以下内容来自《微生物学通报》，摘要：煤炭作为重要的能源物质，在生产活动中需求量巨大，但长期的煤炭开采会对矿区生态环境带来极大破坏。微生物修复作为一种对环境友好、操作简单、经济成本低的修复方式，在煤矿区生态系统恢复中有广泛的应用前景。利用微生物复合菌剂对煤矿区排土场地进行修复。通过微生物的代谢活动以及与植物根系的相互作用，实现修复煤矿破碎生态环境的目的。方法：借助16S rRNA基因高通量测序技术对修复场地微生物群落结构进行分析。通过监测试验场地土壤营养成分、重金属含量以及场地荞麦植株生长状况，评价了微生物修复效果，并初步探究了微生物所发挥的功能。结果：试验场地中存在有多种具有修复能力的菌种，微生物菌剂的加入降低了试验场地微生物多样性，但对土著微生物群落结构的影响较小。经过150天的现场修复，场地有机质含量提高70%，总氮含量提升20%，总钾含量提升48.4%。速效氮、磷、钾也分别提升40%、26.8%和24.2%，土壤肥力得到显著恢复。场地有机质、速效磷和速效钾含量在修复期内呈现出增长趋势，表明功能微生物持续为植物生长提供高效的营养物质。场地砷含量降低49%，铜含量降低41%，表明微生物对场地(类)重金属起到了修复作用。微生物通过促进植株根系生长，提高了植株对营养物质的吸收和利用，场地荞麦株高提高30%，干重提升100%，粗蛋白含量提高22.4%。结论：微生物菌剂显著提高了试验场地的土壤肥力，抑制了土壤重金属毒害作用，并有效地促进了场地经济作物的生长。微生物修复在煤矿区破损生态系统的恢复上具有巨大的应用价值。

前言：煤炭作为我国经济社会发展的主要能源物质，随着社会发展，年需求总量增速将保持在2%以上。内蒙古自治区、甘肃省和陕西省等西北地区储备着丰富的煤炭资源，是我国煤炭的主要产地之一。目前，我国煤炭总储量约为1.73万亿吨，占据全世界煤炭总储量的13%，年产量超过13亿吨。然而，采矿活动被认为是环境污染的主要来源之一，会对矿区周边的生态环境造成严重危害。一方面，采矿活动破坏了采矿区土地完整性，对周边环境土壤原有功能造成影响，严重抑制矿区和周边植被的生长，降低植被覆盖度，造成水土流失、土地荒漠化等后果。此外，煤炭开采过程中伴随有大量煤矸石等残渣的产生，大量废渣的堆放也难以处理。另一方面，采矿活动也是土壤重金属污染的主要来源，煤矸石中的重金属在被水淋溶时会持续释放到环境中，严重污染矿区周边土壤、河流和地下水。

近年来，煤炭区环境污染问题备受关注，对开采场地环境修复的重视日益增强。我国面临着艰巨的矿山修复任务。一方面，历史遗留污染场地规模巨大，近一半的矿山需要进行生态环境修复；另一方面，每年新增的损毁场地中有超过一半未得到有效治理，更加剧了生态修复的艰巨性。目前，已有多种方法应用于矿山生态修复中，包括物理法、化学法和生物法等。物理方法是通过工程实施的方式进行场地修复，包括客土、电动修复和电热修复等形式。化学法主要利用各种化学试剂，通过钝化、溶解或降解等方式去除土壤污染，包括化学淋洗、化学钝化以及生物-化学联合修复等方法。生物法则是利用植物和微生物的新陈代谢和生命活动，对土壤中的有害物质进行吸附、富集、转化和降解，最终通过修复土壤生态系统使环境恢复到良好状态。在选择修复方法时，需要考虑土壤受损程度、受损范围以及日后的利用方式，同时经济因素也是影响选择的重要因素。我国矿山生态修复工作量巨大、修复成本高昂，因此推进进程相对缓慢。

