摘要土壤有機碳及其活性組分既能表征土壤肥力狀況，又可反映土壤質量變化。因此，研究煤矸山不同植被復墾地土壤有機碳含量差異及其影響因素，有助于查明不同植被復墾方式下土壤肥力和質量狀況的差異及其原因，對于指導煤矸山植被恢復具有重要意義。以山西省霍州曹村煤矸山復墾后9年的草地(GR-9a)和林地(SR-9a)為對象，分析了2種植被類型復墾地0~10和10~20cm土層總有機碳(SOC)、可溶性有機碳(DOC)、水溶性有機碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)、輕組有機碳(LFOC)和重組有機碳(HFOC)的差異，研究了土壤有機碳組分含量與土壤環境因子間的關系。

　　結果表明：(1)復墾草地SOC和HFOC含量分別較復墾林地高26.1%和70.5%(P<0.05)，LFOC含量則低53.1%(P<0.05)，但2種樣地中DOC、WSOC和MBC含量相當。表明復墾草地土壤總有機碳含量高于復墾林地，且主要增加了重組有機碳含量，但其活性組分并無明顯差異。(2)土壤TN、TP、AN、C/N、黏粒含量和pH值均對土壤SOC及其組分產生影響，其中TN、AN、TP和pH值是造成2種復墾樣地有機碳及其組分含量差異的主要因子。因此，提高土壤氮、磷含量，降低pH值可能會促進煤矸山復墾地土壤有機碳的積累。

　　關鍵詞土壤有機碳;活性有機碳;植被恢復;土壤質量;矸石山

　　煤矸山長期推存會引發一系列生態環境問題(Zhaoetal.,2008;王麗艷等，2011;Tangetal.,2015)，因此，對其進行復墾治理是改善礦區生態環境問題的迫切需要。我國北方地區對早期形成的煤矸山往往采用推平覆土的方法進行治理(胡振琪，1995)，該方法包括灌漿滅火、推平碾壓、覆土造地和植被綠化4個環節(王煜琴等，2009;于亞軍等，2018;Lietal.，2018)。但由于推平覆土時就近挖取的土壤為熟化程度很低的生土，加之推平時鏟平和碾壓改變了原有土壤結構，造成“重構土壤”存在水肥不足和結構差等諸多質量問題(于亞軍等，2017)，往往導致植被復墾工作“半途而廢”或“勞而無功”。

　　因此，查明煤矸山復墾地土壤質量狀況是保證植被恢復工作成功的關鍵。土壤有機碳是土壤的重要組成部分，不僅可為植物生長提供碳源(蘇永中等，2002;王清奎等，2005)，直接影響土壤肥力和作物產量的高低(徐薇薇等，2014)，也是反映土壤質量或土壤健康的重要指標(王金滿等，2012;Bodlàketal.,2012)。同時，土壤輕組有機碳(LFOC)是土壤養分的重要來源(徐明崗等，2000)，水溶性有機碳(WSOC)和可溶性有機碳(DOC)還對土壤中養分和環境污染物的遷移轉化起著重要作用(李俊超等，2015)。

　　因此，土壤有機碳各組分碳庫情況可以作為衡量煤矸山復墾地養分狀況和土壤質量的重要指標，分析其含量及影響因素對明確復墾地土壤質量，采用合理的措施促進復墾地持續利用具有重要意義。一般認為，不同植被復墾地土壤有機碳含量和組分的差異主要緣于植物枯落物的量、性質及植物根系作用的差異(劉偉紅等，2014)，但由于煤矸山重構土壤與自然立地(原地貌)土壤存在顯著差異，如土層淺薄、結構緊實、水肥虧缺、物質遷移不暢、還可能受底層矸石中重金屬污染的影響等(Vinduškováetal.,2013;張蓉等，2018)，這不僅會阻礙植物生長、影響枯落物的積累量，也會影響土壤微生物活性，造成對枯落物分解和轉化能力下降，也會影響土壤有機碳遷移，導致植物利用困難和土壤碳庫失衡(Dawudetal.，2016)。

　　因此，以煤矸山復墾重構土壤為樣地開展研究，對查明多種脅迫因子下土壤有機碳庫及其轉化情況很有意義。當前有關土壤有機碳變化及其影響因素的研究結果主要來自非重構復墾樣地(李新宇等，2000)，針對煤矸山重構土壤的研究并不多。

　　為此，本研究選取山西省霍州市以推平覆土方式復墾的煤矸山，以復墾后9年草地(GR-9a)和林地(SR-9a)為研究對象，分析兩種植被類型復墾地土壤總有機碳(SOC)、可溶性有機碳(DOC)、水溶性有機碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)、輕組有機碳(LFOC)和重組有機碳(HFOC)含量的差異及其影響因素，揭示土壤有機碳組分變化特征及其關鍵影響因子，研究結果對于查明不同植被類型復墾地土壤質量的差異，實現復墾地持續利用具有重要意義，也可為煤矸山選擇合適的植被重建模式提供理論指導。

