研究背景

煤矸石作为煤炭开采的主要副产品，我国年排放量高达1.6亿吨，其长期堆积不仅占用土地，更会导致重金属污染、土壤酸化等环境问题。传统物理化学处理方法成本高昂且易造成二次污染，而现有生物修复技术多依赖外源土壤添加，难以大规模应用。针对这一难题，湖北大学联合中科院团队创新性地提出"微生物-农业废弃物"协同改良策略，旨在开发低成本、可持续的煤矸石资源化利用途径。

研究方法与结果

1. 功能菌株筛选与表征

研究团队从内蒙古乌海矿区采集煤矸石样品，通过LB培养基富集和无机盐培养基10代驯化，分离获得一株高效降解菌XAQ2297。经16S rRNA测序鉴定为罗氏不动杆菌（Acinetobacter lwoffii），扫描电镜显示该菌能显著破坏煤矸石致密结构（图2C），使孔隙率提升3倍。在4天培养期内，实验组腐殖酸产量达97.2 mg/L，较对照组（15.8 mg/L）提高515%，证明其强大的有机物释放能力。

2. 基质配方系统优化

研究人员设计了6组不同配比的种植基质：

主变量：煤矸石与玉米秸秆比例（10:0至9:1）

辅变量：添加10%菌液、5%蛭石或碳酸钙

通过120天的盆栽实验发现，含10%菌液且煤矸石:秸秆=9:1的Ve9组表现最优。该组苜蓿存活率在第3周期（72天）突破50%，最终达51.7%，茎长较对照组增长8.2 cm（图3）。X射线衍射分析表明，玉米秸秆的添加使基质孔隙度提升40%，有效改善了通气性和保水性。

3. 关键影响机制解析

（1）脲酶的核心作用：

Ve9组脲酶活性达5.46 mg/g，通过促进尿素分解为氨态氮，既提升氮素利用率，又中和基质pH至7.2-7.5。线性拟合显示脲酶活性与存活率呈显著正相关（R²=0.92）。

（2）硫酸根的抑制效应：

未改良组（Ca10）硫酸根含量高达285 mg/kg，导致pH降至5.14。冗余分析表明，硫酸根每增加100 mg/kg，苜蓿生物量下降37%（p<0.01）。

（3）微生物群落动态：

高通量测序揭示Ve9组优势菌群发生显著更替：初期Pseudomonas占比60%，后期被Bacillus（21%）、Herbinix（15%）等有益菌取代。这些菌株通过分泌生长素（检测到3.8 μg/g IAA）和铁载体，促进苜蓿根系发育。

研究总结

该研究通过"功能微生物定向驯化-农业废弃物协同改良-微生态精准调控"三重技术突破，首次实现煤矸石基质的规模化植物种植。相比传统方法，该技术成本降低62%，且无需外源土壤添加。目前团队正与企业合作，在山西大同矿区开展200亩中试，未来有望推广至全国1.2万公顷煤矸山治理。这项发表于《Environmental Research》的研究，为全球矿区生态修复提供了"中国方案"。

参考文献：

Shi J, Zhang X, Lu M, He X, Wan Y, Yu X, Huang Z, Cai M, Yu C. Eco-friendly utilization and microbiological characteristics of coal gangue substrate via functional microbial fermentation. Environ Res. 2025 Apr 15;271:121035. doi: 10.1016/j.envres.2025.121035. Epub 2025 Feb 4. PMID: 39914706.