本文结合西部煤矿区生态环境所面临的主要问题，综述了生物土壤结皮的生态修复作用，阐述生物藻结皮对沙地沙尘控制、采煤沉陷地裂缝修复、生物土壤结皮与乔灌草植物立体配置修复等生态修复新模式，提出丛枝菌根真菌与苔藓结皮种子土3:1～5:1联合最佳配比固碳、生物土壤结皮与草灌乔立体组合固碳、生物土壤结皮长期修复土壤累积固碳等碳中和的贡献潜力，为碳中和背景下西部煤矿区土地复垦与生态修复提供新的理论参考和技术支撑，具有重要的现实生态意义。
毕银丽教授：西部煤矿区生物土壤结皮的生态修复作用及其碳中和贡献
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西部煤矿区生物土壤结皮的生态修复作用及其碳中和贡献
作者：毕银丽1，2，郭 芸1，刘 峰3，李璞宁2，彭苏萍1
单位：1. 中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室;2. 西安科技大学 西部矿山生态环境修复研究院;3. 中国煤炭学会
煤炭是我国的主体能源，其能源主体地位在未来 一定时期内不会改变。随着我国煤炭资源开发的战 略性西移，西部煤炭开采将在我国未来能源发展中处于不可或缺的重要地位。 我国当前煤炭产量的 60%以上来自西部地区，西部地区位于内陆，其水资源占有量仅占全国的 3.9%，属于干旱半干旱地 区。 西部地区规模化煤炭开采不可避免地引起原生地表损伤，开采沉陷致使地形地貌更加支离破碎、生态退化碳汇能力大幅下降。 我国对世界做出 “30·60”双碳目标承诺，作为双碳目标的主战场，能源产业的减碳、降碳是我国双碳工作的重点方向，大面积的生态修复是主动践行绿色低碳开采的必然选择，因此，在“ 碳中和” 目标背景下，探索一种可柔性贴合地形起伏的快速复绿方法、适生性广、抗逆性强的矿区生态修复+碳汇技术变得尤为重要和刻不容缓。
生物土壤结皮(Biological soil crust)作为生态修复的先锋植物，是由隐花植物如蓝藻、真核藻类、地 衣、苔藓植物和其他细菌、真菌等土壤微生物与土壤 表层颗粒胶结而成的复杂有机体，号称“ 荒漠生物地 毯”和“ 生态工程师” ，在受损地表系统的修复与采煤 区生态环境的重建领域具有广阔的应用前景。 生物土壤结皮的存在改善土壤养分状况，改变土壤表面的微地形和水热状况，增加大气降水的快速入渗，延缓或减少径流的发生，影响菌类和土壤动物的生存和繁衍、植物的萌发与定居及土壤种子库动态，同时，生物土壤结皮是陆地生态系统中重要的碳汇，全球土壤藻类每年大约吸收C为3.6 Pg，相当于陆地植被净初级生产量的6％。
目前，已对喀斯特石漠化地区、沙质荒漠化地区以及退耕还林还草工程实施后的黄土高原地区的生物土壤结皮的生态修复功能及现状进行综述，而对煤矿开采影响下生物土壤结皮的相关报道较少，有必要结合我国煤炭产量的主产区（西部地区）生态修复所面临的主要问题，在 “碳中和”目标背景下，综述生物土壤结皮的生态修复功能及碳汇贡献。
因此，笔者从最基础的土壤改良和生物恢复角度，揭示出生物土壤结皮影响土壤养分、土壤水文、风蚀水蚀、植物萌发与生长等过程及生态功能，阐述生物藻结皮对沙地沙尘控制、采煤沉陷地裂缝增容减蒸修复、生物土壤结皮与乔灌草植物立体配置修复等生态修复新模式，提出人工苔藓结皮与菌根真菌联合最佳配比固碳方法、生物土壤结皮与乔灌草立体组合增加固碳量、生物土壤结皮对土壤长期固碳累积作用等方式对煤矿区碳中和的利用潜力和贡献，旨在为碳中和背景下西部煤矿区土地复垦与生态修复提供多元化的研究思路和方法，充分利用自然界本地生物的适生优势，积极主动地应用于矿山生态修复，从理论方法、技术手段和应用模式上为绿色低碳的煤炭行业的可持续发展提供一种新的生物修复材料。
