小研从枝菌根真菌在矿区修复生态系统中的应用
1 引言
我国一次能源消费70%来自煤炭，这一格局在相当长时间内不会改变，2012 年全国煤炭产量达到27.16 亿吨，其中煤矸石约占煤炭产量的10％～15％。煤矿现有煤矸石山1600多座，煤矸石存量约45 亿吨，而且堆积量每年还以1.5～2.0 亿吨的速度增加。煤矸石堆积在矿山不仅压占土地，而且长期堆放导致自燃、矸石山爆炸、矸石淋滤的重金属等污染环境。
另外，矿区坑口电站排放粉煤灰等固体废弃物构成了对生态和环境的双重破坏。大量的露天开采还在地面留下了许多废矿坑和塌陷坑。徐州矿务集团所属矿井历年已累计排放煤矸石超过7000 万t，并且随着电站的发展，外排的粉煤灰也逐年增加，如何利用煤矸石、粉煤灰这些废弃物进行矿区废弃地的复垦利用，实现废物利用同时恢复被破坏的生态系统，对促进经济可持续发展与社会稳定具有重要而深远的意义。
矿区废弃地主要由煤矸石构成，不同于通常的土壤环境，矿区废弃地的生态恢复，其关键在于生态系统功能的恢复和合理结构的构建。矿区废弃地由于土壤结构被扰动，缺少熟化土壤，其微生物活性也已经微乎其微，微生物群减少的同时也破坏了地下菌丝桥，土壤贫瘠，复垦难以顺利进行。我国大部分矿山的土地复垦仅停留在工程复垦水平上，目前，多数充填复垦以井工煤矸石和坑口电厂的粉煤灰充填为主[1]，其自身持水性差、理化性质极端、肥力低等特点使植物很难生长，充填复垦率有限，如何提高复垦有效性是我们亟待解决的问题。
针对以上难题，微生物工艺复垦技术特别是菌根技术逐渐成为众多学者研究的热点。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，简称AMF）是一种普遍存在于陆生植物根际的有益共生微生物，能够与陆上80%的植物形成共生体[2]。作为陆地生态系统中的“关键共生物”，AMF 在贫瘠条件下，它通过其庞大的菌丝网络来提高植物对矿质养分的吸收[3]；极端环境下，通过营养改善又能增强植物抗重金属[4-6]、抗旱[7]、抗菌能力[8]；在此基础上使土壤微生态环境得到较大改善。本文对AMF 在矿区废弃地生态修复中的应用进行了总结，从而更好地理解AMF 的功能作用。通过总结国内外研究进展，为丛枝菌根的应用研究提供了十分重要的依据。
2 AMF 的功能作用
丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza，AM）是植物根系与真菌之间形成的共生体，菌根菌丝就像根的根一样，将根际延伸到周围更广泛的土壤当中[9]。AMF 是一类广泛分布于土壤中的有益微生物，能与大多数高等植物的根和真菌之间形成的共生联合体。菌根组织能够改变矿质营养的成分、激素平衡、C 的分配形式以及植物生理的调节，菌根植物根分泌物化学成分的改变等，在数量上和质量上都影响根际中的微生物群体，形成所谓的菌根际[10]。
在自然生态系统中，AMF 可通过一些物理、化学和生物过程，直接影响N、P、K 等无机元素的循环过程，从而促进土壤物质的循环；AMF 将土壤中的营养元素转移到宿主植物而进行固定，从而促进植物生长，增强植物抗逆性；AMF 形成大量菌丝而把营养物质同化到菌丝体中，从而把这些物质吸收到植物根际土壤中，改善土壤理化性质，AMF 还能使土壤小粒子变成微聚体、微聚体变成团聚体，从而稳定和改善土壤结构，因此，它不仅可以减小土壤生境的破坏，而且还可提高土壤的生产力。
AMF 具有以上的基础性功能，广泛存在于土壤生态系统中的丛枝菌根对生态修复有着重要的作用。据报道，AMF 在植物-土壤系统的碳流调控中扮演了关键性角色[11]，对调控土壤碳循环具有着不可替代的作用。AMF 对生态系统有着多种影响，目前菌根的'碳固持研究已成为热点研究。AMF 是大多数植物普遍存在的共生体。其外生菌丝在土壤中大量存在。
AMF 菌丝不但与营养的转移有关，对植物碳库及菌根能量向土壤食物网的转移也有重要作用。AMF 对土壤生态的新的贡献是最近发现的糖蛋白物质——球囊霉素(Glomalin)。丛枝菌根真菌（AMF）的代谢物，即球囊霉素，由于能够促进土壤聚集而对生态系统功能起着重要作用，特别是在低生物量、低土壤有机质（SOM）容量的粗质地土壤中。