摘要：露天礦高陡坡面的開(kāi)采活動(dòng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的生態(tài)破壞，諸如土壤退化、重金屬污染及水土流失等問(wèn)題顯著增加了生態(tài)修復(fù)的難度。綜述了露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，系統(tǒng)分析了微生物在土壤改良、重金屬污染控制及與植物協(xié)同作用中的機(jī)制。微生物通過(guò)分解有機(jī)質(zhì)、形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、固定和轉(zhuǎn)化重金屬，顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)保水能力，并降低重金屬的遷移性和生態(tài)毒性。同時(shí)，微生物與植物共生的協(xié)同作用顯著提升了植被恢復(fù)的成功率，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)的重建。結(jié)合典型案例分析，說(shuō)明微生物修復(fù)技術(shù)在無(wú)客土條件下展現(xiàn)出卓越的修復(fù)效果，特別是在重金屬污染嚴(yán)重的區(qū)域。提出未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)聚焦于菌種篩選優(yōu)化、修復(fù)策略調(diào)整及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的建立，以推動(dòng)微生物修復(fù)技術(shù)在礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微生物修復(fù)；露天礦；高陡坡面；土壤改良；重金屬污染；生態(tài)恢復(fù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD167""""""""" 文章編號(hào)：1001-1277（2024）12-0013-07

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20241203

引 言

露天礦高陡坡面的開(kāi)采活動(dòng)通常伴隨著大規(guī)模的地表擾動(dòng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)破壞［1］。這些坡面在礦石開(kāi)采過(guò)程中被剝離，土壤流失和植被破壞成為常態(tài)［2-3］。隨之而來(lái)的水土流失、土壤退化及重金屬污染，使得局部生態(tài)系統(tǒng)失去自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力［4］。這些環(huán)境問(wèn)題不僅局限于礦區(qū)內(nèi)部，還會(huì)影響周邊區(qū)域的土壤質(zhì)量和水資源，導(dǎo)致水系污染、土地荒漠化和生物多樣性減少［5-7］。隨著時(shí)間推移，生態(tài)破壞對(duì)區(qū)域氣候調(diào)節(jié)、碳吸收等生態(tài)服務(wù)功能也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，迫切需要生態(tài)修復(fù)措施來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)［8］。

露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)面臨復(fù)雜且多重的技術(shù)和資源挑戰(zhàn)。首先，由于大部分表土層在開(kāi)采過(guò)程中已經(jīng)流失，土壤嚴(yán)重貧瘠，缺乏必要的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)，植物很難在這樣的環(huán)境中定植［9］。陡峭的地形進(jìn)一步加劇了土壤結(jié)構(gòu)的脆弱性，導(dǎo)致水土流失加速［10］。其次，露天礦區(qū)普遍存在的重金屬污染，不僅破壞了土壤的生態(tài)功能，還阻礙了微生物和植物的正常生長(zhǎng)，傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)手段難以同時(shí)應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的生態(tài)問(wèn)題［8，11-12］。此外，極端氣候條件，如頻繁的干旱和暴雨，更為生態(tài)修復(fù)增加了難度［13］。因此，土壤貧瘠、地形復(fù)雜、污染嚴(yán)重與氣候極端等多重因素的疊加，顯著增加了露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)的難度和成本。

在應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，微生物修復(fù)技術(shù)展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。微生物通過(guò)分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)，恢復(fù)土壤養(yǎng)分的循環(huán)，進(jìn)而改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其保水性和肥力［9］。此外，微生物還能通過(guò)生物吸附和代謝反應(yīng)，將重金屬固定或轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒形態(tài)，顯著降低其生態(tài)毒性，為植物恢復(fù)創(chuàng)造了更安全的生長(zhǎng)環(huán)境［14］。這種技術(shù)不僅能在無(wú)客土條件下獨(dú)立應(yīng)用，還能與植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，形成微生物-植物協(xié)同作用，進(jìn)一步加速植被恢復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)重建［15］。與傳統(tǒng)的工程修復(fù)手段相比，微生物修復(fù)技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，并且可以長(zhǎng)期維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定［16］。本文詳細(xì)探討了微生物修復(fù)技術(shù)在土壤改良、重金屬污染控制和植被恢復(fù)中的作用機(jī)制，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外典型修復(fù)案例，展示其在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用效果。同時(shí)，分析了微生物修復(fù)技術(shù)在不同生態(tài)條件下的適應(yīng)性和推廣潛力，為未來(lái)生態(tài)修復(fù)工作提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐參考。

