DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1758978
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41716283
تاريخ النشر: 2026-02-04
المؤلف: Heng Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير تركيزات مختلفة من البذور الفطرية المحلية (تحديداً J-Z) على الخصائص الفيزيائية والكيميائية وتفعيل المغذيات في نفايات الفحم ومخاليطها مع الطين. تحدد الأبحاث أن تركيز البذور الفطرية بنسبة 4% (M4) يعزز بشكل مثالي الاستقرار البيولوجي والتحسين الفيزيائي والكيميائي لهذه الركائز. تشمل النتائج الرئيسية انخفاضاً في الرقم الهيدروجيني خلال الأيام الأولى، تليها استقرار، حيث أظهرت معالجات M3 وM4 أقوى قدرة على التوازن. زادت الموصلية الكهربائية (EC) مع تركيز البذور الفطرية، بينما ارتفعت مستويات الكربون العضوي الكلي (TOC) والفوسفور المتاح (AP) بشكل ملحوظ، خاصة في معالجة M4، التي حققت ذروة AP قدرها 3.0-3.5 ملغ·كغ⁻¹ بعد 60 يوماً.
أشارت تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) إلى تحول من المعدن الفوسفوري الأقل وصولاً سترينغيت إلى المونيت الأكثر وصولاً في معالجة M4، مدفوعاً بشكل أساسي بحمض الستريك الذي تنتجه الفطريات. بشكل عام، تؤكد الدراسة أن تركيز البذور الفطرية بنسبة 4% لا يعزز فقط إطلاق المغذيات والاستقرار ولكن أيضاً يعزز خصوبة الركيزة، مما يجعلها نهجاً قابلاً للتطبيق لاستصلاح نفايات الفحم بشكل مستدام. يُوصى بهذه الطريقة لجهود الاستعادة البيئية التي تشمل مواد مشابهة، حيث توازن بشكل فعال بين تفعيل المغذيات واستقرار النظام.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة التحديات البيئية التي تطرحها نفايات الفحم، وهي النفايات الصلبة الرئيسية الناتجة عن تعدين الفحم وغسله. تساهم عملية التخلص منها في تدهور البيئة، والاحتراق الذاتي، واستنزاف الأراضي القابلة للزراعة، مما يعقد جهود استصلاح الأراضي واستعادة النظام البيئي. تؤثر الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنفايات الفحم، التي تتميز بمحتوى معدني غير نشط مرتفع وتوافر مغذيات منخفض، بشكل كبير على فعاليتها كتحسين للتربة. يمكن أن تؤدي وجود معادن الكبريتيد، مثل البيريت، إلى حموضة التربة، مما يعقد استخدامها في جهود الترميم.
تؤكد الدراسة على إمكانيات تكنولوجيا التنشيط البيولوجي، وخاصة من خلال استخدام البذور الميكروبية المحلية، لتعزيز خصائص نفايات الفحم. بينما ركزت الأبحاث السابقة على فحص السلالات وتحليلات الوظائف الفردية، تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق بشكل منهجي في تأثيرات تركيزات البذور الفطرية المختلفة على النشاط البيولوجي وقدرات الترميم لنفايات الفحم. تبرز الدور الحاسم للفطريات في عملية الاستصلاح، حيث يمكنها تحسين تجوية المعادن وتكوين التربة من خلال نموها وأنشطتها الأيضية. تتضمن الأبحاث تجارب محاكاة باستخدام نفايات الفحم من منطقة تعدين معينة لتحديد التركيز الأمثل للبذور الفطرية الذي يعظم التحسين الفيزيائي والكيميائي والاستقرار البيولوجي، وبالتالي دعم الاستصلاح البيئي لمواقع التعدين.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على نفايات الفحم من منطقة استصلاح التعدين تونلان في غوجياو، مقاطعة شانشي، التي تتميز بمناخ موسمي قاري معتدل. تم معالجة النفايات، وهي منتج ثانوي من التعدين تحت الأرض، إلى مسحوق عن طريق الطحن والغربلة من خلال شاشة 100 شبكة. تم إعداد الطين، الذي تم جمعه من القرى الجبلية القريبة، بنفس الطريقة. كان وسط التخصيب المستخدم لزراعة سلالة الفطريات المحلية J-Z يتكون من أجار دكستروز البطاطا (PDA)، المعد مع كميات محددة من البطاطا، والجلوكوز، والأجار، والماء الم purified.
