微生物在礦區(qū)土地復墾中的作用

1、 微生物在礦區(qū)土地復墾中的作用摘要：礦區(qū)廢棄地復墾在我國已成為一項基本政策，土地復墾政策、法規(guī)日臻完善，礦業(yè)的持續(xù)發(fā)展開始受到復墾工程進度和效果的制約。因此，有效復墾技術和復墾后評價指標的重要性日益增強，本文歸納了微生物技術在土地復墾中這兩方面的應用。微生物是土壤生態(tài)圈中的重要組成部分。應用現(xiàn)代微生物工藝技術加速新覆蓋土的改良與熟化是國內外礦山復墾研究的新熱點之一；本文對微生物，特別是叢枝菌根應用于礦區(qū)復墾的技術應用和國內外研究現(xiàn)狀進行了總結、分析和展望。此外，通過分析微生物在土壤中的生長狀況，還可以對礦區(qū)土地復墾的質量進行評價。研究微生物在土地復墾中的應用，對拓寬我國科學復墾技術研究領域、提

2、高土地復墾率具有重要意義。關鍵詞：土地復墾、叢枝菌根、微生物、質量評價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概述我國人均耕地、人均林地和人均草地的占有水平，分別相當于世界占有水平的1/3、l/7和1/3,沃土較缺。所以，為礦山復墾地覆蓋的新耕層，往往只能是利用“生土”。其中，有些是利用剝離物，它們在采礦活動中曾遭受機械挖掘和搬運的破壞；有些是利用從深層挖出的、風化程度不夠的土壤。這些未經(jīng)人為熟化過的土壤統(tǒng)稱為“生土”，其物理、化學和生物活性差，即使有少量表土存在，也因為土壤結構被嚴重破壞，生物、微生物生長環(huán)境惡化，或是隨同寄主植物的大量被砍伐，真菌的菌絲網(wǎng)被打斷，導致孢子繁殖體數(shù)目急劇減少?？梢哉f，采礦作業(yè)的各項活動從根本上破壞了土壤中生物與微生物的繁殖與成活能力，這是復墾地新耕層土

8、壤質地差的重要原因之一。土地復墾是一項綜合工程技術。它包括工程復墾和生物復墾兩個過程，其最終目的是恢復土地的生產(chǎn)力，實現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)新的平衡。1生物復墾是在工程復墾結束后進行的土地復墾的重要環(huán)節(jié)。其作用是快速恢復植被，有效地控制水土流失，改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。利用微生物活化劑或微生物和有機物的混合劑對復墾后的貧瘠土地進行熟化和改良，可較快地恢復土壤肥力和活性。2許多研究證明，自然界多數(shù)植物都存在著對土壤微生物的依賴性，尤其內生菌根(VA)的存在更為普遍。許多專家認為，礦業(yè)用地原有植物中的90都侵染有VA真菌(Geldemanl975)。美國某煤礦在排土場復墾地植物接種VA菌根，樹木侵染率達80%

9、。佛羅里達磷礦向排土場的林木接種VA菌劑，在18年內接種勢逐漸增高，復墾地的生土中已經(jīng)產(chǎn)生很多次生抱子，植物的侵染率達到90%。排土場上新種植的植物因接種VA菌劑恢復了菌根共生體系，有力地改善了植物營養(yǎng)狀況，提高了抗病、抗逆能力，生物量增大，表層土壤熟化速度加快。接種VA菌劑是為植物創(chuàng)造有利環(huán)境、改良基質的一項新型生物技術，因此在國外菌根技術用于礦山復墾的研究正在成為新熱點。3礦區(qū)廢棄地復墾在我國日益受到重視，土地復墾政策、法規(guī)日臻完善，礦業(yè)的持續(xù)發(fā)展開始受到復墾工程進度和效果的制約。因此，科學而經(jīng)濟的有效復墾技術和評價指標，必將為我國礦山復墾從初始階段上升到高級階段奠定基礎。利用復墾后土壤中

10、微生物種類及數(shù)目可以較好地評價復墾土地質量。2微生物在改良礦區(qū)土壤中的作用眾所周知，土壤微生物是土壤中的重要組成部分，它的種類、組成、數(shù)量及其演替規(guī)律是反映土壤性質和土壤熟化程度的重要標志，并與土壤中的物質轉化、植被的生長和繁育密切相關。4生物群落中每種生物都具有其結構和功能上的獨特性，它們在群落中的地位和作用各不相同，但所有物種是彼此相互依賴、相互作用的有機體。植物為動物和微生物提供食物，微生物和土壤動物使土壤通氣，調節(jié)水分，分解腐爛植物和動物的糞便又為植物的生長提供了優(yōu)質土壤。5保護和改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要任務是恢復植被和土地的生產(chǎn)能力。礦區(qū)土壤具有肥力低(尤其是有機質低)、土壤含水量低及