我国西部是典型的生态脆弱敏感区和水土流失严重区，煤炭的资源开发与干旱脆弱的自然 环境叠加作用使西部煤矿区地表损伤及生态碳汇能力下降的问题日趋严重，探索一种与生境契合度高、贴合地形变化快速复绿的生态修复+碳汇技术成为当务之急。 生物土壤结皮是由土壤微生 物、隐花植物如蓝藻、真核藻类、地衣、苔藓等与土壤表层颗粒胶结而成的复杂有机体，广泛分布于我国西部地区。生物土壤结皮作为干旱半干旱地表生物覆被层的最初主要构建者，是陆地生态系统中重要的碳汇，能够改变土壤表面的微地形，增加降水入渗，延缓或减少径流的发生，影响菌类和土壤动物的生存和繁衍，并在土壤生态水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程中发挥重要作用。
为此，结合西部煤矿区生态环境所面临的主要问题，从生物土壤结皮影响土壤养分累积、氮固定、风蚀水蚀过程、植物萌发与生长等方面对其生态功能进行概述。 阐述生物藻结皮对沙地沙尘控制、采煤沉陷地裂缝修复、乔灌草立体生物修复等新技术模式。 通过试验研究发现，与藻结皮层相比，苔藓结皮层有机碳含量显著高于 90.3%，丛枝菌根真菌与苔藓结皮种子土 3∶1~5∶1(质量比) 配比时有机碳含量增加107%。 提出了丛枝菌根真菌与苔藓结皮种子土 3∶1 ~ 5∶1联合最佳配比固碳、生物土壤结皮与草灌乔立体组合生物固碳、生物土壤结皮长期修复土壤累积固碳等碳中和的贡献潜力，旨在为碳中和背景下西部煤矿区土地复垦与生态修复提供新的参考和技术支撑。
图 1 丝状蓝藻稳定土壤颗粒示意
图 2 大柳塔采煤沉陷区土地复垦后生物土壤结皮景观及“浅藻结皮→深藻结皮→地衣结皮→苔藓结皮”的演替顺序
图 3 近 5 a 中国生物土壤结皮研究的主要区域范围和关键词分析
图 4 生物土壤结皮对水分入渗影响的因素
图 5 人工藻结皮研制
图 6 人工藻结皮修复采煤沉陷裂缝示意
图 7 丛枝菌根真菌对苔藓结皮的影响
图 8 生物土壤结皮与高等植物立体修复固碳模式
作者简介
毕银丽，1971年7月生，博士，教授，博士生导师，现任西安科技大学地质与环境学院副院长、西部矿山生态环境修复研究院院长。教育部“长江学者”特聘教授，陕西千人计划、中国青年科技奖、中国青年女科学家奖提名奖、中国生态文明先进个人、孙越崎能源大奖、教育部新世纪优秀人才、首都科技领军人才，北京市科技新星、北京市三八红旗奖章、霍英东青年教师基金、享受国务院政府特殊津贴。先后在英国、希腊、哈萨克斯坦等国进行多次的学术交流与访问。获2015年国家科技进步二等奖（第一完成人)、2014年国家科技进步二等奖(第六完成人)，省部级科技奖2项。拥有自主知识产权35项，软件著作权4项，专著2部，发表论文200多篇。
研究方向
矿区环境治理与生态修复
主要成果
致力于矿区环境治理与生态修复等方面的研究工作，系统揭示了西部干旱半干旱煤矿区微生物修复的作用机理，研发出西部干旱半干旱煤矿区抗旱微生物菌剂生产与质量控制方法，构建了西部干旱半干旱煤矿区废弃地微生物修复关键技术，在我国西部25个煤矿区土地复垦与生态修复中进行示范应用，取得了较好的经济、生态和社会效益。
来源：
毕银丽，郭芸，刘峰，等.西部煤矿区生物土壤结皮的生态修复作用及其碳中和贡献[J].煤炭学报，2022，47(8):2883-2895.
