用废弃矸石代替土壤，通过促苗微生物和多孔材料实现矿区生态修复

将矿山废料变成可耕土

在世界各地，煤矿和油页岩矿留下堆积如山的碎石，看起来毫无生机且无用。然而，这些称为矸石的废弃堆覆盖面积广泛，并持续向周边土地和水体渗出盐分和金属。本文探讨了一个出人意料但充满希望的想法：能否不再外运或填入新鲜表土，而是利用农家肥、益生微生物和多孔矿物材料，把这些废料本身转化为富饶的种植基质？若可行，广阔的疤痕化矿区可用现场现有材料、低成本实现绿化。

从岩石堆到潜在耕地

研究者以中国东北一大型露天矿的三类常见废弃物为对象：煤矸石、绿泥岩和油页岩。通常，这些粗糙、含盐且碱性强的材料保水保肥能力差、疏松结构不利于根系和土壤生物定植。研究团队没有覆盖进口土壤，而是将废料粉碎筛分，并与鸡粪、促生微生物及一种专门制备的多孔矿物添加剂按不同配比混合。他们在花盆中以黑麦草（Lolium）作快生牧草进行栽培试验，并以普通校园土作为对照。

为植物打造更友好的栖居环境

加入外源“助力”显著改变了矸石的类土壤特性。有机质和关键养分如氮、磷明显上升——比原始废料高出数倍，在许多情况下甚至优于用于对照的天然土壤。与此同时，废料的高度碱性向更适合根系的温和pH区间回落。多孔材料既像海绵又像支架：它帮助混合物保持更多水分，提高电导率（表明更多养分溶解并可被利用），并形成根系与微生物可占据的微小通道。不过作者指出，多孔材料用量过多可能导致盐分升高，反过来再次胁迫植物，因此配方需谨慎调配。

以草生长检验基质健康

黑麦草的生长表现揭示了新基质的实际效能。单独的煤矸石支持草体生长大致与天然土壤相当，但绿泥岩和油页岩显著抑制了植株体型和生物量。当加入鸡粪、促生微生物和多孔材料后，所有废料类型的草生长均有所改善。经处理的煤矸石上，植株高度、根长、茎粗、分枝和鲜重均明显增加，部分指标可接近或超过对照土壤。绿泥岩和油页岩仍更具挑战性——即使在改良后，高碱度和高盐分仍限制生长，但总体呈上升趋势。作者建议对这些较难处理的废料进一步降低pH和盐度，或在处理前与煤矸石混合以改善效果。

无形的土壤工程师在发挥作用

在表层之下，微生物群落同样发生了显著变化。未处理的矸石宿主稀少且常含问题性细菌；例如，植物致病性细菌Ralstonia在未处理样品中丰度较高。加入粪肥、益生微生物和多孔材料后，微生物的丰富度和多样性上升，同时致病群体显著下降。出现了新的关键功能性微生物，包括已知的固氮菌、溶磷菌、耐盐菌以及可降解有机污染物的种类。网络分析显示，尤其在经改良的煤矸石中，这些微生物形成了与改善的pH、养分和水分紧密相关的密集协作网络。基于基因的功能预测表明，经改良的微生物群落在固碳、氮循环和释放磷等方面的能力增强——这些是维持自我持续土壤生态系统的基础动力。

对矿区修复的意义

对非专业读者而言，结论很直接：矿山周围的废石堆不必永远成为荒芜的疤痕。通过与农家肥、筛选的益生微生物及设计良好的多孔矿物混合，可以将大量废石转变为能蓄水、供养植物并支持复杂微生物群落的活性生长基质。本研究中煤矸石响应最好，而绿泥岩和油页岩则需进一步优化处理，但原理明确：通过对化学和生物因素的精心工程化，矿山废料可从长期负担转化为用于复植甚至未来农业的资源，在不依赖稀缺表土的情形下帮助修复受损景观。

引用: Zhang, B., Ma, D., Zhou, X. et al. Replacing soil with waste gangue for the ecological remediation of mining areas facilitated by plant-promoting microorganisms and porous materials. Sci Rep 16, 7806 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38682-6

关键词: 矿地恢复, 煤矸石, 土壤微生物, 多孔改良剂, 废物再利用