11、土壤生物活性低的特性，在進行工程復墾重構的過程中又經(jīng)過人為擾動，極嚴重地破壞了微生物生存和繁衍的條件，微生物數(shù)量和種類受到很大影響，對植被的重建工作極其不利。微生物復墾技術是利用微生物的接種優(yōu)勢，對復墾區(qū)土壤進行綜合治理與改良的一項生物技術措施。借助向新建植的植物接種微生物，在改善植物營養(yǎng)條件、促進植物生長發(fā)育的同時，利用植物根際微生物的生命活動，是失去微生物活性的復墾區(qū)土壤重新建立和恢復土壤微生物體系，增加土壤生物活性，加速復墾地土壤的基質改良，加速自然土壤向農(nóng)業(yè)土壤的轉化過程，使生土熟化，提高土壤肥力，從而縮短復墾周期。2.1豆科植物接種根瘤菌技術的應用在種植過豆科植物的土壤中，自然根瘤菌

12、能不斷地侵染新種植豆科作物的根系，形成新的根瘤，增強豆科作物的固氮能力。在豆科植物所需的總氮量中，估計只有1/3取自土壤，其余2/3都靠共生固氮菌固定空氣中的氮素。然而在復墾地的土壤中，幾乎不存在自然根瘤菌。因此，初始種植各種豆科植物時，必須用人工接種的方法彌補土壤中自然根瘤菌的不足。經(jīng)過人工選育的優(yōu)勢菌株，其侵染力強，固氮活性高，用其制成菌劑作人工接種，對新復墾地初期種植的豆科植物來說，可以增加侵染，幫助豆科植物有效地利用大氣中的氮素，迅速培肥復墾地貧瘠土壤，是一種經(jīng)濟有效的土壤培肥技術。需要注意的是，在接種根瘤菌種植豆科植物時，需補充一定量的磷、鉀和少量氮肥，以滿足植物苗期生長的需要。但在

13、接菌種植時，氮肥用量不宜過大，因為氮肥太多會對根瘤菌有抑制作用，可降低固氮效果。2.2微生物對植物利用土壤養(yǎng)分的作用對于礦區(qū)復墾土壤，一方面經(jīng)過機械對土層的剝離，擾動了土壤結構，微生物群落減少，同時也破壞了地下菌絲橋，使土壤貧瘠，復墾工作難以順利進行，而且許多礦山復墾土壤的充填材料為粉煤灰，其自身的養(yǎng)分含量很低，有效磷的含量更低，PH較高，也對植物的生長不利。若將微生物接種到復墾土壤中，可以改善其微環(huán)境，降低土壤PH值，增加植物對土壤有效養(yǎng)分的利用。養(yǎng)分缺乏是復墾土壤上植物不能正常生長的關鍵限制因素，而許多土壤微生物具有活化土壤潛在養(yǎng)分，增加土壤養(yǎng)分有效性的特性。例如，向作物（禾本科）人工接種

14、非自生固氮菌、磷細菌和鉀細菌，能夠迅速有效地提高土壤對非豆科植物供給氮、磷、鉀養(yǎng)分的能力。Gerretsen（1948）首先發(fā)現(xiàn)接種根際微生物具有促進植物生長和磷吸收的效應。大多數(shù)解磷微生物所釋放的一些有機酸能與土壤中的AlP、CaP和FeP性的無機磷酸鹽發(fā)生螯合作用，從而促進土壤中的無機態(tài)難溶性磷的釋放。菌根菌菌根是植物根系和菌根形成的一種共生聯(lián)合體。據(jù)估計地球上大約有90%的高等植物與氮根菌形成共生關系。在這一共生關系中，植物為菌根菌提供碳水化合物，而菌根菌則通過其龐大的菌絲網(wǎng)絡提高植物對土壤中礦質養(yǎng)分的吸收，尤其是移動性較差的養(yǎng)分如P和Zn等；在干旱和半干旱環(huán)境中，菌根能提高植物對水分和

15、氮素的吸收。菌根還可以通過增加土壤顆粒內的團聚作用而改善土壤結構。一般認為，菌根菌是自然界多數(shù)植物生存最基本的組成部分，在未受干擾的土壤中，菌根菌構成了植物根際區(qū)微生物的主體，估計占微生物總生物量的70%。這些菌類使植物生長成為可能，使不同種類的植物的根系聯(lián)在一起，控制著植物的混交，支配著植物根際的微生物區(qū)系，這正是衰退生態(tài)系統(tǒng)接種缺乏的菌根菌的主要依據(jù)。因此，選擇一個正確的土壤菌類，可能是使衰退的生態(tài)系統(tǒng)恢復到健康的生態(tài)系統(tǒng)的最佳途徑之一。食用菌食用菌生產(chǎn)廢料在培肥土壤和土壤重構中也有其特有的作用。它在大大增加復墾土壤中各種微生物數(shù)量的同時，也增加了土壤中的有機質含量和肥力。由于食用菌生產(chǎn)廢