　　1研究地區與研究方法

　　1.1研究區概況

　　研究區位于山西省霍州市曹村礦區，該區為溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫12.2℃，年降水量介于353~688mm，主要集中在7、8、9月，土壤類型主要為褐土。研究樣地位于該礦南下莊矸石山(36°30′47.9″N，111°42′11.1″E)，海拔為560m。

　　該煤矸山形成于20世紀60年代，矸石堆存量約200萬t，占地約1.6×104m2，垂直高度約50m，于2008年采用推平覆土方式進行了復墾治理，覆土厚度約為80cm，覆土土壤取自煤矸山附近，為熟化程度很低的黃土母質褐土(養分含量和結構狀況均很差)。形成的復墾地面積約為3500m2，復墾后種植火炬樹(Rhustyphina)、沙棘(Hippophaerhamnoides)和荊條(Vitexnegundo)，苗齡2年，株行距2m×3m。

　　但一年后復墾地南邊一部分(面積約900m2)因未及時澆水造成植被死亡，后自生雜草，形成以白蒿(HerbaArtimisiaeSieversianae)、狗尾草(Setairaviridis)和白羊草(Bothriochloaischaemum)等為主的草地。由此，截止采樣時(2017年10月)形成了以灌木為主的林地和以雜草為主的草地兩種樣地，用樣線法測得林、草地物種數分別為6種和11種，目測蓋度分別為65%和80%。

　　1.2材料與方法

　　1.2.1土樣采集

　　土樣采集時間為2017年10月上旬，樣地為復墾9年草地(GR-9a)和林地(SR-9a)，并選擇煤矸山附近(直線距離約100m)原地貌林草地(灌木有沙棘、荊條，草本有白蒿、狗尾草等)為對照(CK)。采樣時用S形隨機選取15個樣點，每個樣點3次重復，采樣深度為0~10和10~20cm，采樣工具為土鉆(直徑3cm)，后將各樣點土樣分層混合，后裝入塑封袋帶回實驗室，去除植物殘體等雜質后按四分法將樣品分為2份，過孔徑10目(約2mm)篩，一份用于測定DOC、WSOC和MBC。另一份風干后測定LFOC、HFOC和土壤理化性質。

　　1.2.2測定方法與數據分析

　　土壤總有機碳(SOC)測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀消煮滴定法;可溶性有機碳(DOC)和水溶性有機碳(WSOC)均用去離子水(水土比分別為5︰1和2︰1)浸提，DOC在25℃下以250r·min-1的速度震蕩1h，后以15000r·min-1速度離心10min;WSOC震蕩30min后以4000r·min-1速度離心10min;微生物生物量碳(MBC)用氯仿熏蒸-K2SO4浸提，三者的浸提液分別過0.45μm濾膜。

　　輕組有機碳(LFOC)和重組有機碳(HFOC)測定采用有機碳密度分組法(張麗敏等，2014)。分析儀器為TOC-VCSH分析儀(日本島津公司)。土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、堿解氮(AN)、速效鉀(AK)、有效磷(AP)、黏粒含量、pH值和土壤含水量(SWC)等理化性質測定均采用國標方法進行(劉光崧，1996)。數據用Excel2010和SPSS21.0軟件處理，用SPSS21.0軟件進行單因素方差分析(Tukey多重比較)、主成分分析和Pearson相關分析，用Origin8.6軟件繪圖。

　　2結果與分析

　　2.1復墾林、草地土壤總有機碳(SOC)含量差異

　　GR-9a樣地0~10cm土層SOC含量較SR-9a樣地高49.7%(P<0.05)，但10~20cm土層2種復墾樣地間并無差異。相比CK樣地，2種復墾樣地SOC含量分別偏低48.6%和71.2%(P<0.05)。

　　2.2復墾林、草地土壤輕、重組有機碳(LFOC、HFOC)含量差異

　　復墾林地(SR-9a)、草地(GR-9a)和CK樣地輕組有機碳(LFOC)和重組有機碳(HFOC)含量及其占SOC的比例。2種復墾樣地LFOC含量在0~10cm無差異，但10~20cm差異明顯，HFOC含量在2個土層均表現為GR-9a>SR-9a。

　　再從2種復墾樣地與CK樣地的差異看，除GR-9a在10~20cm土層與CK樣地差異不明顯外，其余LFOC和HFOC含量在0~10和10~20cm土層相比均低于CK樣地。LFOC/SOC和HFOC/SOC在2個土層變化趨勢也不同，LFOC/SOC在2個土層均表現為SR-9a>GR-9a，而HFOC/SOC在2個土層表現為GR-9a>SR-9a。從平均值來看，LFOC含量和LFOC/SOC均為SR-9a>GR-9a，而HFOC和HFOC/SOC則與之相反。

　　2.3復墾林、草地活性有機碳(DOC、WSOC和MBC)含量的差異

　　2種復墾樣地DOC和WSOC含量的差異主要出現在0~10cm土層，并均表現為GR-9a>SR-9a;而2種復墾樣地WSOC含量在2個土層中均表現為GR-9a>SR-9a。同時，與CK相比，除GR-9a樣地0~10cm土層MBC含量偏高外，其余2個土層DOC、MBC和WSOC含量均明顯偏低。

