微生物在矿区土地复垦中的作用

1、 微生物在矿区土地复垦中的作用摘要：矿区废弃地复垦在我国已成为一项基本政策，土地复垦政策、法规日臻完善，矿业的持续发展开始受到复垦工程进度和效果的制约。因此，有效复垦技术和复垦后评价指标的重要性日益增强，本文归纳了微生物技术在土地复垦中这两方面的应用。微生物是土壤生态圈中的重要组成部分。应用现代微生物工艺技术加速新覆盖土的改良与熟化是国内外矿山复垦研究的新热点之一；本文对微生物，特别是丛枝菌根应用于矿区复垦的技术应用和国内外研究现状进行了总结、分析和展望。此外，通过分析微生物在土壤中的生长状况，还可以对矿区土地复垦的质量进行评价。研究微生物在土地复垦中的应用，对拓宽我国科学复垦技术研究领域、提

2、高土地复垦率具有重要意义。关键词：土地复垦、丛枝菌根、微生物、质量评价Abstract：Currently，thereclamationofabandonedminelandhasbecomeabasicpolicyinChina.Landreclamationpoliciesandregulationsisimprovingdaily,thesustainabledevelopmentofminingisconstrainedbytheprogressandeffectivenessofreclamationproject.Therefore,effectivereclamationtech

3、nologiesandevaluationafterreclamationbecomemoreandmoreimportant.Thisarticlesummarizestheapplicationofthemicrobialtechnologyinlandreclamationinthesetwoareas.Soilmicrobialisanimportantpartofsoilecosystem.Inforeigncountriesoneofthenewtopicsinmineandreclamationwashowtoapplymodemmicroorganismtechnologyso

4、astoacceleratetheprocessofmodifyingandfertilizingofnewlycoveredlayerByanalyzingmainlythepresentsituationofmicroberestorationtechnologyresearchinChinaandoversea，stheauthorsforecastedtheprospectofapplicationofarbuscularmycorrhizalsinecologicalrestorationofareasaffectedbymininginChinaInaddition,byanaly

5、zingthegrowthofmicroorganismsinthesoilwecanevaluatethequalityofthelandreclamation.Miningactivitieshadseveredeleteriouseffectsonplantsandthesoilmicrobialcommunitythatwouldbeamelioratedwithadditionalamendmentsinordertoachievesuccessfulre-vegetationArbuscularmycorrhizalwerethemostcommonundergroundsymbi

6、osisTheywereformedintherootsofwidevarietyofhostplantsArbuscularmycorrhizal(AM)fungicouldenhanceplantnutrition，growthanddiseaseresistanceItwouldbeofgreatsignificanttospeeduptheapplicationandresearchofVAmycorrhizalfungitechnologyusedinlandreclamationKeywords：arbuscularmycorrhizal；microberestoration；so

7、il；mine1概述我国人均耕地、人均林地和人均草地的占有水平，分别相当于世界占有水平的1/3、l/7和1/3,沃土较缺。所以，为矿山复垦地覆盖的新耕层，往往只能是利用“生土”。其中，有些是利用剥离物，它们在采矿活动中曾遭受机械挖掘和搬运的破坏；有些是利用从深层挖出的、风化程度不够的土壤。这些未经人为熟化过的土壤统称为“生土”，其物理、化学和生物活性差，即使有少量表土存在，也因为土壤结构被严重破坏，生物、微生物生长环境恶化，或是随同寄主植物的大量被砍伐，真菌的菌丝网被打断，导致孢子繁殖体数目急剧减少。可以说，采矿作业的各项活动从根本上破坏了土壤中生物与微生物的繁殖与成活能力，这是复垦地新耕层土

8、壤质地差的重要原因之一。土地复垦是一项综合工程技术。它包括工程复垦和生物复垦两个过程，其最终目的是恢复土地的生产力，实现矿区生态系统新的平衡。1生物复垦是在工程复垦结束后进行的土地复垦的重要环节。其作用是快速恢复植被，有效地控制水土流失，改善矿区的生态环境。利用微生物活化剂或微生物和有机物的混合剂对复垦后的贫瘠土地进行熟化和改良，可较快地恢复土壤肥力和活性。2许多研究证明，自然界多数植物都存在着对土壤微生物的依赖性，尤其内生菌根(VA)的存在更为普遍。许多专家认为，矿业用地原有植物中的90都侵染有VA真菌(Geldemanl975)。美国某煤矿在排土场复垦地植物接种VA菌根，树木侵染率达80%

