert［14］研究發(fā)現(xiàn)土壤熟化的關(guān)鍵是快速改善和增加土壤的生物活性。PeterS.［15］研究表明向紫砂頁(yè)巖土壤中添加氮磷鉀肥料和秸稈還田，可以極大增加土壤肥力，提高土壤的熟化速度。

5.問(wèn)題與展望

問(wèn)題：?jiǎn)为?dú)使用生物方法，效率較低，交叉學(xué)科技術(shù)引入較少；能修復(fù)多種污染物或適合多種污染環(huán)境的土壤改良材料或生物研究不足；植物根系與根際礦物質(zhì)及其他污染物的作用機(jī)制不明確；異域引入復(fù)墾先鋒植物，可能對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)災(zāi)難；經(jīng)濟(jì)效益不明顯，社會(huì)資金傾斜度不高。

展望：增強(qiáng)學(xué)科交叉技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用；加強(qiáng)微生物、植物、動(dòng)物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在矸石山生態(tài)復(fù)墾中的應(yīng)用研究；加快矸石山土壤改良生理生化及分子生物學(xué)機(jī)制研究；加快目標(biāo)植物篩選和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立；發(fā)展適合大規(guī)模應(yīng)用的低成本的矸石山生物修復(fù)技術(shù)；加強(qiáng)矸石山生態(tài)復(fù)墾環(huán)境安全性評(píng)價(jià)研究。

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