1 露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)工作極為復(fù)雜且充滿挑戰(zhàn)［17-18］。這主要是由于其生態(tài)環(huán)境的脆弱性和惡劣的地理?xiàng)l件，使得這些坡面在開(kāi)采后通常面臨顯著的生態(tài)退化問(wèn)題。開(kāi)采活動(dòng)導(dǎo)致土壤貧瘠、重金屬污染、水土流失等生態(tài)問(wèn)題相互交織，極大地增加了修復(fù)工作的難度［19］。此外，極端氣候條件的頻繁干擾進(jìn)一步加劇了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)難度［20］。為此，本文詳細(xì)分析了露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中面臨的六大關(guān)鍵挑戰(zhàn)，以期為生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用與優(yōu)化提供理論參考和實(shí)踐依據(jù)。

1.1 土壤退化

露天礦高陡坡面的開(kāi)采導(dǎo)致表土層的嚴(yán)重流失，破壞了土壤的物理結(jié)構(gòu)和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使得土壤松散且營(yíng)養(yǎng)缺乏［10］。土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著降低，導(dǎo)致肥力不足，植物難以獲取生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然定植與恢復(fù)。這種土壤退化的惡性循環(huán)進(jìn)一步降低了生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力，尤其是在坡面條件下，土壤易被侵蝕，修復(fù)難度不斷增加［21］。因此，土壤改良的核心任務(wù)是增加有機(jī)質(zhì)、穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，并提高其保水和供肥能力，從而為后續(xù)的植物恢復(fù)創(chuàng)造有利條件。

1.2 重金屬污染

重金屬污染是露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的主要障礙之一，礦石開(kāi)采和加工過(guò)程中釋放的重金屬元素（如鉛、鋅、鎘）通過(guò)地表徑流或土壤滲透積累，對(duì)土壤和水體造成長(zhǎng)期的生態(tài)毒性［22］。這些重金屬難以自然降解，不僅抑制植物的正常生長(zhǎng)，還破壞了土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步阻礙了生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。此外，重金屬通過(guò)食物鏈傳遞，對(duì)更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物，包括人類(lèi)，產(chǎn)生了潛在威脅。因此，控制重金屬污染是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的核心任務(wù)之一，需通過(guò)微生物固定、植物萃取及土壤改良等措施降低重金屬的遷移性和生物有效性。

1.3 水土流失

露天礦高陡坡面因坡度陡峭、植被破壞導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，雨水沖刷下，大量土壤顆粒被帶走，使得土壤貧瘠并造成下游區(qū)域淤積和水體污染［1］。水土流失的直接后果是土壤進(jìn)一步退化，土壤養(yǎng)分大量流失，植被恢復(fù)變得更加困難。嚴(yán)重的水土流失也會(huì)影響礦區(qū)的地形穩(wěn)定性，增加修復(fù)難度，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)重金屬污染的遷移問(wèn)題，使污染擴(kuò)展到礦區(qū)外的更大范圍［23］。因此，防止水土流失是高陡坡面生態(tài)修復(fù)的優(yōu)先任務(wù)之一，可以通過(guò)工程措施（如坡面加固）與生物措施（如植被覆蓋）相結(jié)合，達(dá)到穩(wěn)定坡面、減少水土流失的目的。

1.4 極端氣候

極端氣候條件，如干旱、高溫和暴雨，對(duì)露天礦高陡坡面的生態(tài)修復(fù)工作產(chǎn)生了顯著影響。干旱和高溫會(huì)降低土壤水分含量，抑制植物和微生物的生長(zhǎng)和繁殖，而暴雨則加劇了水土流失和重金屬污染的遷移，破壞了土壤的生態(tài)平衡［24］。這些極端氣候條件的頻繁發(fā)生，使得修復(fù)工作復(fù)雜化，不僅影響了植物的生長(zhǎng)，也對(duì)微生物的代謝活動(dòng)造成了抑制［25］。因此，針對(duì)極端氣候的適應(yīng)性修復(fù)措施，如耐旱植物和耐高溫微生物的使用，是礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要策略。