9、。佛罗里达磷矿向排土场的林木接种VA菌剂，在18年内接种势逐渐增高，复垦地的生土中已经产生很多次生抱子，植物的侵染率达到90%。排土场上新种植的植物因接种VA菌剂恢复了菌根共生体系，有力地改善了植物营养状况，提高了抗病、抗逆能力，生物量增大，表层土壤熟化速度加快。接种VA菌剂是为植物创造有利环境、改良基质的一项新型生物技术，因此在国外菌根技术用于矿山复垦的研究正在成为新热点。3矿区废弃地复垦在我国日益受到重视，土地复垦政策、法规日臻完善，矿业的持续发展开始受到复垦工程进度和效果的制约。因此，科学而经济的有效复垦技术和评价指标，必将为我国矿山复垦从初始阶段上升到高级阶段奠定基础。利用复垦后土壤中

10、微生物种类及数目可以较好地评价复垦土地质量。2微生物在改良矿区土壤中的作用众所周知，土壤微生物是土壤中的重要组成部分，它的种类、组成、数量及其演替规律是反映土壤性质和土壤熟化程度的重要标志，并与土壤中的物质转化、植被的生长和繁育密切相关。4生物群落中每种生物都具有其结构和功能上的独特性，它们在群落中的地位和作用各不相同，但所有物种是彼此相互依赖、相互作用的有机体。植物为动物和微生物提供食物，微生物和土壤动物使土壤通气，调节水分，分解腐烂植物和动物的粪便又为植物的生长提供了优质土壤。5保护和改善矿区生态环境的主要任务是恢复植被和土地的生产能力。矿区土壤具有肥力低(尤其是有机质低)、土壤含水量低及

11、土壤生物活性低的特性，在进行工程复垦重构的过程中又经过人为扰动，极严重地破坏了微生物生存和繁衍的条件，微生物数量和种类受到很大影响，对植被的重建工作极其不利。微生物复垦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，是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。2.1豆科植物接种根瘤菌技术的应用在种植过豆科植物的土壤中，自然根瘤菌

12、能不断地侵染新种植豆科作物的根系，形成新的根瘤，增强豆科作物的固氮能力。在豆科植物所需的总氮量中，估计只有1/3取自土壤，其余2/3都靠共生固氮菌固定空气中的氮素。然而在复垦地的土壤中，几乎不存在自然根瘤菌。因此，初始种植各种豆科植物时，必须用人工接种的方法弥补土壤中自然根瘤菌的不足。经过人工选育的优势菌株，其侵染力强，固氮活性高，用其制成菌剂作人工接种，对新复垦地初期种植的豆科植物来说，可以增加侵染，帮助豆科植物有效地利用大气中的氮素，迅速培肥复垦地贫瘠土壤，是一种经济有效的土壤培肥技术。需要注意的是，在接种根瘤菌种植豆科植物时，需补充一定量的磷、钾和少量氮肥，以满足植物苗期生长的需要。但在

13、接菌种植时，氮肥用量不宜过大，因为氮肥太多会对根瘤菌有抑制作用，可降低固氮效果。2.2微生物对植物利用土壤养分的作用对于矿区复垦土壤，一方面经过机械对土层的剥离，扰动了土壤结构，微生物群落减少，同时也破坏了地下菌丝桥，使土壤贫瘠，复垦工作难以顺利进行，而且许多矿山复垦土壤的充填材料为粉煤灰，其自身的养分含量很低，有效磷的含量更低，PH较高，也对植物的生长不利。若将微生物接种到复垦土壤中，可以改善其微环境，降低土壤PH值，增加植物对土壤有效养分的利用。养分缺乏是复垦土壤上植物不能正常生长的关键限制因素，而许多土壤微生物具有活化土壤潜在养分，增加土壤养分有效性的特性。例如，向作物（禾本科）人工接种

14、非自生固氮菌、磷细菌和钾细菌，能够迅速有效地提高土壤对非豆科植物供给氮、磷、钾养分的能力。Gerretsen（1948）首先发现接种根际微生物具有促进植物生长和磷吸收的效应。大多数解磷微生物所释放的一些有机酸能与土壤中的AlP、CaP和FeP性的无机磷酸盐发生螯合作用，从而促进土壤中的无机态难溶性磷的释放。菌根菌菌根是植物根系和菌根形成的一种共生联合体。据估计地球上大约有90%的高等植物与氮根菌形成共生关系。在这一共生关系中，植物为菌根菌提供碳水化合物，而菌根菌则通过其庞大的菌丝网络提高植物对土壤中矿质养分的吸收，尤其是移动性较差的养分如P和Zn等；在干旱和半干旱环境中，菌根能提高植物对水分和

