榮 穎 王 淳 孫光林 胡振琪 郭政良

(1.中原工學(xué)院系統(tǒng)與工業(yè)工程技術(shù)研究中心,河南 鄭州 451191;2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,山東 泰安 271000;3.土肥高效利用國家工程研究中心,山東 泰安 271000;4.中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院,河南 鄭州 451191;5.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

煤炭資源的大規(guī)模開采,在滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要的同時(shí),也帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題和社會(huì)問題[1]。相較于地下井工開采,露天開采具有成本低和安全系數(shù)高等特點(diǎn),我國露天煤礦開采比例已由原來的不足10%提高到16.9%[2]。露天礦開采需剝離礦層上方的全部表土和巖層,極易損毀土地和生態(tài)環(huán)境。而我國露天煤礦恰恰主要分布在生態(tài)環(huán)境脆弱的西部地區(qū),使得該區(qū)域土地生態(tài)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈擾動(dòng)的態(tài)勢(shì)[3]。因此,西部露天礦區(qū)土地復(fù)墾成為我國亟待解決的重要問題。

土壤是植物賴以生存的介質(zhì),復(fù)墾后的土壤條件直接影響到植物生長狀況。因此,土壤重構(gòu)是土地復(fù)墾的研究重點(diǎn)和核心任務(wù)[4]。表土資源是土壤重構(gòu)的首要選擇,而西部露天礦區(qū)因表土稀缺導(dǎo)致排土場(chǎng)覆土厚度不足,嚴(yán)重影響了復(fù)墾土壤質(zhì)量的提升[5]。同時(shí),當(dāng)?shù)氐V區(qū)以風(fēng)沙土為主要土壤類型,其土壤質(zhì)地較粗且養(yǎng)分含量較低,結(jié)構(gòu)性差,漏水漏肥嚴(yán)重,難以滿足植物生長的需要。使用化肥和有機(jī)肥等改良材料可以在一定程度上提高土壤肥力,但其本身價(jià)格較高,且改良效果不全面。因此,充分利用礦區(qū)當(dāng)?shù)卦牧?高效低成本地進(jìn)行土壤重構(gòu)和改良是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。況欣宇等[6]研究發(fā)現(xiàn):將表土、煤矸石及巖土剝離物為原材料以一定比例混合時(shí),能夠顯著提高草木樨生物量。郭振等[7]基于砒砂巖與沙土二者在顆粒組成方面的互補(bǔ)特性,將砒砂巖與沙土按一定比例進(jìn)行配比,發(fā)現(xiàn)砒砂巖可以提高沙土的生物多樣性。劉新梅等[8]研究表明:在復(fù)墾土壤中添加泥炭、腐植酸和蛭石等改良劑,可以提高復(fù)墾土壤總有機(jī)碳含量和增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性。曹勇等[9]研究發(fā)現(xiàn):沙土可以改良采礦伴生黏土的物理結(jié)構(gòu),提升采礦伴生黏土水分和養(yǎng)分保持效應(yīng)。已有相關(guān)研究主要聚焦在當(dāng)?shù)氐V區(qū)改良材料選擇及其研制方面,多基于植物生長差異、土壤物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分含量或微生物活性等指標(biāo)中一個(gè)或者兩個(gè)評(píng)價(jià)其改良效果,對(duì)于土壤性質(zhì)—微生物活性—植物生長的協(xié)同效應(yīng)研究則較少涉及。