1.5 植物定植困難

植物定植是露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但由于土壤貧瘠、重金屬污染和水土流失的共同作用，植物成活率極低［26］。貧瘠土壤無(wú)法提供足夠的養(yǎng)分，重金屬毒性抑制根系發(fā)育，而水土流失使幼苗根系難以穩(wěn)固扎根［27］。這些問(wèn)題疊加，導(dǎo)致植被恢復(fù)進(jìn)展緩慢且成效不佳。提高植物定植成功率需要結(jié)合多種手段，如增加土壤有機(jī)質(zhì)、降低重金屬毒性、選擇抗逆性植物，并結(jié)合工程措施減少水土流失。

1.6 微生物生態(tài)系統(tǒng)失衡

露天礦高陡坡面微生物生態(tài)系統(tǒng)通常表現(xiàn)出多樣性降低、群落數(shù)量減少及生態(tài)功能受損等特點(diǎn)（如圖1 所示）。重金屬污染和土壤貧瘠導(dǎo)致微生物種類(lèi)和數(shù)量大幅減少，削弱了土壤中養(yǎng)分的分解與循環(huán)，影響了土壤改良及植物生長(zhǎng)［28］。此外，微生物減少使得重金屬污染難以通過(guò)自然途徑得到有效固定和轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步加劇了生態(tài)失衡。因此，恢復(fù)微生物群落的多樣性和數(shù)量是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容，可以通過(guò)引入外源微生物和菌根共生技術(shù)有效促進(jìn)土壤微生物生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

2 微生物在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的作用機(jī)制

鑒于上述生態(tài)修復(fù)的挑戰(zhàn)，微生物因其在土壤改良和污染控制中的獨(dú)特作用，成為應(yīng)對(duì)這些困難的重要解決方案。微生物作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)其獨(dú)特的生物化學(xué)功能在土壤改良、重金屬污染控制及與植物的協(xié)同作用中發(fā)揮了重要作用［29-30］。微生物能夠分解有機(jī)質(zhì)、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)，并通過(guò)復(fù)雜的生物地球化學(xué)過(guò)程固定或轉(zhuǎn)化重金屬，同時(shí)與植物形成互利共生體系，提高植物對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力［31］。本文深入探討微生物在這些方面的具體作用機(jī)制，以揭示其在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的多重效應(yīng)與潛力。

2.1 微生物對(duì)土壤改良的作用機(jī)制

微生物在土壤改良過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色，其主要通過(guò)分解有機(jī)質(zhì)、恢復(fù)土壤養(yǎng)分循環(huán)、促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化等一系列機(jī)制發(fā)揮作用［32-33］。首先，微生物具備強(qiáng)大的有機(jī)物分解能力，通過(guò)分解動(dòng)植物殘?bào)w、枯枝落葉及其他土壤中沉積的有機(jī)質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為植物可吸收的養(yǎng)分（如氮、磷、鉀等）。這一過(guò)程不僅能夠顯著提高土壤肥力，還為植物生長(zhǎng)提供了必要的養(yǎng)分支持。其次，在露天礦高陡坡面，由于土壤流失和礦產(chǎn)開(kāi)采造成的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)匱乏，微生物的這一功能顯得尤為重要［1］。貧瘠土壤中的微生物能夠通過(guò)持續(xù)分解有機(jī)質(zhì)，補(bǔ)充土壤中的養(yǎng)分，幫助恢復(fù)其自然生產(chǎn)力。

除了養(yǎng)分供應(yīng)，微生物還通過(guò)分泌多糖類(lèi)物質(zhì)等胞外聚合物，幫助土壤顆粒聚集形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)［34］。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤改良的核心要素之一，能夠有效改善土壤的通氣性、保水性和抗侵蝕能力。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成使得土壤的孔隙結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，這對(duì)于露天礦高陡坡面的水土保持至關(guān)重要［35］。此外，微生物的代謝活動(dòng)還能夠通過(guò)改善土壤的物理性質(zhì)，如增加土壤的滲透性、抗壓能力，使土壤具備更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少水土流失的風(fēng)險(xiǎn)。這些過(guò)程共同作用，為植物提供了更加適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，從而有助于實(shí)現(xiàn)土壤和植被的自然修復(fù)。