15、氮素的吸收。菌根还可以通过增加土壤颗粒内的团聚作用而改善土壤结构。一般认为，菌根菌是自然界多数植物生存最基本的组成部分，在未受干扰的土壤中，菌根菌构成了植物根际区微生物的主体，估计占微生物总生物量的70%。这些菌类使植物生长成为可能，使不同种类的植物的根系联在一起，控制着植物的混交，支配着植物根际的微生物区系，这正是衰退生态系统接种缺乏的菌根菌的主要依据。因此，选择一个正确的土壤菌类，可能是使衰退的生态系统恢复到健康的生态系统的最佳途径之一。食用菌食用菌生产废料在培肥土壤和土壤重构中也有其特有的作用。它在大大增加复垦土壤中各种微生物数量的同时，也增加了土壤中的有机质含量和肥力。由于食用菌生产废

16、料中仍然含有许多植物需要的营养物质，其中残留的菌丝体在其生长发育过程中还能分泌出一些酶，可以促进生化反应，因而能从复杂的有机物中释放出更多的易被植物吸收的营养物质，并能起到活化土壤的作用，能为多种土壤微生物提供生长基质，所以又是很好的“土壤改良剂”。6煤矸石治理中菌种的作用煤矸石中的有机成分因当地煤种而异，生产褐煤的煤矿矸石中有腐殖酸，可作有机肥使用；其它煤矿的矸石中无腐殖酸，但经长时期的日晒雨淋以后，可极缓慢地形成次生腐殖酸。露天矿剥离物（表土除外）与煤矸石的产出方式不同，但都是煤系岩层。它们在剥离或采出前，深埋于地下，一般不存在微生物。当被挖出地面及搬运过程中，沽上少量的微生物。微生物的繁

17、殖生长与植物一样，需要各种营养元素，矸石中含有植物需要的营养元素，但往往难以被微生物所利用。煤矸石中富含碳，能以其为碳源的微生物很少。尤其是自燃矸石山，严重影响微生物的繁殖生长。土壤是矿物质、水分、腐殖质以及微生物的团聚体，是植物生长的必要条件。固体废物表层恢复植被，先决条件是其土壤化。查阅近几年关于土地复垦的文献，较多的是在充填物表面覆盖土壤层，但此方法实行起来的主要困难，是土壤来源有限。为满足植物生长的需要，可以采用施用化肥，施灌城市污水污泥等方法。但是，实际效果并不理想。植物生长需要腐殖质，煤质腐殖酸与土壤腐殖酸有相似的结构，尤其是经微生物降解后肥力更强。一般认为腐殖酸具有改良土壤、提高

18、肥效、增强植物生理活性和抗逆能力等功能，被国内外农林业视为重要的有机肥。作者在辽宁和内蒙等地的田问试验时证明其除具有上述功能外，同时还具有抗脱肥、抗贫瘠、抗干旱、抗盐碱和抗酸性土等作用，这是因为腐殖酸具有离子交换的功能。这里特别要指出的是，复垦土壤中靠枯枝残叶转化成腐殖质的积累速度是很慢的，为使矸石和粉煤灰复垦地早日土壤化，必须加入煤质腐殖酸和生物肥料。微生物肥料的作用有两个方面，一是与植物根系形成根菌共生体，菌的分泌物能刺激作物根系发育。二是固氮将空气中的氮，变成作物能利用的氨素营养；解磷将矿物中难溶性的磷转化为作物可利用的有效磷，改善作物磷素营养；解钾将云母、长石等含钾矿物分解释放出钾等元

19、素，它们分别由固氮菌，磷细菌和硅酸盐细菌来实现。微生物肥的这些功能，对利用缺乏速N、速P和速K的矸石和粉煤灰复垦利用是极其重要的。最理想的菌株应具有以煤为唯一碳源，将煤炭物质降瓣成煤质腐殖酸的能力，这样，还可使土壤中腐殖质迅速增加，使复垦地种植获得好的效益。72.3微生物对复垦土壤结构的改良作用由于工程开采过程中移走了正在生长的植株，剥离了表土，土层被扰动，因而在复垦时菌根真菌及其它微生物群落的数量及种类明显减少，不仅影响了草本、灌木及一些杂草植被的建植，也影响了整个生态群落的发展。微生物能够分泌出一些多糖类物质，粘结分散的土粒，维持土壤的稳定性，改善土壤的团粒结构Tisdall(1980)的