16、料中仍然含有許多植物需要的營養(yǎng)物質，其中殘留的菌絲體在其生長發(fā)育過程中還能分泌出一些酶，可以促進生化反應，因而能從復雜的有機物中釋放出更多的易被植物吸收的營養(yǎng)物質，并能起到活化土壤的作用，能為多種土壤微生物提供生長基質，所以又是很好的“土壤改良劑”。6煤矸石治理中菌種的作用煤矸石中的有機成分因當?shù)孛悍N而異，生產(chǎn)褐煤的煤礦矸石中有腐殖酸，可作有機肥使用；其它煤礦的矸石中無腐殖酸，但經(jīng)長時期的日曬雨淋以后，可極緩慢地形成次生腐殖酸。露天礦剝離物（表土除外）與煤矸石的產(chǎn)出方式不同，但都是煤系巖層。它們在剝離或采出前，深埋于地下，一般不存在微生物。當被挖出地面及搬運過程中，沽上少量的微生物。微生物的繁

17、殖生長與植物一樣，需要各種營養(yǎng)元素，矸石中含有植物需要的營養(yǎng)元素，但往往難以被微生物所利用。煤矸石中富含碳，能以其為碳源的微生物很少。尤其是自燃矸石山，嚴重影響微生物的繁殖生長。土壤是礦物質、水分、腐殖質以及微生物的團聚體，是植物生長的必要條件。固體廢物表層恢復植被，先決條件是其土壤化。查閱近幾年關于土地復墾的文獻，較多的是在充填物表面覆蓋土壤層，但此方法實行起來的主要困難，是土壤來源有限。為滿足植物生長的需要，可以采用施用化肥，施灌城市污水污泥等方法。但是，實際效果并不理想。植物生長需要腐殖質，煤質腐殖酸與土壤腐殖酸有相似的結構，尤其是經(jīng)微生物降解后肥力更強。一般認為腐殖酸具有改良土壤、提高

18、肥效、增強植物生理活性和抗逆能力等功能，被國內外農(nóng)林業(yè)視為重要的有機肥。作者在遼寧和內蒙等地的田問試驗時證明其除具有上述功能外，同時還具有抗脫肥、抗貧瘠、抗干旱、抗鹽堿和抗酸性土等作用，這是因為腐殖酸具有離子交換的功能。這里特別要指出的是，復墾土壤中靠枯枝殘葉轉化成腐殖質的積累速度是很慢的，為使矸石和粉煤灰復墾地早日土壤化，必須加入煤質腐殖酸和生物肥料。微生物肥料的作用有兩個方面，一是與植物根系形成根菌共生體，菌的分泌物能刺激作物根系發(fā)育。二是固氮將空氣中的氮，變成作物能利用的氨素營養(yǎng)；解磷將礦物中難溶性的磷轉化為作物可利用的有效磷，改善作物磷素營養(yǎng)；解鉀將云母、長石等含鉀礦物分解釋放出鉀等元

19、素，它們分別由固氮菌，磷細菌和硅酸鹽細菌來實現(xiàn)。微生物肥的這些功能，對利用缺乏速N、速P和速K的矸石和粉煤灰復墾利用是極其重要的。最理想的菌株應具有以煤為唯一碳源，將煤炭物質降瓣成煤質腐殖酸的能力，這樣，還可使土壤中腐殖質迅速增加，使復墾地種植獲得好的效益。72.3微生物對復墾土壤結構的改良作用由于工程開采過程中移走了正在生長的植株，剝離了表土，土層被擾動，因而在復墾時菌根真菌及其它微生物群落的數(shù)量及種類明顯減少，不僅影響了草本、灌木及一些雜草植被的建植，也影響了整個生態(tài)群落的發(fā)展。微生物能夠分泌出一些多糖類物質，粘結分散的土粒，維持土壤的穩(wěn)定性，改善土壤的團粒結構Tisdall(1980)的

20、研究表明：菌根對土壤的保持作用維持了土壤大團聚體的組成；同時菌絲和根的斷裂片段又可參與穩(wěn)定微團聚體的組成，真菌產(chǎn)生的多糖類物質也可能具有增加礦物強度和保持水分的能力，因此菌根能維持土壤的穩(wěn)定性，對改善土壤結構產(chǎn)生積極的作用。微生物活化劑主要用來使煤矸石、露天剝離物等固體廢棄物充填的土層快速形成耕質土壤，改善土壤結構。在微生物新陳代謝作用下，巖石加速分化，其理化性質不斷改進，游離磷鉀和腐殖質不斷增加，使廢棄物肥力快速增加，并使養(yǎng)分以植物生長可吸收的形態(tài)在土中積累，經(jīng)過一個植物生長周期，就會迅速形成熟化土壤，最終形成適合于耕作的土壤。82.4菌根在植物抗重金屬毒性中的作用土壤微生物對重金屬離子的生