2.2 微生物在重金屬污染控制中的作用機(jī)制

礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中釋放的重金屬元素（如鉛、鎘、鋅等）通過(guò)滲流和地表徑流，嚴(yán)重污染了土壤和水體（如圖2所示）。微生物可通過(guò)一系列生物地球化學(xué)過(guò)程，有效固定、轉(zhuǎn)化或降解這些重金屬，減少其對(duì)生態(tài)環(huán)境的毒性［36］。首先，微生物能夠通過(guò)生物吸附、絡(luò)合及生物沉淀等機(jī)制將重金屬離子固定在土壤顆粒表面，減少其遷移性和生物有效性。例如：某些細(xì)菌和真菌能夠通過(guò)細(xì)胞壁上的功能團(tuán)吸附重金屬離子，從而降低其生態(tài)毒性。其次，微生物能夠通過(guò)氧化還原反應(yīng)將有毒重金屬轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定、低毒或無(wú)毒的化合物。例如：硫酸鹽還原菌能夠?qū)⑷芙鈶B(tài)的金屬離子還原為金屬硫化物，通過(guò)沉淀的方式將其固定在土壤中，顯著減少了金屬離子的遷移性［37］。這一過(guò)程不僅減少了土壤和水體中的重金屬污染，還為植物創(chuàng)造了更安全的生長(zhǎng)環(huán)境。此外，微生物的代謝活動(dòng)，還可以生成各種有機(jī)酸和多肽，這些物質(zhì)能夠進(jìn)一步促進(jìn)土壤中微生物的繁殖與群落恢復(fù)，增強(qiáng)土壤的生態(tài)自我修復(fù)能力［38］。這種動(dòng)態(tài)的生態(tài)平衡恢復(fù)機(jī)制，使得微生物不僅能控制重金屬毒性，還能為整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康提供保障。

2.3 微生物與植物協(xié)同作用機(jī)制

微生物與植物的協(xié)同作用是露天礦高陡坡面生態(tài)恢復(fù)的核心策略之一［39-41］。微生物不僅通過(guò)改善土壤環(huán)境促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且還能夠通過(guò)與植物根系的共生關(guān)系，增強(qiáng)植物對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。首先，根際微生物通過(guò)分解土壤中的有機(jī)質(zhì)，持續(xù)為植物提供所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如氮、磷、鉀等），這在貧瘠的礦區(qū)土壤中尤為重要。微生物能夠通過(guò)代謝活動(dòng)釋放養(yǎng)分，幫助植物在貧瘠、干旱和重金屬污染嚴(yán)重的環(huán)境中扎根并順利生長(zhǎng)。其次，微生物通過(guò)與植物根系形成共生關(guān)系，如菌根共生，可以顯著增強(qiáng)植物的養(yǎng)分吸收能力，尤其是在資源匱乏的環(huán)境下。菌根共生網(wǎng)絡(luò)通過(guò)擴(kuò)大植物根系的吸收范圍，使植物能夠更高效地獲取土壤中的水分和養(yǎng)分，從而提高植物對(duì)逆境的耐受性。此外，某些微生物還能夠通過(guò)分泌有機(jī)酸或合成特定的酶類(lèi)，幫助植物吸收并固定土壤中的重金屬，減少重金屬對(duì)植物的毒害作用。這種協(xié)同效應(yīng)，不僅有助于植物在污染嚴(yán)重的坡面土壤中定植，還加速了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過(guò)程。

通過(guò)微生物與植物協(xié)同作用機(jī)制，露天礦高陡坡面的生態(tài)恢復(fù)能夠?qū)崿F(xiàn)更為穩(wěn)定和持續(xù)的效果。微生物在土壤改良、養(yǎng)分供給、重金屬毒性緩解等方面與植物相互促進(jìn)，共同應(yīng)對(duì)惡劣的礦區(qū)環(huán)境，從而為整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的重建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面修復(fù)中的應(yīng)用與推廣

微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在無(wú)客土條件下，其在土壤改良、重金屬污染控制及植被恢復(fù)方面的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛關(guān)注。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外典型修復(fù)案例，探討微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果，并討論該技術(shù)在不同條件下的適應(yīng)性及面臨的挑戰(zhàn)。