20、研究表明：菌根对土壤的保持作用维持了土壤大团聚体的组成；同时菌丝和根的断裂片段又可参与稳定微团聚体的组成，真菌产生的多糖类物质也可能具有增加矿物强度和保持水分的能力，因此菌根能维持土壤的稳定性，对改善土壤结构产生积极的作用。微生物活化剂主要用来使煤矸石、露天剥离物等固体废弃物充填的土层快速形成耕质土壤，改善土壤结构。在微生物新陈代谢作用下，岩石加速分化，其理化性质不断改进，游离磷钾和腐殖质不断增加，使废弃物肥力快速增加，并使养分以植物生长可吸收的形态在土中积累，经过一个植物生长周期，就会迅速形成熟化土壤，最终形成适合于耕作的土壤。82.4菌根在植物抗重金属毒性中的作用土壤微生物对重金属离子的生

21、物固持有关键性的作用。土壤微生物中的菌根真菌则能为土体和植物根系提供直接联系，复垦土壤中存在着重金属污染的因素，在一些重金属污染的土壤上发现有某些具有抵抗重金属毒害的菌根植物存在，而且这些植物生长良好。一些外生菌根在锌、镉等重金属含量过高的土壤中表现出明显的抗性。丛枝菌根真菌广泛地存在于自然界几乎所有的土壤中，能与绝大多数高等植物的根系共生形成菌根共生体。众多研究已证实丛枝菌根真菌能促进宿主植物的生长，在大多数情况下是由于菌根侵染促进植物根系吸收土壤磷，改善植物磷素营养的结果。9采用酶解法和化学裂解法相结合的方法从安徽铜陵镉铜污染尾矿土中提取出土壤微生物基因组总DNA，并应用PCRDGGE技术

22、对比研究尾矿土中添加外源硫酸镉、硫酸铜和耐镉铜菌剂J5(Pseudomonassp)后微生物区系多样性的变化结果表明，尾矿土中微生物基因组总DNA分子量大小为21kb左右，未复垦的尾矿砂中微生物总DNA量较少，CdS处理后的尾矿土中微生物基因组总DNA量明显下降，而添加菌剂J5的尾矿土中微生物基因组总DNA量上升.DGGE电泳图谱进一步显示，尾矿土样中添加镉离子使图谱条带减少，分析表明尾矿土中的细菌种类数减少；而添加菌剂J5使图谱中条带明显增加，表明菌剂J5可提高尾矿土中土著微生物的活性和群落丰富度，可用于复合重金属污染尾矿区的生态恢复。102.5微生物脱硫煤矸石山治理的另一重点是解决矸石中硫

23、的问题，这是矸石山治理的关键。目前发现，能够脱去黄铁矿中无机硫的微生物有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等。研究发现，当水和氧存在时，黄铁矿可被氧化为SO4-和Fe2+3,但反应很缓慢。当存在某些嗜酸的硫杆菌时，黄铁矿的氧化过程将大大加快，其中可能包括2种途径，一是黄铁矿直接被微生物氧化成SO：-和Fe3+；二是对Fe2+有氧化能力的硫杆菌将Fe2+迅速氧化为Fe3+,Fe3+作为强氧化剂与金属硫化物反应，将黄铁矿氧化为SOf-或元素硫。与上述2种途径相对应的是微生物脱去煤炭中黄铁矿硫的2种作用形式,即通常所说的直接和间接作用。直接作用是指微生物参与了黄铁矿的氧化过程，使煤矸石中的黄铁矿发生降解生

24、成高价铁离子和硫酸根。间接作用是指微生物催化氧化黄铁矿所生成的SO：-和Fe2+这2个过程中产生的大量的H+又可作为氧化剂，加速黄铁矿的氧化溶解过程。这2种作用实际上是将煤中的黄铁矿氧化溶解，使煤矸石中的黄铁矿硫从固相转入液相，从而达到脱硫的效果。据国外报道，使用像氧化亚铁硫杆菌这样的硫铁矿氧化生物对煤矸石进行微生物脱硫具有效果好，技术简单，成本低等优点。虽然硫杆菌有较好的脱硫效果，但会引起矸石山的酸化，而且生成的氢氧化三铁会从水中析出，因其具有强氧化性质，能杀死河里的大量生物，因此需要与能够中和酸性的碱性物质同时使用。112.6小结生物复垦的作用是改良土壤耕作层的理化特性，为植物的生长创造有

