以下內容來自《微生物學通報》，摘要：煤炭作為重要的能源物質，在生產活動中需求量巨大，但長期的煤炭開采會對礦區生態環境帶來極大破壞。微生物修復作為一種對環境友好、操作簡單、經濟成本低的修復方式，在煤礦區生態系統恢復中有廣泛的應用前景。利用微生物復合菌劑對煤礦區排土場地進行修復。通過微生物的代謝活動以及與植物根系的相互作用，實現修復煤礦破碎生態環境的目的。方法：借助16S rRNA基因高通量測序技術對修復場地微生物群落結構進行分析。通過監測試驗場地土壤營養成分、重金屬含量以及場地蕎麥植株生長狀況，評價了微生物修復效果，并初步探究了微生物所發揮的功能。結果：試驗場地中存在有多種具有修復能力的菌種，微生物菌劑的加入降低了試驗場地微生物多樣性，但對土著微生物群落結構的影響較小。經過150天的現場修復，場地有機質含量提高70%，總氮含量提升20%，總鉀含量提升48.4%。速效氮、磷、鉀也分別提升40%、26.8%和24.2%，土壤肥力得到顯著恢復。場地有機質、速效磷和速效鉀含量在修復期內呈現出增長趨勢，表明功能微生物持續為植物生長提供高效的營養物質。場地砷含量降低49%，銅含量降低41%，表明微生物對場地(類)重金屬起到了修復作用。微生物通過促進植株根系生長，提高了植株對營養物質的吸收和利用，場地蕎麥株高提高30%，干重提升100%，粗蛋白含量提高22.4%。結論：微生物菌劑顯著提高了試驗場地的土壤肥力，抑制了土壤重金屬毒害作用，并有效地促進了場地經濟作物的生長。微生物修復在煤礦區破損生態系統的恢復上具有巨大的應用價值。

前言：煤炭作為我國經濟社會發展的主要能源物質，隨著社會發展，年需求總量增速將保持在2%以上。內蒙古自治區、甘肅省和陜西省等西北地區儲備著豐富的煤炭資源，是我國煤炭的主要產地之一。目前，我國煤炭總儲量約為1.73萬億噸，占據全世界煤炭總儲量的13%，年產量超過13億噸。然而，采礦活動被認為是環境污染的主要來源之一，會對礦區周邊的生態環境造成嚴重危害。一方面，采礦活動破壞了采礦區土地完整性，對周邊環境土壤原有功能造成影響，嚴重抑制礦區和周邊植被的生長，降低植被覆蓋度，造成水土流失、土地荒漠化等后果。此外，煤炭開采過程中伴隨有大量煤矸石等殘渣的產生，大量廢渣的堆放也難以處理。另一方面，采礦活動也是土壤重金屬污染的主要來源，煤矸石中的重金屬在被水淋溶時會持續釋放到環境中，嚴重污染礦區周邊土壤、河流和地下水。

近年來，煤炭區環境污染問題備受關注，對開采場地環境修復的重視日益增強。我國面臨著艱巨的礦山修復任務。一方面，歷史遺留污染場地規模巨大，近一半的礦山需要進行生態環境修復；另一方面，每年新增的損毀場地中有超過一半未得到有效治理，更加劇了生態修復的艱巨性。目前，已有多種方法應用于礦山生態修復中，包括物理法、化學法和生物法等。物理方法是通過工程實施的方式進行場地修復，包括客土、電動修復和電熱修復等形式。化學法主要利用各種化學試劑，通過鈍化、溶解或降解等方式去除土壤污染，包括化學淋洗、化學鈍化以及生物-化學聯合修復等方法。生物法則是利用植物和微生物的新陳代謝和生命活動，對土壤中的有害物質進行吸附、富集、轉化和降解，最終通過修復土壤生態系統使環境恢復到良好狀態。在選擇修復方法時，需要考慮土壤受損程度、受損范圍以及日后的利用方式，同時經濟因素也是影響選擇的重要因素。我國礦山生態修復工作量巨大、修復成本高昂，因此推進進程相對緩慢。