21、物固持有關鍵性的作用。土壤微生物中的菌根真菌則能為土體和植物根系提供直接聯(lián)系，復墾土壤中存在著重金屬污染的因素，在一些重金屬污染的土壤上發(fā)現(xiàn)有某些具有抵抗重金屬毒害的菌根植物存在，而且這些植物生長良好。一些外生菌根在鋅、鎘等重金屬含量過高的土壤中表現(xiàn)出明顯的抗性。叢枝菌根真菌廣泛地存在于自然界幾乎所有的土壤中，能與絕大多數(shù)高等植物的根系共生形成菌根共生體。眾多研究已證實叢枝菌根真菌能促進宿主植物的生長，在大多數(shù)情況下是由于菌根侵染促進植物根系吸收土壤磷，改善植物磷素營養(yǎng)的結果。9采用酶解法和化學裂解法相結合的方法從安徽銅陵鎘銅污染尾礦土中提取出土壤微生物基因組總DNA，并應用PCRDGGE技術

22、對比研究尾礦土中添加外源硫酸鎘、硫酸銅和耐鎘銅菌劑J5(Pseudomonassp)后微生物區(qū)系多樣性的變化結果表明，尾礦土中微生物基因組總DNA分子量大小為21kb左右，未復墾的尾礦砂中微生物總DNA量較少，CdS處理后的尾礦土中微生物基因組總DNA量明顯下降，而添加菌劑J5的尾礦土中微生物基因組總DNA量上升.DGGE電泳圖譜進一步顯示，尾礦土樣中添加鎘離子使圖譜條帶減少，分析表明尾礦土中的細菌種類數(shù)減少；而添加菌劑J5使圖譜中條帶明顯增加，表明菌劑J5可提高尾礦土中土著微生物的活性和群落豐富度，可用于復合重金屬污染尾礦區(qū)的生態(tài)恢復。102.5微生物脫硫煤矸石山治理的另一重點是解決矸石中硫

23、的問題，這是矸石山治理的關鍵。目前發(fā)現(xiàn)，能夠脫去黃鐵礦中無機硫的微生物有氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等。研究發(fā)現(xiàn)，當水和氧存在時，黃鐵礦可被氧化為SO4-和Fe2+3,但反應很緩慢。當存在某些嗜酸的硫桿菌時，黃鐵礦的氧化過程將大大加快，其中可能包括2種途徑，一是黃鐵礦直接被微生物氧化成SO：-和Fe3+；二是對Fe2+有氧化能力的硫桿菌將Fe2+迅速氧化為Fe3+,Fe3+作為強氧化劑與金屬硫化物反應，將黃鐵礦氧化為SOf-或元素硫。與上述2種途徑相對應的是微生物脫去煤炭中黃鐵礦硫的2種作用形式,即通常所說的直接和間接作用。直接作用是指微生物參與了黃鐵礦的氧化過程，使煤矸石中的黃鐵礦發(fā)生降解生

24、成高價鐵離子和硫酸根。間接作用是指微生物催化氧化黃鐵礦所生成的SO：-和Fe2+這2個過程中產(chǎn)生的大量的H+又可作為氧化劑，加速黃鐵礦的氧化溶解過程。這2種作用實際上是將煤中的黃鐵礦氧化溶解，使煤矸石中的黃鐵礦硫從固相轉入液相，從而達到脫硫的效果。據(jù)國外報道，使用像氧化亞鐵硫桿菌這樣的硫鐵礦氧化生物對煤矸石進行微生物脫硫具有效果好，技術簡單，成本低等優(yōu)點。雖然硫桿菌有較好的脫硫效果，但會引起矸石山的酸化，而且生成的氫氧化三鐵會從水中析出，因其具有強氧化性質，能殺死河里的大量生物，因此需要與能夠中和酸性的堿性物質同時使用。112.6小結生物復墾的作用是改良土壤耕作層的理化特性，為植物的生長創(chuàng)造有

25、利條件。歸納起來主要有：改善新土壤層的養(yǎng)分狀況，增加有機質和保肥能力；改善新土壤層土壤結構，降低土壤密度和土壤含水量；防止土壤鹽漬化；增加土壤層的微生物量；降低土壤的酸堿度以及改善土壤的孔隙度；改善礦區(qū)廢棄地土壤中重金屬或礦物質元素富集的狀況。使用微生物技術對工程復墾地土壤進行改良，對礦區(qū)而言，當前關鍵是根據(jù)當?shù)氐淖匀坏乩砗蜌夂驙顩r，進行相關實驗，篩選出適合當?shù)氐膬?yōu)勢菌種，比如當?shù)氐幕ㄉ?、大豆和紫云英等菌根植物，與有機肥和化肥配合使用，對土壤進行改良。對土壤施用菌肥并不是越多越好，菌肥施用量的增加達到一定程度時就使微生物之間產(chǎn)生拮抗作用，降低微生物的活性。123國內外應用叢枝菌根進行土地復墾的