　　3討論

　　3.1復墾林、草地不同形態有機碳含量的差異

　　研究發現，復墾草地土壤總有機碳(SOC)較復墾林地偏高26.1%。但從兩樣地輕、重組有機碳(LFOC、HFOC)含量的差異看，復墾草地HFOC含量較復墾林地偏高70.5%，LFOC含量偏低53.1%，并且復墾草地輕組有機碳占總有機碳的比例低于復墾林地，而重組有機碳占比偏高(復墾草地LFOC/SOC和HFOC/SOC分別為36.0%和64.0%，復墾林地LFOC/SOC和HFOC/SOC為74.5%和25.5%)。

　　可見，復墾草地土壤總有機碳含量的增加，主要體現在增加了土壤重組有機碳，而輕組有機碳含量卻明顯減少。此外，盡管復墾草地土壤SOC含量高于復墾林地，但其活性組分DOC、WSOC和MBC含量并無明顯差異，這可能是由于復墾草地氮素含量相比復墾林地偏高引起的(復墾草地土壤全氮和堿解氮含量分別較復墾林地偏高57.3%和233.0%)，也可能與復墾草地pH值較低有關(Lietal.,2015)，因為較高的土壤氮含量和較低的pH值會抑制微生物活動，減少SOC分解(Christensenetal.，1992)。

　　3.2復墾林、草地有機碳含量差異的關鍵影響因子

　　相關分析表明，TN、TP、AN、C/N、pH值和黏粒含量均對SOC、DOC、WSOC、LFOC和HFOC產生影響，而主成分分析表明TN、AN、TP和pH值是影響有機碳及其組分含量的主要因子，并且TN、AN和TP與之均表現為極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)正相關，表明土壤氮、磷含量增加有利于土壤有機碳的積累(Mendhametal.,2002;王長庭等，2005)。研究表明，土壤C與N、P之間的正相關關系可能主要是通過土壤微生物建立起來的，土壤N、P增加可以促進微生物活動，有利于土壤腐殖質的積累，從而增加有機碳含量(湯松波等，2018;Mendhametal.,2002;Norbyetal.,2010;Amendetal.,2015)。

　　土壤pH值與有機碳呈負相關的原因主要在于pH值增高會影響微生物數量和種類，抑制有機碳的溶解(廖丹等，2015)，從而減少土壤有機碳及組分含量。此外，本研究表明，2種復墾地土壤SOC、DOC、SWOC、MBC、LFOC和HFOC含量均低于當地原地貌林草地(CK)，尤其是SOC、MBC、LFOC和HFOC差異十分明顯(復墾林、草地SOC、MBC、LFOC和HFOC分別較CK低58.7%、23.5%、58.9%和58.5%)，并且相較CK樣地，2種復墾樣地土壤N、P素分別偏低57.4%、37.8%和47.1%、44.4%，其原因可能在于煤矸山復墾時覆土土壤基本為生土，而后續復墾后僅靠植物枯落物歸還很難有效改善氮、磷養分的情況。因此，通過施用有機肥提高氮、磷養分含量，改善土壤結構狀況和pH值可能會增加有機碳的積累。

　　4結論

　　復墾草地SOC、HFOC分別較復墾林地偏高26.1%和70.5%，LFOC含量偏低53.1%，2種復墾樣地DOC、WSOC、MBC含量相當，表明盡管復墾草地土壤總有機碳含量高于復墾林地，但活性組分含量并無明顯差異，這主要是由于復墾草地較高的氮素含量和較低的pH值造成的。土壤TN、TP、AN、C/N、黏粒含量和pH值均對土壤SOC及其組分產生影響，其中，TN、AN、TP和黏粒含量是造成2種復墾樣地有機碳及其組分含量差異的主要因子。因此，通過施用有機肥提高養分含量，改善土壤結構狀況和pH值可能會增加有機碳的積累。

　　參考文獻

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　　李新宇,唐海萍,趙云龍,等.2004.懷來盆地不同土地利用方式對土壤質量的影響分析.水土保持學報,18(6):103-107.

　　李俊超,黨廷輝,薛江,等.2015.植被重建下露天煤礦排土場邊坡土壤碳儲量變化.土壤學報,52(2):453-460.

　　廖丹,于東升,趙永存,等.2015.成都典型區水稻土有機碳組分構成及其影響因素研究.土壤學報,52(3):517-527.

　　劉光崧.1996.土壤理化分析與土壤剖面描述.中國標準出版社.

　　土壤方向論文范文：分析土壤肥力下降的原因及應對措施

　　摘要:農作物的生長需要足夠的營養物質。但是，隨著近些年來我國工業化程度的不斷升高，農村耕地土壤的肥力在不斷下降。尤其是對于一些工業化程度較高的城市周邊更是如此。農作物在這些肥力不足的土地中生長，其長勢和最終的產量都會受到影響。因此，加強對土壤中肥力的研究，尋找當前土壤肥力下降的原因并采取相關對策是保證我國糧食生產的基礎，本文將就此進行研究。