25、利条件。归纳起来主要有：改善新土壤层的养分状况，增加有机质和保肥能力；改善新土壤层土壤结构，降低土壤密度和土壤含水量；防止土壤盐渍化；增加土壤层的微生物量；降低土壤的酸碱度以及改善土壤的孔隙度；改善矿区废弃地土壤中重金属或矿物质元素富集的状况。使用微生物技术对工程复垦地土壤进行改良，对矿区而言，当前关键是根据当地的自然地理和气候状况，进行相关实验，筛选出适合当地的优势菌种，比如当地的花生、大豆和紫云英等菌根植物，与有机肥和化肥配合使用，对土壤进行改良。对土壤施用菌肥并不是越多越好，菌肥施用量的增加达到一定程度时就使微生物之间产生拮抗作用，降低微生物的活性。123国内外应用丛枝菌根进行土地复垦的

26、研究现状3.1国内应用丛枝菌根进行土地复垦的研究现状由于复垦土壤是经过机械扰动后重新构建的土壤结构，其利用的填充材料及开采所引起的生态环境都遭到了破坏，存在许多不利于生物生活的逆境条件，如土壤颜色较暗；吸收太阳辐射能量过多，导致地温较高，不利于出苗；昼夜温差大，对植物生长不利。李晓林等采用根室培养方法研究证明:在养分胁迫条件下,VA菌根真菌约可向植物提供生长所需的80%磷、50锌和铜，植物生长良好，因此微生物的存在无疑增强了植物对其逆境的抵抗能力。丛枝菌根真菌的菌丝对水分的吸收利用十分显著，接种菌根真菌可提高植物对干旱胁迫的抵抗能力。林先贵等研究了VA真菌对植物抗旱涝能力的影响，指出菌根的早期

27、形成对提高植株整个生育期的抗逆性起着重要作用，干旱胁迫对菌根真菌的侵染和菌丝的发育影响不大，菌根明显增加了植物的抗旱能力。田间试验表明，侵染的植物增加了对干旱的抗性。在干旱胁迫下，接种的胡枝子成活率在4个月时比对照高50%，17个月时高1倍以上。鹿金颖在盆栽条件下研究了AM真菌对酸枣实生苗生长和抗旱性的影响。结果表明，在土壤相对含水量为20%、40%、60%条件下，AM真菌能显著增加酸枣实生苗的生长量（株高、叶面积、鲜样质量、干样质量等），降低叶片自然饱和率和脯氨酸含量，提高植株叶片气孔导度、蒸腾速率、光合速率，显著增强了植株的抗旱能力。在土壤相对含水量相同的状况下，接种菌根真菌的植株制造lg

28、干物质的需水量低于不接种的处理，节水效果为16.5%-29.8%。植物与AM真菌的共生关系表现在菌根真菌依赖寄主植物的光合产物维持自身生长和繁殖，同时帮助植物吸收更多的矿质养分和水分，促进植物在胁迫条件下生长。在盐碱土壤中，甚至在盐湖地区都有AM真菌的抱子被发现。AM真菌在一定程度上提高了植物的耐盐胁迫能力，但盐胁迫也对AM真菌产生了一定的负面影响。试验结果表明，在达到一定程度后，植物的菌根侵染率和孢子量与盐度呈负相关。盐胁迫主要通过减缓或抑制孢子萌发、阻碍菌丝生长等间接影响真菌的传播、菌根的形成及菌根的功能。此外，菌根侵染可增强植物对低温的抵抗能力。赵士杰等发现，接种丛枝菌根真菌的韭菜在低温

29、下细胞膜受害程度较轻，增强了植株抗冻性。桂向东、刘润进指出，丛枝菌根可减轻棉花黄萎病危害。杨兴洪等研究证明，在一定程度上能利用接种菌根可克服苹果的重茬障碍。林先贵等报道了丛枝菌根提高植株抗3种除草剂的效果。胡正嘉用VA菌根菌接种棉花，明显减轻了棉花枯萎病的发生，病情指数下降了20%左右，而棉花枯萎苗的存在不影响菌根菌的侵染。刘润进证明，棉花接种VA菌根菌也可降低黄萎病的病情指数。目前我国对菌根增强植物的抗逆性研究还不多，但已在生产上显示出它的重大意义。大量研究结果表明，丛枝菌根真菌侵染植物能显著改善其宿主植物的磷营养状况，尤其在低磷条件下对促进植物生长，提高磷肥利用率具有显著的作用。由于土壤颗