26、研究現(xiàn)狀3.1國內應用叢枝菌根進行土地復墾的研究現(xiàn)狀由于復墾土壤是經(jīng)過機械擾動后重新構建的土壤結構，其利用的填充材料及開采所引起的生態(tài)環(huán)境都遭到了破壞，存在許多不利于生物生活的逆境條件，如土壤顏色較暗；吸收太陽輻射能量過多，導致地溫較高，不利于出苗；晝夜溫差大，對植物生長不利。李曉林等采用根室培養(yǎng)方法研究證明:在養(yǎng)分脅迫條件下,VA菌根真菌約可向植物提供生長所需的80%磷、50鋅和銅，植物生長良好，因此微生物的存在無疑增強了植物對其逆境的抵抗能力。叢枝菌根真菌的菌絲對水分的吸收利用十分顯著，接種菌根真菌可提高植物對干旱脅迫的抵抗能力。林先貴等研究了VA真菌對植物抗旱澇能力的影響，指出菌根的早期

27、形成對提高植株整個生育期的抗逆性起著重要作用，干旱脅迫對菌根真菌的侵染和菌絲的發(fā)育影響不大，菌根明顯增加了植物的抗旱能力。田間試驗表明，侵染的植物增加了對干旱的抗性。在干旱脅迫下，接種的胡枝子成活率在4個月時比對照高50%，17個月時高1倍以上。鹿金穎在盆栽條件下研究了AM真菌對酸棗實生苗生長和抗旱性的影響。結果表明，在土壤相對含水量為20%、40%、60%條件下，AM真菌能顯著增加酸棗實生苗的生長量（株高、葉面積、鮮樣質量、干樣質量等），降低葉片自然飽和率和脯氨酸含量，提高植株葉片氣孔導度、蒸騰速率、光合速率，顯著增強了植株的抗旱能力。在土壤相對含水量相同的狀況下，接種菌根真菌的植株制造lg

28、干物質的需水量低于不接種的處理，節(jié)水效果為16.5%-29.8%。植物與AM真菌的共生關系表現(xiàn)在菌根真菌依賴寄主植物的光合產(chǎn)物維持自身生長和繁殖，同時幫助植物吸收更多的礦質養(yǎng)分和水分，促進植物在脅迫條件下生長。在鹽堿土壤中，甚至在鹽湖地區(qū)都有AM真菌的抱子被發(fā)現(xiàn)。AM真菌在一定程度上提高了植物的耐鹽脅迫能力，但鹽脅迫也對AM真菌產(chǎn)生了一定的負面影響。試驗結果表明，在達到一定程度后，植物的菌根侵染率和孢子量與鹽度呈負相關。鹽脅迫主要通過減緩或抑制孢子萌發(fā)、阻礙菌絲生長等間接影響真菌的傳播、菌根的形成及菌根的功能。此外，菌根侵染可增強植物對低溫的抵抗能力。趙士杰等發(fā)現(xiàn)，接種叢枝菌根真菌的韭菜在低溫

29、下細胞膜受害程度較輕，增強了植株抗凍性。桂向東、劉潤進指出，叢枝菌根可減輕棉花黃萎病危害。楊興洪等研究證明，在一定程度上能利用接種菌根可克服蘋果的重茬障礙。林先貴等報道了叢枝菌根提高植株抗3種除草劑的效果。胡正嘉用VA菌根菌接種棉花，明顯減輕了棉花枯萎病的發(fā)生，病情指數(shù)下降了20%左右，而棉花枯萎苗的存在不影響菌根菌的侵染。劉潤進證明，棉花接種VA菌根菌也可降低黃萎病的病情指數(shù)。目前我國對菌根增強植物的抗逆性研究還不多，但已在生產(chǎn)上顯示出它的重大意義。大量研究結果表明，叢枝菌根真菌侵染植物能顯著改善其宿主植物的磷營養(yǎng)狀況，尤其在低磷條件下對促進植物生長，提高磷肥利用率具有顯著的作用。由于土壤顆

30、粒對磷的吸附和固定，磷在土壤中的移動性很差，只能通過擴散過程到達根系表面。菌根真菌與植物根系建立共生關系后，纖細的外生菌絲在土壤中穿插，極大地擴展了根系的吸收范圍。在三葉草、玉米、小麥、大豆、黑麥草、菜豆等許多作物上接種菌根真菌的試驗表明，接種措施顯著地增加了植株的含磷量，消除了植株的磷脅迫狀況，促進了植株生長。菌根促進植物生長的主要原因是改善宿主植物磷養(yǎng)水平，其機制在于外生菌絲對土壤磷的高效吸收和利用。眾多研究已經(jīng)證實，叢枝菌根能促進宿主植物的生長。在大多數(shù)情況下是由于菌根侵染促進植物根系吸收土壤中的磷，改善植物磷素營養(yǎng)的結果。許多研究結果表明，叢枝菌根菌絲除了對磷的吸收較敏感外，菌根真菌可

