艾 國，王勁超，鄧仲勛，尚瑞勇，陳 花

（1.神木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 神木 719300；2.榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林 719000）

陜西省擁有大量煤炭資源，資源的開發(fā)雖然帶動了經(jīng)濟的發(fā)展，但也帶來了不容忽視的負(fù)面影響。煤炭開采造成了區(qū)域的水土流失和土壤的荒漠化以及重金屬污染，不利于植物的生長，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)受到不同程度地破壞［1］。土壤是地表生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵因子，決定著生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。因此，煤礦區(qū)土壤修復(fù)是實現(xiàn)礦區(qū)煤炭資源可持續(xù)利用的根本途徑。

煤氣化渣（以下簡稱氣化渣）的產(chǎn)生是煤與氧氣或富氧空氣發(fā)生不完全燃燒生成CO 與H2的過程中，煤中無機礦物質(zhì)經(jīng)過不同的物理化學(xué)轉(zhuǎn)變伴隨著煤中殘留的碳顆粒形成的固態(tài)殘渣，分為粗渣和細(xì)渣［2］。氣化渣具有內(nèi)部多孔、均質(zhì)顆粒性、類活性炭和質(zhì)輕的特點。用于土壤中，既能疏松土壤又能為土壤微生物菌群落提供良好的寄居環(huán)境，促進土壤有益微生物菌群的繁殖。相玉琳等［3］的試驗證明改性氣化渣對黑沙蒿生長發(fā)育有積極影響。劉娜等［4］的試驗證明復(fù)配氣化渣可以更好地促進沙地苜蓿的生長。以上研究結(jié)果均表明，氣化渣在一定程度上具有改善土壤肥力的功效。

菌糠是利用秸稈、木屑等原料進行食用菌代料栽培，收貨后的培養(yǎng)基剩余物，俗稱食用菌栽培廢料、菌渣或余料。張馨予［5］進行了食用菌廢舊培養(yǎng)料（菌糠）轉(zhuǎn)化為有機肥的研究，表明菌糠里大量的蛋白類有機質(zhì)為微生物的生長提供了保障；衛(wèi)智濤等［6］認(rèn)為食用菌糠中也有很多的營養(yǎng)價值；劉?。?］開展了菌糠修復(fù)水土環(huán)境中重金屬污染的研究，表明菌糠對重金屬離子具有很好的吸附效果；劉兆偉等［8］通過試驗得出改性菌糠對重金屬具有一定的吸附作用；范盛遠(yuǎn)等［9］發(fā)現(xiàn)未改性菌糠對重金屬離子也具有一定的吸附能力。以上研究結(jié)果均表明，菌糠在土壤改良方面具有較高的營養(yǎng)價值和吸附重金屬的功效。

本研究結(jié)合菌糠和氣化渣的上述優(yōu)點，通過二者的科學(xué)配比，研究其對礦區(qū)土壤中微生物類群數(shù)量的影響，以此探究其對礦區(qū)污染土壤的改良和修復(fù)的可行性。對氣化渣和菌糠的固廢利用以及礦區(qū)污染土壤的改良與修復(fù)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料

氣化渣：陜西未來能源化工有限公司提供；粗渣∶細(xì)渣=7∶3（質(zhì)量比）。

礦區(qū)污染土壤：采自北緯38°26′、東經(jīng)109°43′的陜西省榆林市榆陽區(qū)某煤礦區(qū)，5年以上的煤矸石山外圍1 m 以內(nèi)的區(qū)域，用土鉆采集距表層土0～20 cm 的土壤。

平菇菌糠：采自陜西省榆林市草溝村食用菌種植大棚，挑選無霉變、無腐爛且菌絲潔白的菌糠。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

1）氣化渣與平菇菌糠的不同配比組合?？瞻讓φ战M（CK1）：土壤300 g；處理對照組（CK2）：土壤300 g、平菇菌糠45 g（15%）；試驗組一（T1）：平菇菌糠45 g（15%）、氣化渣30 g（10%）、土壤300 g；試驗組二（T2）：平菇菌糠45 g（15%）、氣化渣60 g（20%）、土壤300 g；試驗組三（T3）：平菇菌糠45 g（15%）、氣化渣90 g（30%）、土壤300 g；試驗組四（T4）：平菇菌糠45 g（15%）、氣化渣120 g（40%）、土壤300 g。每天稱量補水保持田間土壤持水量為40%。

2）對土壤進行取樣。將上述處理后的氣化渣、菌糠和礦區(qū)土壤按照一定比例混合后施入花盆中，每個處理3 次重復(fù)，共計18 盆。單次測定時，在花盆中通過5 點取樣法取出5 cm 處的土壤，隨后進行微生物類群數(shù)量的測定。單次測定時間間隔為6 d，試驗期內(nèi)共測定3 次。