30、粒对磷的吸附和固定，磷在土壤中的移动性很差，只能通过扩散过程到达根系表面。菌根真菌与植物根系建立共生关系后，纤细的外生菌丝在土壤中穿插，极大地扩展了根系的吸收范围。在三叶草、玉米、小麦、大豆、黑麦草、菜豆等许多作物上接种菌根真菌的试验表明，接种措施显著地增加了植株的含磷量，消除了植株的磷胁迫状况，促进了植株生长。菌根促进植物生长的主要原因是改善宿主植物磷养水平，其机制在于外生菌丝对土壤磷的高效吸收和利用。众多研究已经证实，丛枝菌根能促进宿主植物的生长。在大多数情况下是由于菌根侵染促进植物根系吸收土壤中的磷，改善植物磷素营养的结果。许多研究结果表明，丛枝菌根菌丝除了对磷的吸收较敏感外，菌根真菌可

31、促进植物吸收锌和铜。与磷相似，土壤中锌的移动性很差，植物对锌的吸收受到扩散速率的限制，因此菌根真菌同样能起到促进植物吸收锌的作用。在三室隔网栽培三叶草试验中，菌根真菌侵染显著提高了植株的含锌量。因为外生菌丝从根系无法到达的土壤中吸收并运输到根系的锌占植株总吸收量的76.6%。在Zn示踪试验中，Caulosporalaevis能够吸收距根表40cm处的Zn。在三室隔网栽培三叶草的试验中，菌根真菌对植物总吸收铜量的贡献达62%，且铜吸收量与磷吸收量没有相关关系。菌丝中的磷是以聚磷酸盐的形式快速运输的。铜和锌的运输被认为是作为聚磷酸盐的伴随离子结合在聚磷酸盐上进行运输的。试验发现，外生菌丝吸收并运输

32、到植物的铜和锌并不与磷成比例增加。3.2国外应用丛枝菌根进行土地复垦的研究现状在国外，应用丛枝菌根进行土地复垦已在矿区土壤的应用中取得了较好的效果。美国、澳大利亚等国家都已取得很多实践性应用成果，为矿区土地复垦提供了一项有效的技术手段。丛枝菌根真菌是大多数植物的根系和土壤密切联系的桥梁，因此丛枝菌根真菌同时影响着寄主植物的发育和土壤的结构。许多研究发现，菌根通过改变土壤微生物群体的组成，从而影响植物的根际土壤。Miller等和Tisdall等的试验表明，丛枝菌根菌丝体的长度、活性和位置对土壤结构的稳定性有着重要的作用。在土壤中，丛枝菌根菌丝体能延伸至非根际区域的土壤中吸收养分，因此它可为根际土

33、壤中的微生物提供充分的碳水化合物。研究还发现，在菌根植物生长的土壤中，土壤水稳性团聚体、土壤总孔隙度和土壤渗透势都比无菌根植物的土壤有所改善。如Quintero等发现，AM菌根真菌侵染的植物在短时间内可增加土壤中有机质的含量，而有机质可以改善土壤的结构Evans等和Miller等研究发现，土壤耕作能减少玉米的丛枝菌根侵染率，可能是由于破坏了土壤中菌丝体的网状结构，土壤中菌丝体的网状结构与土壤聚集的关系还不清楚。但可以肯定，通过耕作破坏菌丝体的网状结构能减少土壤团粒结构的稳定性。Tisdall等研究表明，在盆栽试验的不同处理中，菌丝体的长度可提高土壤团聚体的耐水性，提出了土壤团聚体的Hierar

34、chical理论。理论认为，丛枝菌根菌丝体在土壤团聚体的形成和稳定中起着重要作用。根据这个理论，土壤微聚体变成团聚体是通过根系和菌丝体特别是丛枝菌根菌丝体缠绕而形成的。Boyle等的试验表明，在土壤团聚体形成的过程中，根片段、丛枝菌根菌丝片段和丛枝菌根真菌死孢子通过为土壤微生物群体提供基质而充当核生境，并有活性的丛枝菌根菌丝体与根一样也能改善土壤团粒结构。WrightEJ调查发现，丛枝菌根真菌的菌丝体产生的糖蛋白可促进土壤水稳态结构的形成。可见，不论盆栽还是在大田试验中，丛枝菌根真菌都能改善土壤结构，这可能是它导致土壤小粒子变成微聚体、微聚体变成团聚体的结果。丛枝菌根真菌通过小孔从土壤基质中的

