摘要
西北地区煤矿及有色金属矿分布密集，存在大量历史遗留露天尾矿。在西北高风蚀的影响下，矿尘污染物扩散能力强，引起周边大气、土壤、水源、植物及果蔬中重金属含量富集与污染，对环境安全及人体健康造成重大威胁。西北地区具有气候干旱、高风蚀、盐碱性土壤等生境特点，对诸如植物修复技术等矿山修复传统技术的应用存在限制与困难。微生物诱导碳酸钙沉淀技术（Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation,MICP）是基于一种将微生物进行尾矿污染物原位修复的新技术，具有时效高、环境友好、无二次污染等优点,对干旱、盐碱土生境具有更强的适应性。然而，MICP技术在西北地区应用后，对矿区土壤、植物根系重金属的分布特征及潜在生态风险的影响机制仍不清楚，研究MICP对尾矿植物根系、土壤特征及重金属富集能力的影响，对促进MICP矿山生态修复技术在西北地区的推广应用具有重要意义。 鉴于此，本研究选择宁夏回族自治区中卫市某铜银矿为典型区，利用纺锤形赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus fusiformis）、碱蓬（Suaeda salsa）、红砂（Reamuria songarica）开展干旱半干旱高风蚀区尾矿污染固化试验。采用纺锤形赖氨酸芽孢杆菌菌液（OD600=2.02）、尿素、氯化钙制成胶结液喷洒于尾矿土。研究胶结液对植物根系抗拉力、抗拉强度、根—土复合体抗剪强度的影响，并结合尾矿土酶活性、养分含量变化、根系生长状况、根系化学组分分析探讨根系力学特性对MICP的响应机制，以期为污染矿区持续恢复和改善生态环境提供有效途径，对改善矿区自然环境，指导矿区植被恢复具有重要作用。 （1）MICP处理后尾矿土重金属元素含量降低，养分含量和酶活性显著提升。在MICP胶结的基础上，植物根际土重金属含量较MICP胶结后尾矿土显著降低，全碳、全氮、全磷、全钾、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶的生物活性较MICP胶结后显著升高，同时植物根际重金属赋存形态主要以残渣态存在。 （2）MICP处理促进了碱蓬与红砂根系的生长。两种植物根系长度、直径、根系表面积等较胶结前显著提升，根系木质素、纤维素、半纤维素含量升高。碱蓬、红砂根系的抗拉力与抗拉强度增强。红砂根系拉力与半纤维素呈极显著负相关（P＜0.05）,与纤维素呈极显著正相关（P＜0.05）,抗拉强度则相反。 （3）MICP处理显著降低了植物根际土重金属含量，从而降低了植物根系对重金属的富集量。根际土中重金属与根际土有机质、全氮、全磷、pH、过氧化氢酶、脲酶呈显著负相关（P＜0.05）,重金属元素（除Cu、As）和蔗糖酶表现为显著负相关（P＜0.05）,与电导率呈极显著正相关（P＜0.05）。同时MICP处理减弱了重金属对生态环境及人体健康的潜在危害，尤其在植物生长之后减弱效果更加明显。 （4）根—土复合体抗剪特性主要受尾矿土养分含量、酶活性和初始垂直载荷的影响。根际土的有机质、全磷、全氮、全钾、蔗糖酶、脲酶与根—土复合体抗剪强度呈显著正相关（P＜0.05）,纤维素、半纤维素也会对根一土复合体抗剪特性产生一定影响。
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