3）樣品處理。將單次測定時采集的土樣充分混勻后，制備不同稀釋倍數(shù)的土壤懸液，然后將配制好的土壤懸液分別接種于相應(yīng)的培養(yǎng)皿，在恒溫箱中培養(yǎng)2～6 d 后，運用平板菌落法對各培養(yǎng)皿中的菌落進行計數(shù)。土壤懸液制備方法采用稀釋平板分離法［10］。

4）微生物培養(yǎng)基的制備及其培養(yǎng)。配制不同微生物所需的培養(yǎng)基，采用高溫高壓滅菌后，分別在超凈工作臺上倒入無菌玻璃培養(yǎng)皿中，制成培養(yǎng)細(xì)菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌、氨化細(xì)菌和纖維素分解細(xì)菌的固體培養(yǎng)基平板，超凈工作臺上靜置，待其凝固，備用。再取上述稀釋好的待測樣品0.1 mL，分別接入對應(yīng)標(biāo)號的玻璃培養(yǎng)皿中，每組樣品的每個稀釋度做3 個重復(fù)。細(xì)菌、放線菌采用10-4的稀釋液接種，真菌、纖維素分解菌采用10-2的稀釋液接種，芽孢桿菌和氨化菌分別采用10-3和10-5稀釋液接種。

細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，恒溫37 ℃培養(yǎng)2 d 后計數(shù)；放線菌采用高氏1 號培養(yǎng)基，恒溫37 ℃培養(yǎng)6 d 后計數(shù)；真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，恒溫30 ℃培養(yǎng)7 d 后計數(shù)；芽孢桿菌采用肉湯瓊脂培養(yǎng)基，恒溫37 ℃培養(yǎng)2 d 后計數(shù)；氨化細(xì)菌采用蛋白胨氨化培養(yǎng)基，恒溫30 ℃培養(yǎng)2 d 后計數(shù)；纖維素分解細(xì)菌采用赫奇遜氏培養(yǎng)基，恒溫37 ℃培養(yǎng)6 d 后計數(shù)［10］。

1.2.2 指標(biāo)測定與方法 土壤微生物類群數(shù)量的測定方法均采用平板菌落計數(shù)法。經(jīng)過培養(yǎng)，由每個單細(xì)胞生長繁殖而形成肉眼可見的菌落，即1 個單菌落代表原樣品中的1 個單細(xì)胞；統(tǒng)計菌落數(shù)，根據(jù)其稀釋倍數(shù)和取樣接種量換算出樣品中的含菌數(shù)。計算公式如下：

式中，M為菌落平均數(shù)；D為稀釋倍數(shù)；W為土壤烘干的質(zhì)量（g）。分別在2022年3月26日、4月2日、4月9日進行3 次取樣測定［10］。

1.2.3 統(tǒng)計分析 利用WPS Office 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理；各項指標(biāo)使用SPSS 26.0 軟件進行單因素方差分析，并用SNK 法對各處理平均數(shù)進行比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖1 可知，在取樣時段內(nèi)氣化渣配施平菇菌糠處理均表現(xiàn)為隨氣化渣含量增加，細(xì)菌數(shù)量呈先升后降的趨勢。CK2 與CK1 相比，加入平菇菌糠的土壤細(xì)菌數(shù)量均顯著高于CK1（P＜0.05），表明礦區(qū)土壤中施入菌糠有利于細(xì)菌的繁殖；氣化渣處理與CK2 相比，加入氣化渣和菌糠后土壤中的細(xì)菌數(shù)量均顯著高于CK2（P＜0.05），其中，T3 的土壤細(xì)菌數(shù)量達到最高，較CK2 分別增加了23.03%、21.02%、13.46%，且該處理下的細(xì)菌數(shù)量在第0 天和第14 天時均顯著高于其他氣化渣處理。氣化渣配施15%平菇菌糠能有效促進土壤細(xì)菌的增殖，且在氣化渣含量為30%時效果最佳。

圖1 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中細(xì)菌數(shù)量的影響

2.2 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中放線菌數(shù)量的影響

由圖2 可知，各處理土壤放線菌隨時間的延長其數(shù)量呈上升趨勢，均在第14 天達到最大值，但CK1 在14 d 內(nèi)土壤放線菌增幅不明顯，CK2 土壤放線菌數(shù)量要高于CK1，3 次取樣分別增加了50%、150%、167%，均達到了顯著水平（P＜0.05）。氣化渣處理與CK2 相比，礦區(qū)土壤在添加15%平菇菌糠的基礎(chǔ)上施入一定量的氣化渣后，均可提高土壤放線菌的數(shù)量，其中，T3 在整個試驗時段內(nèi)均顯著高于CK2 和其他氣化渣處理。經(jīng)過處理后，30%的氣化渣配施15%的平菇菌糠可以顯著提高煤礦區(qū)污染土壤放線菌數(shù)量。