تضمن التصميم التجريبي وضع 100 غرام من إما نفايات الفحم النقية أو خليط نفايات الفحم والطين (نسبة كتلة 80:20) في قوارير إيرلنماير سعة 150 مل، والتي تم تعقيمها عن طريق التعقيم بالبخار عند 121 درجة مئوية. تم إضافة البذور الفطرية المحلية J-Z بحجوم مختلفة (من 1 مل إلى 5 مل) إلى كل قارورة، مع تركيز بذور فطرية قدره $1.6 \times 10^9 \, \text{CFU} \cdot \text{mL}^{-1}$. تم تكرار كل معالجة، بما في ذلك نفايات الفحم النقية (معالجة C) وخليط نفايات الفحم والطين (معالجة M)، خمس مرات، مع الحفاظ على محتوى الرطوبة عند 18 غرام. تم حضانة العينات عند 28 درجة مئوية، وتم تسجيل الملاحظات في فترات 3، 7، 15، 30، و60 يوماً. تم تصنيف المعالجات كـ C0-C5 وM0-M5 بناءً على نسبة البذور الفطرية J-Z المضافة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المرجح أن تكون نتيجة للصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذه التحسينات. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات والرسوم البيانية، الاتجاهات والأنماط الملاحظة في البيانات، مما يعزز قوة النتائج. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضيات الأولية وتساهم برؤى قيمة في مجموعة المعرفة الحالية في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تلقيح الفطريات المحلية J-Z على تحويل المغذيات، وتطور المعادن، وإنتاج الأحماض العضوية في نفايات الفحم وأنظمة خليط نفايات الفحم والطين. تشير النتائج إلى أن وفرة الفطريات J-Z تأثرت بشكل كبير بتركيز البذور الفطرية، مع ملاحظة نمو مثالي عند مستويات معتدلة (3-4%). أدت إضافة الطين إلى تحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للركيزة، مما يعزز الاستقرار على المدى الطويل وانتشار الفطريات J-Z مقارنة بأنظمة نفايات الفحم النقية. من الجدير بالذكر أن معالجة M4 (4% بذور فطرية) أظهرت أفضل أداء، حيث حافظت على أعداد عالية من الفطريات J-Z وعززت دورة المغذيات، خاصة محتوى الكربون العضوي الكلي (TOC) والفوسفور المتاح (AP).
كما كشفت الدراسة أن الرقم الهيدروجيني والموصلية الكهربائية (EC) تأثرا بعملية التلقيح، مع ملاحظة حموضة طفيفة في البداية، تلتها استقرار في المعالجات M. ساهمت قدرة التوازن للطين في هذا الاستقرار، مما خفف من الحموضة الناتجة عن الأيض الميكروبي. علاوة على ذلك، أدى التلقيح إلى زيادات كبيرة في TOC، خاصة في المعالجات M3 وM4، مما يشير إلى أن الفطريات J-Z تلعب دوراً حاسماً في تحويل واستقرار المواد العضوية. أشار تحليل التركيب المعدني إلى أن الفطريات J-Z سهلت تحويل الفوسفات الحديدية غير القابلة للذوبان إلى أشكال أكثر توافراً حيوياً، مما يعزز إطلاق الفوسفور والاحتفاظ به في الركيزة. بشكل عام، تؤسس الدراسة إطاراً لفهم التأثيرات التآزرية للفطريات J-Z والطين في تحسين إمكانات استصلاح ركيزات نفايات الفحم.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1758978
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41716283
Publication Date: 2026-02-04
Author(s): Heng Zhang et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Overview
The study investigates the impact of varying concentrations of indigenous fungal inocula (specifically J-Z) on the physicochemical properties and nutrient activation of coal gangue and its mixtures with loess. The research identifies that an inoculum concentration of 4% (M4) optimally enhances the biological stability and physicochemical improvement of these substrates. Key findings include a decrease in pH during the initial days, followed by stabilization, with M3 and M4 treatments demonstrating the strongest buffering capacity. Electrical conductivity (EC) increased with inoculum concentration, while total organic carbon (TOC) and available phosphorus (AP) levels were significantly elevated, particularly in the M4 treatment, which achieved a peak AP of 3.0-3.5 mg·kg⁻¹ after 60 days.