35、吸水能力可改善土壤团粒结构的稳定性，它不仅可减小土壤生态环境的破坏，而且可提高土壤的生产力，因此丛枝菌根真菌的接种技术可认为是以改善和恢复退化的土壤结构为目的的生物技术。丛枝菌根真菌无寄主专一性，根外菌丝在伸展过程中接触到其它的根系后可以再度侵染形成根系之间的菌丝桥。研究表明，同种植物、不同种植物以及同株植物的根系间均可以形成菌丝桥。众多的植物根间菌丝桥可以在土壤中形成一个密集的地下菌丝桥网络系统，在植物间传递物质和信息，在生态系统中起着重要作用。菌丝桥能够传递氮、磷等养分和一些碳水化合物，也可从死亡的根系或植株向活体植株转移和传递养分。在自然植被、天然草场和森林生态系统中，菌丝桥的这种作用更

36、为重要。此外，Guttay研究证明，AM真菌能促进糖槭树在盐渍土壤上生长。Hirrel等证实，在NaCl胁迫下接种Glomusfasciculatus和Gigasporecmargarit两种AM真菌对洋葱和辣椒有促进作用。在盐生植物如盐草、羊茅，非盐生植物如柑桔、番茄、黄瓜等都获得了类似结果。这些研究结果的共同之处是：随着土壤中NaC1含量增加，菌根化植株和非菌根化植株的产量均呈递减趋势;在同一NaCl水平下，菌根植物的生物产量显著高于非菌根植物。后者证明，在盐渍土壤上植物与菌根真菌的共生减轻了因盐害造成的产量损失，提高了自身的耐盐能力。关于内生菌根在提高植物对重金属抗性方面的研究相对较少，

37、起步也较晚oHegg。等研究发现，丛枝菌根真菌能减少植物对过量痕量元素的吸收。Zhu等的盆栽试验证实，内生菌根接种后可明显降低白三叶草(TrifoliumrepensL.)和红三叶草(TrifoliumpretenseL.)Zn污染土壤中过量Zn的吸收，从而在一定程度上提高了三叶草对锌污染的抗性。Tumau等研究发现，聚磷酸盐可以结合镉、钛和硼。聚磷酸盐颗粒对潜在的毒害重金属的结合作用被称为“过滤”机制，它们通过能谱技术进行元素的定位测定，初步获得了丛枝菌根真菌中结合重金属的定性化证据。134用微生物评价复垦后土壤质量4.1微生物在土壤构成中的地位土壤微生物是土壤环境的重要组分.微生物生物量是

38、反映土壤环境质量和健康状况不可缺少的生物学指标。14土壤微生物群落结构(微生物多样性)能敏感地反映生态环境的功能演变以及环境胁迫等影响，可揭示土壤中微生物种类和功能的差异。15细菌、真菌在土壤有机物和无机物转化过程中起着重要作用,细菌在氨化过程中作用十分重要,而真菌则在土壤碳素和能源循环过程中起着巨大的作用,真菌能分解纤维素、半纤维素及其他类似化合物,同时也能分解含氮的蛋白质类化合物而释放出氨。由于真菌具有复杂的酶系统,分解一些植物保存性物质(木质素)的能力也特别强。纯沙棘林下土壤细菌、真菌数量均明显高于其他植被配置,表明纯沙棘林下土壤有利于这两类微生物的繁殖和生长,这对加速植被生长有着积极作

39、用。土壤真菌是常见的土壤微生物,它适宜酸性,因为研究区的各个样地土壤均显弱碱性故真菌的数量总体偏低。放线菌是参与土壤中有机质分解过程的主要成员之一,能分解多数真菌和细菌不能分解的化合物,还参与难分解的有机质的分解过程,它能同化无机氮,分解碳水化合物及脂类、单宁等难分解的物质,在土壤中对物质转化也起一定作用,再者放线菌数量也与植被病害防治有密切关系。固氮菌具有固定大气中氮气,丰富土壤氮素的能力,其数量的多少也可作为土壤肥力的一个指标。土壤微生物对土壤肥力的影响其关系十分复杂,因为土壤微生物在数量和种类上都是极大的,这个庞大的微生物群与土壤关系的复杂性不言而喻,不能依某种微生物的增减来判断土壤的肥

40、力,需要作综合的考虑。影响植被恢复的障碍因素很多,土壤营养是一方面的原因,但也有特定的病原菌在土壤中富集的原因,而细菌的变化对土壤养分和植物的生长影响会更大些,因为土壤中细菌无论在分解有机质、促进植物生长,还是在植物病害生物防治方面都发挥着比真菌更大的作用。164.2微生物数量评价重金属污染治理情况土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分，对物质循环起重要作用，微生物的活性和群落结构的变化能敏感地反映土壤质量。BIOLOG作为对功能微生物群落变化的敏感指标，广泛应用于评价土壤微生物群落的功能多样性。研究表明，用BIOLOG方法测得的代谢多样性类型与微生物群落组成相关。河南省灵宝市平阳镇文西渠金尾