圖2 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中放線菌數(shù)量的影響

2.3 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中真菌數(shù)量的影響

由圖3 可知，隨時間的延長，各處理真菌數(shù)量與細(xì)菌、放線菌的變化趨勢一致，也呈上升趨勢，在第14 天土壤真菌數(shù)量最大。與CK1 相比，加入平菇菌糠的CK2 真菌數(shù)量要高于CK1，且兩者之間存在顯著差異（P＜0.05）；在第0 天和第14 天時，CK2 與T1差異不顯著，其他處理差異均顯著，且3 次取樣中T3的土壤真菌數(shù)量均處于最高水平，該處理較CK2 分別增加了139.13%、127.27%、136.36%。氣化渣配施平菇菌糠可以顯著提高煤礦區(qū)污染土壤中真菌的數(shù)量，且在30%的氣化渣含量下效果顯著。

圖3 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中真菌數(shù)量的影響

2.4 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中芽孢桿菌數(shù)量的影響

由圖4 可知，土壤芽孢桿菌數(shù)量隨時間推移呈上升趨勢。CK2 與CK1 相比，土壤芽孢桿菌數(shù)量均高于CK1，分別增加了99.11%、98.50%、97.84%，表明菌糠促進了芽孢桿菌的生長繁殖，使煤礦區(qū)污染土壤芽孢桿菌數(shù)量增加。試驗結(jié)果也表明，氣化渣處理也顯著高于CK2。氣化渣處理間比較，隨氣化渣含量的增加，土壤芽孢桿菌的數(shù)量呈先增后降趨勢，在氣化渣含量為30%（T3）時，達到了最高水平，該處理顯著高于其他處理，第0 天、第7 天和第14 天的T3 較CK2 分別增加了114.53%、59.16%、73.78%。氣化渣配施平菇菌糠可以促進礦區(qū)土壤芽孢桿菌菌數(shù)量的增加，其中30%的氣化渣配施平菇菌糠的效果最好。

圖4 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中芽孢桿菌數(shù)量的影響

2.5 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中氨化菌數(shù)量的影響

由圖5 可知，CK1 氨化菌的數(shù)量顯著低于CK2（P＜0.05），較CK2 分別降低了98.00%、96.10%、96.85%，表明菌糠有利于氨化菌的生長繁殖。施入15%平菇菌糠的礦區(qū)土壤，隨氣化渣含量的增加，氨化菌的數(shù)量呈先增后降趨勢，在氣化渣含量為30%（T3）時，達到了最高水平。整個試驗期間，30%氣化渣處理顯著高于其他處理。氣化渣配施平菇菌糠能促進礦區(qū)土壤中氨化菌數(shù)量的增加，其中，氣化渣含量在30%時配施15%的平菇菌糠可使氨化菌數(shù)量達到最高水平，土壤氨化細(xì)菌的優(yōu)勢明顯。

圖5 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中氨化菌數(shù)量的影響

2.6 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中纖維素分解菌數(shù)量的影響

由圖6 可知，CK2 與CK1 相比，平菇菌糠的加入可使礦區(qū)土壤纖維素分解菌數(shù)量顯著增加（P＜0.05）。氣化渣處理中土壤纖維素分解菌的數(shù)量均高于CK2。隨氣化渣含量的增加，T3 的土壤纖維素分解菌數(shù)量顯著高于其他氣化渣處理（P＜0.05），并較CK2 分別增加了176.00%、122.58%、79.23%。氣化渣配施平菇菌糠有利于礦區(qū)污染土壤中纖維素分解菌生長繁殖，其中30%的氣化渣配施15%的平菇菌糠達到最佳效果。

圖6 氣化渣配施平菇菌糠對煤礦區(qū)污染土壤中纖維素分解菌數(shù)量的影響

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

煤礦區(qū)土壤添加15%平菇菌糠的基礎(chǔ)上施入氣化渣，提高了土壤細(xì)菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌、氨化菌、纖維素分解菌的豐度，且在氣化渣含量為30%時，土壤微生物數(shù)量較15%菌糠單一處理顯著增大（P＜0.05）；與其他復(fù)合處理相比，除第7 天與40%氣化渣配施15%平菇菌糠處理下的細(xì)菌數(shù)量無顯著差異外，其他均達到顯著水平。綜上，煤礦區(qū)土壤添加氣化渣復(fù)配平菇菌糠后，土壤微生物數(shù)量得到了顯著提高，氣化渣和平菇菌糠的質(zhì)量配比為2∶1。