針對(duì)西部露天礦區(qū)土地生態(tài)修復(fù)過程中存在的障礙因子,本研究從充分利用礦區(qū)當(dāng)?shù)爻Ｒ姷脑牧铣霭l(fā),利用風(fēng)沙土、紅黏土、煤矸石、玉米秸稈、腐植酸等材料復(fù)合成不同配比的重構(gòu)土壤,通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)對(duì)重構(gòu)土壤的理化性質(zhì)、微生物活性及植物生長狀況進(jìn)行研究,優(yōu)選出重構(gòu)土壤的最佳配比。紫花苜蓿為內(nèi)蒙古礦區(qū)適生植物,屬于豆科固氮植物,具有培肥土壤的效果,因此選擇紫花苜蓿作為宿主植物。本研究旨在降低礦區(qū)土地生態(tài)修復(fù)成本和快速提高修復(fù)效果的同時(shí),解決煤矸石和玉米秸稈等固體廢棄物堆置造成的環(huán)境問題,為礦區(qū)土壤重構(gòu)及固體廢棄物的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括風(fēng)沙土、紅黏土、玉米秸稈、煤矸石和腐植酸,其中風(fēng)沙土、紅黏土、玉米秸稈取自神東天隆集團(tuán)武家塔礦區(qū),煤矸石取自陜西省神木縣北部的大海則礦區(qū),腐植酸來自神東天隆腐植酸科技有限公司。玉米秸稈、煤矸石風(fēng)干后用大型磨粉機(jī)磨碎至2 mm粉末狀備用;風(fēng)沙土、紅黏土、腐植酸經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干、去雜、研磨、過2 mm篩后備用。5種材料的基本理化性狀參數(shù)見表1。

表1 不同試驗(yàn)材料的背景值Table 1 Background values of different test materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于內(nèi)蒙古鄂爾多斯伊金霍洛旗的日光溫室(109°47′05.04″E,39°32′59.21″N)內(nèi)進(jìn)行,整個(gè)試驗(yàn)周期為63 d。首先經(jīng)過前期篩選,將風(fēng)沙土與紅黏土按照1∶2質(zhì)量比進(jìn)行復(fù)配;然后向復(fù)配土中同時(shí)添加煤矸石、玉米秸稈、腐植酸3種培肥材料,3種培肥材料按與復(fù)配土的質(zhì)量百分比設(shè)置3個(gè)梯度,形成重構(gòu)土壤,采用L9(34)正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(表2),同時(shí)以未添加改良材料的風(fēng)沙土作為對(duì)照(CK)。試驗(yàn)共10個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)開始時(shí)將重構(gòu)土壤均勻攪拌,裝入19 cm(盆高)×20 cm (盆口直徑)×16 cm (盆底直徑)的塑料盆內(nèi),每盆5 kg。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 2 Test design schemes

紫花苜蓿種子催芽后均勻播種于各盆,每盆20粒,出苗7 d后每盆留苗10棵。每天17∶00點(diǎn)按稱重法測(cè)定土壤含水量并補(bǔ)充水分到田間持水量的70%左右。為了平衡日光溫室不同空間在光照、溫度、濕度上的差異,每7 d將以兩條中軸線為基準(zhǔn)的對(duì)稱位置上的塑料盆互換位置。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

(1)土壤樣品采集和測(cè)定。原狀土樣利用100 cm3體積的環(huán)刀采取,用于測(cè)定土壤容重、土壤總孔隙度、飽和含水量、毛管持水量及田間持水量。另分別采集兩份土樣,一部分土樣風(fēng)干后剔除雜物過2 mm篩,用于分析土壤顆粒組成、全氮、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀及pH值;另一部分土樣用自封袋密封后冷藏于4℃冰柜中,用于測(cè)定微生物數(shù)量。土壤顆粒組分采用BT-9300H激光粒度分析儀測(cè)定,土壤容重、總孔隙度、飽和含水量、毛管持水量及田間持水量采用環(huán)刀法測(cè)定,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用濕篩法測(cè)定[10-11]。土壤全氮采用硫酸消煮-凱式定氮法測(cè)定,有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定,速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定,土壤 pH值采用 pH計(jì)(水土比 2.5∶1)測(cè)定[12]。土壤可培養(yǎng)微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌)采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)定[13]。

(2)植物樣品采集和測(cè)定。紫花苜蓿地上部分刈割后置于105℃烘箱中殺青30 min,75℃烘至恒重,獲得地上部分生物量。根系用水洗凈后先掃描成TIF圖像文件,然后用WinRHIZO軟件處理,分析根表面積、根長和根直徑指標(biāo)。取部分植株樣品研磨至粉末狀后,用 H2SO4-H2O2進(jìn)行消解,植株全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱式定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納整理和作圖,采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析,不同處理間采用Duncan法檢驗(yàn)各處理平均數(shù)在P＜0.05水平的差異顯著性[14-15],利用Pearson相關(guān)分析檢驗(yàn)生物量與土壤性質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)對(duì)紫花苜蓿生長的影響