土壤微生物在生态系统中发挥着重要作用，在矿区生态恢复中具有巨大的应用潜力。一方面，通过微生物的代谢作用可以降低土壤环境中有害物质的活性，或将其降解为无害物质，达到修复环境的目的；另一方面，微生物可以通过调节土壤营养物质循环过程加速场地生态系统的恢复。与传统的化学和物理修复技术相比，微生物修复技术因操作简单、成本低廉和对环境友好等特点受到广泛关注。目前，已有多种微生物被分离筛选出来并应用于环境修复当中，可以通过生物固氮、固碳、解磷等形式为场地补充肥力，或通过产生植物激素、抑制场地病原菌和降低污染物浓度等形式起到修复污染场地和促进植被恢复的功能。但是，目前对于环境微生物的研究还集中在实验室阶段，对场地实际修复的研究还较为缺少。

接种功能微生物是一种经济、环保的促进植被生长的方式。固氮菌、固碳菌、解磷菌、解钾菌和硫酸盐还原菌等功能微生物在土壤生态系统中发挥着重要的作用，已被广泛应用于农业生产中。解磷菌和解钾菌是一类能够将土壤中的磷、钾化合物转化为可被植物吸收利用形式的微生物，可以促进土壤营养物质循环，提高土壤肥力，提高植物对营养物质的吸收利用。硫酸盐还原菌是一类利用硫酸盐作为电子受体进行能量代谢的微生物，将硫酸盐还原为硫化物，同时产生能量来维持生存。产生的硫化物会与土壤中的重金属离子结合形成稳定的硫化物，从而降低重金属离子的毒害作用。也可以通过微生物的吸附作用将重金属离子吸收到微生物体内进行储存和转化，从而降低土壤环境中重金属浓度。同时，硫酸盐还原菌也在地球生态系统的硫循环中发挥着重要作用，参与了有机物的分解和转化过程，为植物生长提供硫元素。 

目前，对于微生物修复的研究较多集中于实验室阶段，在实际场地的应用较为缺少。采用微生物技术对西北矿产开采区进行生态环境修复，在我国环境修复领域还缺少研究实例。本研究利用前期筛选的多种功能微生物菌种构建微生物复合菌剂，并将其应用于西北典型煤矿破损生态区的修复过程中。旨在通过激活场地原位微生物群落结构达到恢复场地生态的目的。采用宏基因组技术对土壤微生物群落结构进行分析，并监测土壤营养物质变化和作物生长情况，以评估场地修复效果。通过分析，希望深入揭示微生物修复煤矿破碎生态区过程中微生物、土壤环境及植物之间的相互作用，为微生物修复技术的推广提供更多的数据基础与理论依据。

讨论：微生物作为土壤生态系统的重要组成部分，在土壤环境中扮演“分解者”和“贡献者”的双重身份，通过代谢作用在土壤物质循环过程中起着极其重要的作用。微生物修复技术利用微生物适应能力强、代谢底物范围广、生长迅速等优点对环境进行修复，使修复场地更加适宜植物生长。越来越多的功能微生物被分离筛选出来，并证明具有较好的环境修复能力，但目前，绝大多数微生物修复菌种的研究还停留在实验室阶段，对于修复场地实际修复的探究还较为欠缺。西北地区拥有大量的煤炭储备资源，长期的煤炭开采给当地的生态环境带来严重破坏，西北地区干旱、多风的气候特点也使得生态环境修复难度极大。微生物修复在西北矿产开采区的应用尚处于起步阶段，缺乏相关的研究为微生物修复技术的推广提供理论依据与应用实例。

在本研究中，通过喷淋功能微生物菌剂的形式对西北地区某典型煤矿区域进行修复，在150天的修复期内，场地植被生长状态良好，植被覆盖度最终能超过95%。在微生物菌剂的作用下土地肥力得到提升，有机质、速效磷和速效钾含量持续增长。同时，微生物菌剂的加入降低了土壤重金属含量并抑制了重金属淋溶过程。功能微生物与植物根际相互作用，对植物根系生长起到明显的促进作用，提高了植株对营养物质的吸收和利用。