土壤微生物在生態系統中發揮著重要作用，在礦區生態恢復中具有巨大的應用潛力。一方面，通過微生物的代謝作用可以降低土壤環境中有害物質的活性，或將其降解為無害物質，達到修復環境的目的；另一方面，微生物可以通過調節土壤營養物質循環過程加速場地生態系統的恢復。與傳統的化學和物理修復技術相比，微生物修復技術因操作簡單、成本低廉和對環境友好等特點受到廣泛關注。目前，已有多種微生物被分離篩選出來并應用于環境修復當中，可以通過生物固氮、固碳、解磷等形式為場地補充肥力，或通過產生植物激素、抑制場地病原菌和降低污染物濃度等形式起到修復污染場地和促進植被恢復的功能。但是，目前對于環境微生物的研究還集中在實驗室階段，對場地實際修復的研究還較為缺少。

接種功能微生物是一種經濟、環保的促進植被生長的方式。固氮菌、固碳菌、解磷菌、解鉀菌和硫酸鹽還原菌等功能微生物在土壤生態系統中發揮著重要的作用，已被廣泛應用于農業生產中。解磷菌和解鉀菌是一類能夠將土壤中的磷、鉀化合物轉化為可被植物吸收利用形式的微生物，可以促進土壤營養物質循環，提高土壤肥力，提高植物對營養物質的吸收利用。硫酸鹽還原菌是一類利用硫酸鹽作為電子受體進行能量代謝的微生物，將硫酸鹽還原為硫化物，同時產生能量來維持生存。產生的硫化物會與土壤中的重金屬離子結合形成穩定的硫化物，從而降低重金屬離子的毒害作用。也可以通過微生物的吸附作用將重金屬離子吸收到微生物體內進行儲存和轉化，從而降低土壤環境中重金屬濃度。同時，硫酸鹽還原菌也在地球生態系統的硫循環中發揮著重要作用，參與了有機物的分解和轉化過程，為植物生長提供硫元素。 

目前，對于微生物修復的研究較多集中于實驗室階段，在實際場地的應用較為缺少。采用微生物技術對西北礦產開采區進行生態環境修復，在我國環境修復領域還缺少研究實例。本研究利用前期篩選的多種功能微生物菌種構建微生物復合菌劑，并將其應用于西北典型煤礦破損生態區的修復過程中。旨在通過激活場地原位微生物群落結構達到恢復場地生態的目的。采用宏基因組技術對土壤微生物群落結構進行分析，并監測土壤營養物質變化和作物生長情況，以評估場地修復效果。通過分析，希望深入揭示微生物修復煤礦破碎生態區過程中微生物、土壤環境及植物之間的相互作用，為微生物修復技術的推廣提供更多的數據基礎與理論依據。

討論：微生物作為土壤生態系統的重要組成部分，在土壤環境中扮演“分解者”和“貢獻者”的雙重身份，通過代謝作用在土壤物質循環過程中起著極其重要的作用。微生物修復技術利用微生物適應能力強、代謝底物范圍廣、生長迅速等優點對環境進行修復，使修復場地更加適宜植物生長。越來越多的功能微生物被分離篩選出來，并證明具有較好的環境修復能力，但目前，絕大多數微生物修復菌種的研究還停留在實驗室階段，對于修復場地實際修復的探究還較為欠缺。西北地區擁有大量的煤炭儲備資源，長期的煤炭開采給當地的生態環境帶來嚴重破壞，西北地區干旱、多風的氣候特點也使得生態環境修復難度極大。微生物修復在西北礦產開采區的應用尚處于起步階段，缺乏相關的研究為微生物修復技術的推廣提供理論依據與應用實例。

在本研究中，通過噴淋功能微生物菌劑的形式對西北地區某典型煤礦區域進行修復，在150天的修復期內，場地植被生長狀態良好，植被覆蓋度最終能超過95%。在微生物菌劑的作用下土地肥力得到提升，有機質、速效磷和速效鉀含量持續增長。同時，微生物菌劑的加入降低了土壤重金屬含量并抑制了重金屬淋溶過程。功能微生物與植物根際相互作用，對植物根系生長起到明顯的促進作用，提高了植株對營養物質的吸收和利用。