31、促進植物吸收鋅和銅。與磷相似，土壤中鋅的移動性很差，植物對鋅的吸收受到擴散速率的限制，因此菌根真菌同樣能起到促進植物吸收鋅的作用。在三室隔網(wǎng)栽培三葉草試驗中，菌根真菌侵染顯著提高了植株的含鋅量。因為外生菌絲從根系無法到達的土壤中吸收并運輸?shù)礁档匿\占植株總吸收量的76.6%。在Zn示蹤試驗中，Caulosporalaevis能夠吸收距根表40cm處的Zn。在三室隔網(wǎng)栽培三葉草的試驗中，菌根真菌對植物總吸收銅量的貢獻達62%，且銅吸收量與磷吸收量沒有相關關系。菌絲中的磷是以聚磷酸鹽的形式快速運輸?shù)?。銅和鋅的運輸被認為是作為聚磷酸鹽的伴隨離子結合在聚磷酸鹽上進行運輸?shù)摹Ｔ囼灠l(fā)現(xiàn)，外生菌絲吸收并運輸

32、到植物的銅和鋅并不與磷成比例增加。3.2國外應用叢枝菌根進行土地復墾的研究現(xiàn)狀在國外，應用叢枝菌根進行土地復墾已在礦區(qū)土壤的應用中取得了較好的效果。美國、澳大利亞等國家都已取得很多實踐性應用成果，為礦區(qū)土地復墾提供了一項有效的技術手段。叢枝菌根真菌是大多數(shù)植物的根系和土壤密切聯(lián)系的橋梁，因此叢枝菌根真菌同時影響著寄主植物的發(fā)育和土壤的結構。許多研究發(fā)現(xiàn)，菌根通過改變土壤微生物群體的組成，從而影響植物的根際土壤。Miller等和Tisdall等的試驗表明，叢枝菌根菌絲體的長度、活性和位置對土壤結構的穩(wěn)定性有著重要的作用。在土壤中，叢枝菌根菌絲體能延伸至非根際區(qū)域的土壤中吸收養(yǎng)分，因此它可為根際土

33、壤中的微生物提供充分的碳水化合物。研究還發(fā)現(xiàn)，在菌根植物生長的土壤中，土壤水穩(wěn)性團聚體、土壤總孔隙度和土壤滲透勢都比無菌根植物的土壤有所改善。如Quintero等發(fā)現(xiàn)，AM菌根真菌侵染的植物在短時間內可增加土壤中有機質的含量，而有機質可以改善土壤的結構Evans等和Miller等研究發(fā)現(xiàn)，土壤耕作能減少玉米的叢枝菌根侵染率，可能是由于破壞了土壤中菌絲體的網(wǎng)狀結構，土壤中菌絲體的網(wǎng)狀結構與土壤聚集的關系還不清楚。但可以肯定，通過耕作破壞菌絲體的網(wǎng)狀結構能減少土壤團粒結構的穩(wěn)定性。Tisdall等研究表明，在盆栽試驗的不同處理中，菌絲體的長度可提高土壤團聚體的耐水性，提出了土壤團聚體的Hierar

34、chical理論。理論認為，叢枝菌根菌絲體在土壤團聚體的形成和穩(wěn)定中起著重要作用。根據(jù)這個理論，土壤微聚體變成團聚體是通過根系和菌絲體特別是叢枝菌根菌絲體纏繞而形成的。Boyle等的試驗表明，在土壤團聚體形成的過程中，根片段、叢枝菌根菌絲片段和叢枝菌根真菌死孢子通過為土壤微生物群體提供基質而充當核生境，并有活性的叢枝菌根菌絲體與根一樣也能改善土壤團粒結構。WrightEJ調查發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根真菌的菌絲體產(chǎn)生的糖蛋白可促進土壤水穩(wěn)態(tài)結構的形成?？梢?，不論盆栽還是在大田試驗中，叢枝菌根真菌都能改善土壤結構，這可能是它導致土壤小粒子變成微聚體、微聚體變成團聚體的結果。叢枝菌根真菌通過小孔從土壤基質中的