3.1 國(guó)內(nèi)外露天礦高陡坡面微生物修復(fù)工程案例

典型露天礦高陡坡面微生物修復(fù)工程應(yīng)用案例如表1所示。從表1可以看出：國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究展現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。國(guó)外傾向于在無(wú)客土條件下，利用多種微生物群落實(shí)現(xiàn)低成本、高效能和可持續(xù)性的修復(fù)方案［42-46］。這些國(guó)家積累了豐富的技術(shù)推廣經(jīng)驗(yàn)，重視微生物多功能性的應(yīng)用。相比之下，國(guó)內(nèi)盡管起步較晚，但近年來(lái)在各大礦區(qū)積極推進(jìn)微生物修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)和應(yīng)用，尤其關(guān)注土壤質(zhì)量提升和污染物控制，研究體系也在逐步完善中［39-41，47-50］。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)礦區(qū)的具體環(huán)境特征進(jìn)行微生物修復(fù)技術(shù)調(diào)整和優(yōu)化。例如：在加拿大不列顛哥倫比亞煤礦，廣泛應(yīng)用了降解菌與微生物生物膜聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，有效提升了土壤持水能力和坡面穩(wěn)定性，同時(shí)緩解了煤礦廢棄物造成的污染問(wèn)題［46］。而在巴西米納斯吉拉斯州鐵礦區(qū)，微生物生物膜技術(shù)用于控制土壤酸性和重金屬污染，通過(guò)增強(qiáng)土壤微生物多樣性，改善了土壤結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)了污染物的穩(wěn)定化［45］。國(guó)內(nèi)案例同樣展現(xiàn)了微生物修復(fù)技術(shù)的靈活性和適應(yīng)性。例如：在中國(guó)安太堡露天煤礦，利用硫氧化細(xì)菌和金屬還原菌來(lái)處理重金屬污染并改善土壤肥力，有效控制了坡面土壤退化問(wèn)題［49］。此外，中國(guó)青藏高原高山采礦區(qū)通過(guò)引入變形菌和厚壁菌群落，增加了土壤微生物多樣性，使得土壤在高海拔和極端氣候條件下得到顯著改善［48］。這些案例表明，微生物修復(fù)技術(shù)在不同地質(zhì)和氣候條件下具有高度的適應(yīng)性，能夠有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)挑戰(zhàn)。

通過(guò)分析這些典型案例可以發(fā)現(xiàn)，微生物修復(fù)技術(shù)在無(wú)客土條件下應(yīng)用展現(xiàn)了顯著成效，尤其在控制重金屬污染、改善土壤肥力及支持植被恢復(fù)方面。這些修復(fù)技術(shù)通過(guò)微生物群落的生物化學(xué)特性，有效解決了礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的多重挑戰(zhàn)，為未來(lái)的廣泛應(yīng)用提供了實(shí)踐依據(jù)。總結(jié)國(guó)內(nèi)外技術(shù)的應(yīng)用差異和成效，微生物修復(fù)在全球礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)中具備極大潛力，豐富了該領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，并為未來(lái)研究與實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的適應(yīng)性分析

微生物修復(fù)技術(shù)因其靈活性和多功能性，在高陡坡面的修復(fù)中表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。不同微生物在不同環(huán)境條件下表現(xiàn)出較強(qiáng)的生物功能，如在貧瘠土壤中的有機(jī)質(zhì)分解、重金屬污染環(huán)境中的毒性緩解等。微生物的適應(yīng)性體現(xiàn)在其對(duì)土壤條件、重金屬污染環(huán)境及與植物共生等多種生態(tài)因素的適應(yīng)能力。

在土壤條件方面的適應(yīng)性：露天礦高陡坡面普遍存在土壤貧瘠的問(wèn)題，微生物能夠在此類(lèi)貧瘠環(huán)境中存活，并通過(guò)分解有限的有機(jī)質(zhì)維持代謝活動(dòng)。特定的微生物菌種，如固氮菌，能夠在缺乏氮源的情況下，通過(guò)固定大氣中的氮為土壤補(bǔ)充養(yǎng)分。這種特性顯著增強(qiáng)了微生物在營(yíng)養(yǎng)匱乏礦區(qū)土壤中的適應(yīng)能力。