41、矿废弃地是一种以重金属Au毒害为主要特征的极端裸地，且土壤中Cd的含量较高。有学者通过试验调查研究了金尾矿区复垦后土壤微生物对多种重金属离子的耐受性，接种外源微生物菌剂对Au、Cd污染的土壤微生物群落多样性的影响。细菌数量反映微生物群落大小，AWCD和微生物群落丰富度反映微生物活性及其功能多样性，利用两者可有效分析尾矿区土壤生态系统稳定性和受外源因子影响的程度。要恢复一个受扰受损的土壤生态系统，建立一个高质量的健康土壤生态，不仅要恢复地上部植被，还应考虑恢复地下部土壤微生物群落多样性，应该具有良好的生物活性状况和稳定性的微生物种群组成。17在矿区土壤中，随着重金属污染程度的加剧，土壤微生物的总

42、数下降，主要微生物类群（优势类群）所占比例亦有一定变化，土壤微生物各主要生理类群数量明显减少，土壤酶活性减弱，土壤生化作用强度降低。土壤微生物活性下降是矿区土壤生态系统遭受破坏的重要标志之一，也是矿区土壤微生物生态演变的重要因素之一。土壤微生物活性降低削弱了矿区土壤中C、N营养元素的循环速率和能量流动。4.3微生物的活性反映矿山废弃地的土壤质量状况矿山废弃地是一类重金属含量极高，对植物生长产生毒害的特殊生境。调查研究结果表明，柴河铅锌尾矿区复垦土壤的微生物区系发生明显变化，对重金属污染的敏感程度为：细菌放线菌真菌。重金属污染对土壤微生物特征有显著影响，使土壤呼吸速率明显增加，但土壤微生物生物量

43、却显著下降。在这种逆境下，微生物为维持其正常的生命活动就需要消耗更多的能量，导致土壤微生物对能源碳的利用效率降低。可以看出，在柴河铅锌尾矿库土壤中虽然微生物生物量较低，但微生物的生理活动非常活跃。呼吸强度升高，对能量的消耗速率加快，但利用效率明显不如对照土壤。从而削弱了矿山复垦土壤中C,N营养元素的循环速率和能量流动，不利于有机质的累积。18土壤中微生物的活性反映了土壤复垦所达到的程度。把复垦土地中微生物的含量作为复垦质量的标准才能更确切地保证复垦后的土地能够满足植物的正常生长和产出。5结语我国一方面是人均土地拥有率低,另一方面是矿山数量大,破坏土地多,复垦土地少。因此,加强矿山复垦和生态重建

44、、合理利用土地、再造自然生态环境、协调人与自然的关系具有重大意义。19在恢复一个受重金属污染的矿区废弃地土壤生态系统时，不仅要恢复地上部分的植被，还要恢复地下部分的土壤微生物生态群落，重建土壤微生物生态系统。20土地修复可以稳定土壤、控制污染、改善景观、减轻污染对人类的健康威胁，并在很多情况下同时进行农业经济生产。为了在有毒金属矿区的土地上建立一个可自我维持的植被，必须选择能够同时耐受特定金属、干旱和低营养水平胁迫的附有丛枝菌根的植物。此外，植物必须适应当地的气候条件，本地种应该是比较好的选择。在退化土壤复垦过程中，丛枝菌根真菌有重要作用，它能缓解或免受高浓度重金属对植物的毒害以及一定程度上提高植物营养状况，尤其是磷。然而，这种共生关系在很大程度上将依赖于丛枝菌根真菌在重金属过量的情况下对生态环境的适应程度。分离和筛选对逆境适应性强的共生体，无论是在理论上还是在实践中都是核心问题。21综上所述，菌根及其他一些微生物对复垦土壤改良具有重要作用。它可以克服工程复垦所造成的不利影响，促进植被的恢复，维持生态系统的稳定，有利于工农业的持续发展。因此，微生物复垦技术，尤其是利用丛枝菌根来进行复垦治理，具有广阔的应用前景。在应用时应结合矿区的自然地理及气候状况，筛选出当地的优势菌种，在进一步明确菌根功能的情况下，充分发挥微生物的生物多样性特性，接种