35、吸水能力可改善土壤團粒結構的穩(wěn)定性，它不僅可減小土壤生態(tài)環(huán)境的破壞，而且可提高土壤的生產(chǎn)力，因此叢枝菌根真菌的接種技術可認為是以改善和恢復退化的土壤結構為目的的生物技術。叢枝菌根真菌無寄主專一性，根外菌絲在伸展過程中接觸到其它的根系后可以再度侵染形成根系之間的菌絲橋。研究表明，同種植物、不同種植物以及同株植物的根系間均可以形成菌絲橋。眾多的植物根間菌絲橋可以在土壤中形成一個密集的地下菌絲橋網(wǎng)絡系統(tǒng)，在植物間傳遞物質和信息，在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用。菌絲橋能夠傳遞氮、磷等養(yǎng)分和一些碳水化合物，也可從死亡的根系或植株向活體植株轉移和傳遞養(yǎng)分。在自然植被、天然草場和森林生態(tài)系統(tǒng)中，菌絲橋的這種作用更

36、為重要。此外，Guttay研究證明，AM真菌能促進糖槭樹在鹽漬土壤上生長。Hirrel等證實，在NaCl脅迫下接種Glomusfasciculatus和Gigasporecmargarit兩種AM真菌對洋蔥和辣椒有促進作用。在鹽生植物如鹽草、羊茅，非鹽生植物如柑桔、番茄、黃瓜等都獲得了類似結果。這些研究結果的共同之處是：隨著土壤中NaC1含量增加，菌根化植株和非菌根化植株的產(chǎn)量均呈遞減趨勢;在同一NaCl水平下，菌根植物的生物產(chǎn)量顯著高于非菌根植物。后者證明，在鹽漬土壤上植物與菌根真菌的共生減輕了因鹽害造成的產(chǎn)量損失，提高了自身的耐鹽能力。關于內生菌根在提高植物對重金屬抗性方面的研究相對較少，

37、起步也較晚oHegg。等研究發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根真菌能減少植物對過量痕量元素的吸收。Zhu等的盆栽試驗證實，內生菌根接種后可明顯降低白三葉草(TrifoliumrepensL.)和紅三葉草(TrifoliumpretenseL.)Zn污染土壤中過量Zn的吸收，從而在一定程度上提高了三葉草對鋅污染的抗性。Tumau等研究發(fā)現(xiàn)，聚磷酸鹽可以結合鎘、鈦和硼。聚磷酸鹽顆粒對潛在的毒害重金屬的結合作用被稱為“過濾”機制，它們通過能譜技術進行元素的定位測定，初步獲得了叢枝菌根真菌中結合重金屬的定性化證據(jù)。134用微生物評價復墾后土壤質量4.1微生物在土壤構成中的地位土壤微生物是土壤環(huán)境的重要組分.微生物生物量是

38、反映土壤環(huán)境質量和健康狀況不可缺少的生物學指標。14土壤微生物群落結構(微生物多樣性)能敏感地反映生態(tài)環(huán)境的功能演變以及環(huán)境脅迫等影響，可揭示土壤中微生物種類和功能的差異。15細菌、真菌在土壤有機物和無機物轉化過程中起著重要作用,細菌在氨化過程中作用十分重要,而真菌則在土壤碳素和能源循環(huán)過程中起著巨大的作用,真菌能分解纖維素、半纖維素及其他類似化合物,同時也能分解含氮的蛋白質類化合物而釋放出氨。由于真菌具有復雜的酶系統(tǒng),分解一些植物保存性物質(木質素)的能力也特別強。純沙棘林下土壤細菌、真菌數(shù)量均明顯高于其他植被配置,表明純沙棘林下土壤有利于這兩類微生物的繁殖和生長,這對加速植被生長有著積極作

39、用。土壤真菌是常見的土壤微生物,它適宜酸性,因為研究區(qū)的各個樣地土壤均顯弱堿性故真菌的數(shù)量總體偏低。放線菌是參與土壤中有機質分解過程的主要成員之一,能分解多數(shù)真菌和細菌不能分解的化合物,還參與難分解的有機質的分解過程,它能同化無機氮,分解碳水化合物及脂類、單寧等難分解的物質,在土壤中對物質轉化也起一定作用,再者放線菌數(shù)量也與植被病害防治有密切關系。固氮菌具有固定大氣中氮氣,豐富土壤氮素的能力,其數(shù)量的多少也可作為土壤肥力的一個指標。土壤微生物對土壤肥力的影響其關系十分復雜,因為土壤微生物在數(shù)量和種類上都是極大的,這個龐大的微生物群與土壤關系的復雜性不言而喻,不能依某種微生物的增減來判斷土壤的肥

40、力,需要作綜合的考慮。影響植被恢復的障礙因素很多,土壤營養(yǎng)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,而細菌的變化對土壤養(yǎng)分和植物的生長影響會更大些,因為土壤中細菌無論在分解有機質、促進植物生長,還是在植物病害生物防治方面都發(fā)揮著比真菌更大的作用。164.2微生物數(shù)量評價重金屬污染治理情況土壤微生物是維持土壤生物活性的重要組分，對物質循環(huán)起重要作用，微生物的活性和群落結構的變化能敏感地反映土壤質量。BIOLOG作為對功能微生物群落變化的敏感指標，廣泛應用于評價土壤微生物群落的功能多樣性。研究表明，用BIOLOG方法測得的代謝多樣性類型與微生物群落組成相關。河南省靈寶市平陽鎮(zhèn)文西渠金尾