3.2 討論

細(xì)菌在土壤中分布非常廣泛，周東興等［11］研究表明，細(xì)菌能在一定條件下降解土壤中有害物質(zhì)，從而改善土壤肥力，有利于植被的生長發(fā)育；林雁冰［12］研究結(jié)果顯示，放線菌在一定程度上能吸收土壤中有害的重金屬離子；王文琦等［13］認(rèn)為真菌可分解土壤中重金屬物質(zhì)，降低土壤污染程度；纖維素分解菌對土壤中的有機質(zhì)有一定的轉(zhuǎn)化作用，給植被提供生長發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)［14］；芽孢桿菌作為主要改良劑對農(nóng)作物的生長發(fā)育有積極的作用［15］，分解有機質(zhì)，提高土壤肥效；王晶瑩［16］的研究結(jié)果可以清晰地看出，施肥處理后的土壤氨化菌數(shù)量有顯著增加，氨化菌的轉(zhuǎn)氨能力得到增加，提高土壤有機質(zhì)的含量。

以上研究均表明，土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌、氨化菌和纖維素分解菌可作為反映土壤理化性質(zhì)的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，CK2 中加入平菇菌糠，有利于細(xì)菌、放線菌、真菌、芽孢桿菌、氨化菌和纖維素分解菌數(shù)量的增加，這與董卿和張琳2 組團隊得出的結(jié)果基本一致。董卿等［17］認(rèn)為醋糟菌糠對細(xì)菌、放線菌、真菌量的增加有促進作用，張琳等［18］的研究結(jié)果也證實了雙孢蘑菇菌糠作基肥對玫瑰園地土壤微生物數(shù)量有促進作用，原因是菌糠含有部分未完全降解的有機質(zhì)，經(jīng)微生物分解后產(chǎn)生了大量的菌體蛋白、維生素和氨基酸，加之菌糠中還含有大量的氮、磷、鉀和微量元素，這些有機物和無機物滿足了微生物生長繁殖所需的營養(yǎng)［19，20］，從而導(dǎo)致CK2 較CK1 中的微生物數(shù)量顯著增多。

氣化渣配施平菇菌糠對土壤微生物數(shù)量的增效普遍優(yōu)于CK2（菌糠單獨處理），其中，在氣化渣含量為30%時配施15%平菇菌糠的效果最好，差異顯著（P＜0.05）；Zhu 等［21］研究煤氣化細(xì)渣在堿沙地土壤修復(fù)中的應(yīng)用，在土壤中添加20%的煤氣化細(xì)渣能有效地改善堿沙地土壤的容量、pH、保水能力等理化性質(zhì)，同時利用化學(xué)和植物吸收試驗對煤氣化細(xì)渣用作硅肥的潛力進行研究，結(jié)果表明，在相同的條件下，煤氣化細(xì)渣的可提取硅含量高于其他硅源樣品；水稻生長試驗莖的強度指數(shù)和總硅含量表明，5%的煤氣化細(xì)渣對水稻的生長有顯著的促進作用［22］。結(jié)合前人研究結(jié)果，推測氣化渣促進土壤微生物數(shù)量提高的因素，氣化渣具有改善土壤的容量、pH、保水能力，從而使微生物數(shù)量增加；氣化渣中含有的硅、鎂、鐵等元素有利于土壤有機質(zhì)的分解，在一定程度上可以改善土壤肥效；氣化渣含有微生物生長繁殖所需的必要元素（碳、氧、磷、硫、鉀、鈣）等，所以氣化渣的加入有利于微生物的生長繁殖，30%氣化渣的加入可使微生物處于最活躍狀態(tài)。在礦區(qū)土壤中加入40%含量的氣化渣時，相對于30%氣化渣下的土壤微生物生長繁殖受到了抑制，原因可能是氣化渣含有少量有害微量元素（Be、Cr、Co、Ni、Pb等）［23］超出菌糠的凈化吸附能力，導(dǎo)致微生物的生長繁殖受到抑制。

綜上所述，適量的氣化渣配施平菇菌糠作為煤礦區(qū)污染土壤修復(fù)劑，在一定程度上可以促進土壤有益微生物的生長繁殖，微生物作為土壤的重要組成成分，進一步促進了土壤肥料的轉(zhuǎn)換和吸收，有利于植物的良好生長，達到對礦區(qū)污染土壤修復(fù)的目的。