对场地微生物群落进行分析检测，试验场地在经过施肥和作物种植等人为干预后，微生物群落结构朝着有利于生态恢复的方向发展。场地优势微生物菌属在前人研究中有着一定的环境修复潜力。鞘氨醇单胞菌是在环境中广泛存在的一类微生物，其具有的广泛的代谢能力，可以降解很多有机污染物质，对重金属也有很好的耐受和固化作用，在环保领域有着广泛的应用。该菌属对于作物生长和种子萌发也有很好的促进作用，在农业生产和矿区生态恢复上也具有潜力。黄色土壤杆菌属在提供氮元素和减弱重金属胁迫方面有着很好的功能。因此，我们可以通过生物刺激的方式激活场地土著微生物，发挥场地修复的功能。在进行了微生物菌剂喷淋和修复后，场地微生物群落辛普森系数和特有OTU均出现显著下降，表明场地微生物物种多样性下降。微生物菌剂的加入往往会提高场地微生物多样性，这也被认为是一种提高土壤肥力的指标。然而，试验场地出现物种多样性降低可能是由于微生物间的生存竞争和生态系统改变等导致的。外源微生物会与土著微生物竞争营养资源和生存空间，导致部分土著微生物难以获取营养物质和生存环境，造成物种多样性降低。菌剂中的功能微生物进入场地后可能会对场地的理化性质产生一定的改变，从而影响原有微生物的生态环境，进而使得微生物多样性降低。对于试验场地微生物多样性降低的具体原因和功能微生物与土著微生物之间的相互作用，还需要进一步深入地分析。

对0、90和150天这3个时间段内场地有机质、总氮、速效磷和速效钾含量进行分析显示，场地经过150天的修复后，土壤肥力得到了明显改善。相较于对照区域，有机质、总氮、总磷、总钾和速效氮磷钾含量均有了明显提升，这一现象表明，解磷菌和解钾菌等功能微生物在修复期内持续发挥功能。土壤有机质含量的提升，说明土壤肥力得到改善。土壤有机质含量在整个修复周期内出现持续上升趋势，0-90天有机质含量提升了0.49克/公斤，而90-150天有机质含量提升了4.62克/公斤，说明除去微生物菌剂携带进入的营养物质外，在植被和微生物的共同作用下，土壤营养物质得到了持续的固定和积累。相较于对照区，修复区有机质含量提高了2.44克/公斤，证明微生物修复在提高土壤有机质肥力方面具有极高的应用潜力。有机质含量的提升也反映出场地碳汇能力得到提高，土壤碳汇能力的增加，对于全球碳循环有着积极影响，表明微生物修复在全球碳中和的进程中可以发挥重要作用。

微生物菌剂的加入对于采矿区重金属污染防治，也有着明显的修复效果。采矿活动作为土壤重金属的主要来源之一，大量的重金属会伴随着矿产的开采和矿渣堆积而对周边土壤造成污染。微生物修复方式已被广泛运用于各种重金属污染修复应用中。在修复过程中，试验场地砷和铜含量降低，表明微生物菌剂起到了对重金属的吸附和转化作用。镍增长速度放缓，说明微生物菌剂对试验场地重金属淋溶过程起到了抑制作用。利用微生物技术修复煤矿区破碎生态系统，不仅能够提高场地肥力、促进植被生长，也能够控制场地重金属污染。这种多方面兼顾的修复方式，是微生物修复优于常规物理、化学修复的优势所在。在微生物菌剂的作用下，试验场地的荞麦植株生长得到了极大的促进，主要体现在根系生长、植株干重和粗蛋白含量等方面。试验区的荞麦植株干重明显高于对照区和施肥区，这表明了植物在微生物菌剂的作用下能够存储更多的营养物质，从而增强了对不利环境的抵抗能力。通过比较植物的根系生长情况可以看出，微生物修复区的荞麦植株根系更为发达，侧根数量提升明显。这种根系结构的改善，对于植物吸收营养物质和提供微生物生长环境都非常有利。施肥区各项营养物质含量要高于微生物修复区，但植物生长状态却低于微生物修复场地植株，这也体现出微生物-植物相互作用对生态修复的促进作用。

微生物修复技术在恢复煤矿区破碎生态系统方面表现出了良好的效果，其因应用范围广、操作简单、环境友好等特点受到了广泛关注。通过现场试验验证，证明了微生物修复技术在煤矿区生态系统修复中起到积极作用，为该技术在矿山环境治理领域的应用提供了理论和实践基础，也为污染场地破损生态区的修复提供了新思路。