41、礦廢棄地是一種以重金屬Au毒害為主要特征的極端裸地，且土壤中Cd的含量較高。有學者通過試驗調查研究了金尾礦區(qū)復墾后土壤微生物對多種重金屬離子的耐受性，接種外源微生物菌劑對Au、Cd污染的土壤微生物群落多樣性的影響。細菌數(shù)量反映微生物群落大小，AWCD和微生物群落豐富度反映微生物活性及其功能多樣性，利用兩者可有效分析尾礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和受外源因子影響的程度。要恢復一個受擾受損的土壤生態(tài)系統(tǒng)，建立一個高質量的健康土壤生態(tài)，不僅要恢復地上部植被，還應考慮恢復地下部土壤微生物群落多樣性，應該具有良好的生物活性狀況和穩(wěn)定性的微生物種群組成。17在礦區(qū)土壤中，隨著重金屬污染程度的加劇，土壤微生物的總

42、數(shù)下降，主要微生物類群（優(yōu)勢類群）所占比例亦有一定變化，土壤微生物各主要生理類群數(shù)量明顯減少，土壤酶活性減弱，土壤生化作用強度降低。土壤微生物活性下降是礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞的重要標志之一，也是礦區(qū)土壤微生物生態(tài)演變的重要因素之一。土壤微生物活性降低削弱了礦區(qū)土壤中C、N營養(yǎng)元素的循環(huán)速率和能量流動。4.3微生物的活性反映礦山廢棄地的土壤質量狀況礦山廢棄地是一類重金屬含量極高，對植物生長產(chǎn)生毒害的特殊生境。調查研究結果表明，柴河鉛鋅尾礦區(qū)復墾土壤的微生物區(qū)系發(fā)生明顯變化，對重金屬污染的敏感程度為：細菌放線菌真菌。重金屬污染對土壤微生物特征有顯著影響，使土壤呼吸速率明顯增加，但土壤微生物生物量

43、卻顯著下降。在這種逆境下，微生物為維持其正常的生命活動就需要消耗更多的能量，導致土壤微生物對能源碳的利用效率降低?？梢钥闯觯诓窈鱼U鋅尾礦庫土壤中雖然微生物生物量較低，但微生物的生理活動非?；钴S。呼吸強度升高，對能量的消耗速率加快，但利用效率明顯不如對照土壤。從而削弱了礦山復墾土壤中C,N營養(yǎng)元素的循環(huán)速率和能量流動，不利于有機質的累積。18土壤中微生物的活性反映了土壤復墾所達到的程度。把復墾土地中微生物的含量作為復墾質量的標準才能更確切地保證復墾后的土地能夠滿足植物的正常生長和產(chǎn)出。5結語我國一方面是人均土地擁有率低,另一方面是礦山數(shù)量大,破壞土地多,復墾土地少。因此,加強礦山復墾和生態(tài)重建

44、、合理利用土地、再造自然生態(tài)環(huán)境、協(xié)調人與自然的關系具有重大意義。19在恢復一個受重金屬污染的礦區(qū)廢棄地土壤生態(tài)系統(tǒng)時，不僅要恢復地上部分的植被，還要恢復地下部分的土壤微生物生態(tài)群落，重建土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)。20土地修復可以穩(wěn)定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅，并在很多情況下同時進行農(nóng)業(yè)經(jīng)濟生產(chǎn)。為了在有毒金屬礦區(qū)的土地上建立一個可自我維持的植被，必須選擇能夠同時耐受特定金屬、干旱和低營養(yǎng)水平脅迫的附有叢枝菌根的植物。此外，植物必須適應當?shù)氐臍夂驐l件，本地種應該是比較好的選擇。在退化土壤復墾過程中，叢枝菌根真菌有重要作用，它能緩解或免受高濃度重金屬對植物的毒害以及一定程度上提高植物營養(yǎng)狀況，尤其是磷。然而，這種共生關系在很大程度上將依賴于叢枝菌根真菌在重金屬過量的情況下對生態(tài)環(huán)境的適應程度。分離和篩選對逆境適應性強的共生體，無論是在理論上還是在實踐中都是核心問題。21綜上所述，菌根及其他一些微生物對復墾土壤改良具有重要作用。它可以克服工程復墾所造成的不利影響，促進植被的恢復，維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于工農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此，微生物復墾技術，尤其是利用叢枝菌根來進行復墾治理，具有廣闊的應用前景。在應用時應結合礦區(qū)的自然地理及氣候狀況，篩選出當?shù)氐膬?yōu)勢菌種，在進一步明確菌根功能的情況下，充分發(fā)揮微生物的生物多樣性特性，接種