對場地微生物群落進行分析檢測，試驗場地在經過施肥和作物種植等人為干預后，微生物群落結構朝著有利于生態恢復的方向發展。場地優勢微生物菌屬在前人研究中有著一定的環境修復潛力。鞘氨醇單胞菌是在環境中廣泛存在的一類微生物，其具有的廣泛的代謝能力，可以降解很多有機污染物質，對重金屬也有很好的耐受和固化作用，在環保領域有著廣泛的應用。該菌屬對于作物生長和種子萌發也有很好的促進作用，在農業生產和礦區生態恢復上也具有潛力。黃色土壤桿菌屬在提供氮元素和減弱重金屬脅迫方面有著很好的功能。因此，我們可以通過生物刺激的方式激活場地土著微生物，發揮場地修復的功能。在進行了微生物菌劑噴淋和修復后，場地微生物群落辛普森系數和特有OTU均出現顯著下降，表明場地微生物物種多樣性下降。微生物菌劑的加入往往會提高場地微生物多樣性，這也被認為是一種提高土壤肥力的指標。然而，試驗場地出現物種多樣性降低可能是由于微生物間的生存競爭和生態系統改變等導致的。外源微生物會與土著微生物競爭營養資源和生存空間，導致部分土著微生物難以獲取營養物質和生存環境，造成物種多樣性降低。菌劑中的功能微生物進入場地后可能會對場地的理化性質產生一定的改變，從而影響原有微生物的生態環境，進而使得微生物多樣性降低。對于試驗場地微生物多樣性降低的具體原因和功能微生物與土著微生物之間的相互作用，還需要進一步深入地分析。

對0、90和150天這3個時間段內場地有機質、總氮、速效磷和速效鉀含量進行分析顯示，場地經過150天的修復后，土壤肥力得到了明顯改善。相較于對照區域，有機質、總氮、總磷、總鉀和速效氮磷鉀含量均有了明顯提升，這一現象表明，解磷菌和解鉀菌等功能微生物在修復期內持續發揮功能。土壤有機質含量的提升，說明土壤肥力得到改善。土壤有機質含量在整個修復周期內出現持續上升趨勢，0-90天有機質含量提升了0.49克/公斤，而90-150天有機質含量提升了4.62克/公斤，說明除去微生物菌劑攜帶進入的營養物質外，在植被和微生物的共同作用下，土壤營養物質得到了持續的固定和積累。相較于對照區，修復區有機質含量提高了2.44克/公斤，證明微生物修復在提高土壤有機質肥力方面具有極高的應用潛力。有機質含量的提升也反映出場地碳匯能力得到提高，土壤碳匯能力的增加，對于全球碳循環有著積極影響，表明微生物修復在全球碳中和的進程中可以發揮重要作用。

微生物菌劑的加入對于采礦區重金屬污染防治，也有著明顯的修復效果。采礦活動作為土壤重金屬的主要來源之一，大量的重金屬會伴隨著礦產的開采和礦渣堆積而對周邊土壤造成污染。微生物修復方式已被廣泛運用于各種重金屬污染修復應用中。在修復過程中，試驗場地砷和銅含量降低，表明微生物菌劑起到了對重金屬的吸附和轉化作用。鎳增長速度放緩，說明微生物菌劑對試驗場地重金屬淋溶過程起到了抑制作用。利用微生物技術修復煤礦區破碎生態系統，不僅能夠提高場地肥力、促進植被生長，也能夠控制場地重金屬污染。這種多方面兼顧的修復方式，是微生物修復優于常規物理、化學修復的優勢所在。在微生物菌劑的作用下，試驗場地的蕎麥植株生長得到了極大的促進，主要體現在根系生長、植株干重和粗蛋白含量等方面。試驗區的蕎麥植株干重明顯高于對照區和施肥區，這表明了植物在微生物菌劑的作用下能夠存儲更多的營養物質，從而增強了對不利環境的抵抗能力。通過比較植物的根系生長情況可以看出，微生物修復區的蕎麥植株根系更為發達，側根數量提升明顯。這種根系結構的改善，對于植物吸收營養物質和提供微生物生長環境都非常有利。施肥區各項營養物質含量要高于微生物修復區，但植物生長狀態卻低于微生物修復場地植株，這也體現出微生物-植物相互作用對生態修復的促進作用。

微生物修復技術在恢復煤礦區破碎生態系統方面表現出了良好的效果，其因應用范圍廣、操作簡單、環境友好等特點受到了廣泛關注。通過現場試驗驗證，證明了微生物修復技術在煤礦區生態系統修復中起到積極作用，為該技術在礦山環境治理領域的應用提供了理論和實踐基礎，也為污染場地破損生態區的修復提供了新思路。