在重金屬污染環(huán)境中的適應(yīng)性：微生物在重金屬污染土壤修復(fù)中發(fā)揮著重要作用，尤其是某些特定菌種能夠通過(guò)生物吸附、絡(luò)合和沉淀等機(jī)制固定重金屬，防止其向周?chē)h(huán)境擴(kuò)散。此外，耐金屬菌種還能夠通過(guò)代謝將重金屬離子轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒形態(tài)，從而顯著降低其生態(tài)毒性。這使得微生物修復(fù)技術(shù)在重金屬污染的露天礦區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)的修復(fù)適應(yīng)性。

在與植物共生方面的適應(yīng)性：微生物與植物根系形成共生關(guān)系，顯著提高了植物在惡劣環(huán)境中的生存能力。通過(guò)菌根共生系統(tǒng)，植物能夠更有效地吸收水分和養(yǎng)分，從而增強(qiáng)其對(duì)不良環(huán)境的耐受性。這種共生機(jī)制不僅增強(qiáng)了微生物的修復(fù)效果，還能夠在植物修復(fù)技術(shù)中發(fā)揮協(xié)同作用，特別是在缺乏土壤改良物質(zhì)的露天礦區(qū)環(huán)境中。

3.3 微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用潛力

微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面的應(yīng)用潛力廣闊，尤其在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受損嚴(yán)重的情況下，其獨(dú)特的生物修復(fù)機(jī)制展現(xiàn)了顯著優(yōu)勢(shì)。通過(guò)微生物的自然代謝過(guò)程，修復(fù)技術(shù)能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)，為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造更適宜的條件。與傳統(tǒng)的工程手段相比，微生物修復(fù)具有低成本、環(huán)境友好、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于生態(tài)脆弱的礦區(qū)。此外，菌種培育和工業(yè)化生產(chǎn)的推進(jìn)為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，提升了其在大規(guī)模礦區(qū)生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用的可行性。

微生物修復(fù)技術(shù)的靈活性和多功能性進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用潛力。它不僅可以獨(dú)立發(fā)揮修復(fù)作用，還能夠與其他修復(fù)方法協(xié)同使用。例如：微生物與植物修復(fù)技術(shù)結(jié)合，通過(guò)微生物改善土壤環(huán)境并幫助植物根系扎根，能顯著提高植被的定植率和生長(zhǎng)速度。在污染較為嚴(yán)重的礦區(qū)，微生物的重金屬吸附、固定及轉(zhuǎn)化能力，為生態(tài)系統(tǒng)的重建提供了一個(gè)更為安全的環(huán)境，提升了整體修復(fù)效率。此外，微生物修復(fù)技術(shù)還可以根據(jù)不同礦區(qū)的地質(zhì)和氣候條件進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，進(jìn)一步增強(qiáng)了技術(shù)的適應(yīng)性。

微生物修復(fù)的推廣還依賴(lài)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化流程的建立和完善的監(jiān)測(cè)體系。通過(guò)統(tǒng)一的操作流程和效果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，可以提高不同礦區(qū)之間的技術(shù)可復(fù)制性，確保修復(fù)工作的質(zhì)量和穩(wěn)定性。同時(shí)，生態(tài)監(jiān)測(cè)體系能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估修復(fù)效果，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整修復(fù)策略，保障技術(shù)的長(zhǎng)期效果。這些因素使得微生物修復(fù)技術(shù)在礦區(qū)大規(guī)模應(yīng)用中具備廣泛的潛力，并逐漸成為露天礦高陡坡面修復(fù)的核心手段。