X-ray diffraction (XRD) analysis indicated a transformation from the less accessible phosphorus mineral strengite to the more accessible monetite in the M4 treatment, driven primarily by citric acid produced by the fungi. Overall, the study establishes that a 4% inoculum concentration not only promotes nutrient release and stability but also enhances substrate fertility, making it a viable approach for the sustainable reclamation of coal gangue. This method is recommended for environmental restoration efforts involving similar materials, as it balances nutrient activation with system stability effectively.
Introduction
The introduction of the paper discusses the environmental challenges posed by coal gangue, the primary solid waste from coal mining and washing. Its disposal contributes to ecological degradation, spontaneous combustion, and the depletion of arable land, complicating efforts for land reclamation and ecological restoration. The physicochemical properties of coal gangue, characterized by high inert mineral content and low nutrient availability, significantly influence its effectiveness as a soil amendment. The presence of sulfide minerals, such as pyrite, can lead to soil acidification, further complicating its use in remediation efforts.
The study emphasizes the potential of bioactivation technology, particularly through the use of indigenous microbial inocula, to enhance the properties of coal gangue. While previous research has focused on strain screening and single-function analyses, this study aims to systematically investigate the effects of varying inoculum concentrations on the bioactivity and remediation capabilities of coal gangue. It highlights the critical role of fungi in the reclamation process, as they can improve mineral weathering and soil formation through their growth and metabolic activities. The research involves simulated experiments using coal gangue from a specific mining area to identify the optimal concentration of fungal inoculants that maximizes physicochemical improvement and biological stability, thereby supporting the ecological reclamation of mining sites.
Methods
In this study, coal gangue was sourced from the Tunlan mining reclamation area in Gujiao, Shanxi Province, characterized by a temperate continental monsoon climate. The gangue, a byproduct of underground mining, was processed into powder by grinding and sieving through a 100-mesh screen. Loess, collected from nearby mountainous villages, was similarly prepared. The enrichment medium used for cultivating the indigenous J-Z fungi strain consisted of Potato Dextrose Agar (PDA), prepared with specific quantities of potatoes, glucose, agar, and purified water.
The experimental design involved placing 100 g of either pure coal gangue or a coal gangue-loess mixture (80:20 mass ratio) into 150 mL Erlenmeyer flasks, which were sterilized by autoclaving at 121 °C. Indigenous J-Z fungi inoculant was added at varying volumes (1 mL to 5 mL) to each flask, with an inoculum concentration of $1.6 \times 10^9 \, \text{CFU} \cdot \text{mL}^{-1}$. Each treatment, including pure coal gangue (C treatment) and the coal gangue-loess mixture (M treatment), was replicated five times, with moisture content maintained at 18 g. The samples were incubated at 28 °C, and observations were recorded at intervals of 3, 7, 15, 30, and 60 days. Treatments were categorized as C0-C5 and M0-M5 based on the percentage of J-Z fungi inoculant added.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the targeted outcomes, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these improvements. Graphical representations, such as plots and charts, further illustrate the trends and patterns observed in the data, reinforcing the robustness of the findings. Overall, the results support the initial hypotheses and contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, the effects of indigenous J-Z fungi inoculation on nutrient transformation, mineral evolution, and organic acid production in coal gangue and coal gangue-loess composite systems were investigated. The findings indicate that J-Z fungi abundance was significantly influenced by inoculum concentration, with optimal growth observed at moderate levels (3-4%). The addition of loess improved the substrate’s physicochemical properties, enhancing the long-term stability and proliferation of J-Z fungi compared to pure coal gangue systems. Notably, the M4 treatment (4% inoculum) demonstrated the best performance, sustaining high J-Z fungi populations and promoting nutrient cycling, particularly total organic carbon (TOC) and available phosphorus (AP) content.
The study also revealed that pH and electrical conductivity (EC) were affected by the inoculation process, with a slight acidification observed initially, followed by stabilization in the M treatments. The buffering capacity of loess contributed to this stabilization, mitigating the acidification caused by microbial metabolism. Furthermore, the inoculation led to significant increases in TOC, particularly in the M3 and M4 treatments, suggesting that J-Z fungi play a crucial role in organic matter transformation and stabilization. The mineral composition analysis indicated that J-Z fungi facilitated the transformation of insoluble iron phosphates into more bioavailable forms, enhancing phosphorus release and retention in the substrate. Overall, the study establishes a framework for understanding the synergistic effects of J-Z fungi and loess in improving the reclamation potential of coal gangue substrates.