4 結(jié)論與展望

1）通過(guò)對(duì)露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)的主要挑戰(zhàn)及微生物修復(fù)技術(shù)的深入分析，探討了微生物在土壤改良、重金屬污染控制及與植物協(xié)同作用等方面的作用機(jī)制。露天礦開(kāi)采引發(fā)的土壤退化、重金屬污染、水土流失及極端氣候的影響，顯著加大了生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)難度。微生物因其在貧瘠土壤中的有機(jī)質(zhì)分解和重金屬毒性緩解等功能，展現(xiàn)出極大的修復(fù)潛力。在土壤改良過(guò)程中，微生物通過(guò)分解有機(jī)質(zhì)、形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)土壤保水能力，為植物生長(zhǎng)提供了更加穩(wěn)定的環(huán)境。在重金屬污染控制方面，微生物不僅能夠吸附和固定重金屬，還可通過(guò)代謝將重金屬轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒形態(tài)，顯著降低其遷移性和生態(tài)毒性。與此同時(shí)，微生物與植物之間的協(xié)同機(jī)制大大提高了植被恢復(fù)的成功率，為露天礦生態(tài)修復(fù)的穩(wěn)定性提供了保障。

2）微生物修復(fù)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，尤其是在無(wú)客土條件下，能夠有效應(yīng)對(duì)露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的多重挑戰(zhàn)。通過(guò)與植物修復(fù)技術(shù)的結(jié)合，微生物修復(fù)技術(shù)不僅降低了修復(fù)成本，還加快了生態(tài)系統(tǒng)的自然重建進(jìn)程。微生物修復(fù)技術(shù)在不同礦區(qū)條件下均表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，尤其是在重金屬污染嚴(yán)重的區(qū)域，其修復(fù)效果顯著。因此，微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用潛力廣闊，具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

3）盡管微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面的生態(tài)修復(fù)中展現(xiàn)出巨大潛力，但仍有許多關(guān)鍵問(wèn)題需要解決和優(yōu)化。首先，針對(duì)不同礦區(qū)的地質(zhì)、氣候及污染狀況，如何優(yōu)化微生物菌種的篩選和修復(fù)策略仍然是技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。為提升微生物修復(fù)的適應(yīng)性和效果，亟須開(kāi)發(fā)能應(yīng)對(duì)極端氣候和高污染環(huán)境的耐受性菌種。此外，菌種的規(guī)?；a(chǎn)和供應(yīng)鏈管理是確保微生物修復(fù)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。未來(lái)，微生物修復(fù)技術(shù)與其他生態(tài)修復(fù)方法的結(jié)合將進(jìn)一步提升修復(fù)效果，特別是與植物修復(fù)、工程修復(fù)技術(shù)的協(xié)同作用，將為礦區(qū)生態(tài)重建提供更全面的解決方案。同時(shí)，在修復(fù)過(guò)程中建立標(biāo)準(zhǔn)化流程和生態(tài)監(jiān)測(cè)體系，對(duì)于確保修復(fù)工作的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可持續(xù)性至關(guān)重要。通過(guò)有效的監(jiān)測(cè)和反饋機(jī)制，及時(shí)調(diào)整修復(fù)策略，不僅可以提高技術(shù)效率，還能確保修復(fù)效果的持續(xù)性。綜上所述，微生物修復(fù)技術(shù)在露天礦高陡坡面生態(tài)修復(fù)中具有廣泛的應(yīng)用前景，未來(lái)研究與應(yīng)用的重點(diǎn)將集中于技術(shù)的優(yōu)化、推廣及與其他修復(fù)方法的整合，為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)提供更具實(shí)效性和可持續(xù)性的解決方案。

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Application and prospects of microorganisms in ecological

restoration of high and steep slopes in open-pit mines

Abstract：Mining activities on high and steep slopes of open-pit mines have led to severe ecological damage，including soil degradation，heavy metal pollution，and water and soil erosion，making ecological restoration highly challenging.This paper reviews the critical challenges in restoring high and steep slopes and systematically analyzes the mechanisms by which microorganisms improve soil，control heavy metal pollution，and interact synergistically with plants.Microorganisms enhance soil structure，and water retention，and reduce heavy metal mobility and toxicity by decomposing organic matter，forming aggregates，and immobilizing and transforming heavy metals.Their symbiotic relationship with plants significantly increases vegetation recovery success rates and accelerates ecosystem reconstruction.Case studies highlight the superior restoration outcomes of microbial technologies without topsoil，particularly in areas heavily polluted by heavy metals.Future development directions should focus on strain screening optimization，restoration strategy adjustment，and standardized methodologies establishment to promote the broad application of microbial technologies in mine ecological restoration.

Keywords：microbial restoration;open-pit mine;high and steep slope;soil improvement;heavy metal pollution;ecological restoration