不同重構(gòu)土壤材料配比處理能促進(jìn)紫花苜蓿的生長。通過分析不同配比對(duì)紫花苜蓿生長指標(biāo)的影響(表3)可知:重構(gòu)土壤紫花苜蓿的生物量、吸氮量、吸磷量、吸鉀量、根長、根直徑和根表面積均高于對(duì)照處理,其中,T6處理(風(fēng)沙土與紅黏土1∶2、15%煤矸石、5%玉米秸稈、0.05%腐植酸)達(dá)到最大值,同時(shí)也顯著高于 CK(P＜0.05),比 CK分別提高了624.76%、78.47%、324.14%、82.05%、131.80%、239.20%和650.45%。由于各材料在理化性質(zhì)上存在明顯的不同,不同重構(gòu)材料用量配比對(duì)紫花苜蓿生長狀況影響存在差別。重構(gòu)土壤9個(gè)處理間總體表現(xiàn)為:T1、T4及T7處理間紫花苜蓿生長指標(biāo)沒有顯著差異,雖然高于對(duì)照處理,但未達(dá)到顯著性差異,且均顯著低于其他處理;T3、T6、T9處理之間只有生物量這一指標(biāo)差異顯著;T5處理的吸氮量和根直徑與T2、T8之間存在顯著差異,與T6無差異。這說明利用風(fēng)沙土、紅黏土、煤矸石、玉米秸稈、腐植酸5種材料混合得到的重構(gòu)土壤具有可行性,但要求這5種材料以一定的比例進(jìn)行混合,從方差分析結(jié)果來看,重構(gòu)土壤中的玉米秸稈和煤矸石用量是影響紫花苜蓿生長狀況的關(guān)鍵變量,當(dāng)風(fēng)沙土與紅黏土1∶2、15%煤矸石、5%玉米秸稈及0.05%腐植酸混合得到的重構(gòu)土壤,最適合紫花苜蓿生長。

表3 不同配比對(duì)紫花苜蓿生長指標(biāo)的影響Table 3 Effect of different reconstructed soil ratio on the alfalfa growth indicators

2.2 不同基質(zhì)物理性狀

對(duì)于空白處理的風(fēng)沙土而言(CK),黏粒含量僅為3.30%,砂粒含量高達(dá)90.30%,質(zhì)地類別為砂土(表4),因而其難以形成穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu),漏水漏肥嚴(yán)重。在風(fēng)沙土中添加紅黏土、煤矸石、玉米秸稈、腐植酸4種材料后,砂粒含量顯著降低,黏粒和粉粒含量顯著增加,土壤質(zhì)量類型呈現(xiàn)由質(zhì)地不良的砂土到質(zhì)地良好的砂壤改變。重構(gòu)土壤9個(gè)處理間砂粒、粉粒和黏粒含量未達(dá)到顯著性差異,土壤質(zhì)地屬于砂壤,這說明在風(fēng)沙土中添加紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸4種材料后,質(zhì)地類型不良的砂質(zhì)性土壤在一定程度上得到了改善,這也從質(zhì)地類型上說明了利用5種材料混合得到的重構(gòu)土壤具有可行性,其中紅黏土能顯著改善風(fēng)沙土在土壤顆粒級(jí)配方面的固有缺陷。

表4 不同配比對(duì)土壤顆粒組成的影響Table 4 Effect of different reconstructed soil ratio on soil particle composition

通過分析不同配比對(duì)土壤物理性狀的影響(表5)可知:與空白處理的風(fēng)沙土相比(CK),重構(gòu)土壤方案對(duì)應(yīng)的容重顯著降低,其中T6處理容重最小,較CK處理下降了19.75%,與CK、T1和T7處理差異顯著,T1、T7處理與CK未達(dá)到顯著差異水平。重構(gòu)土壤方案的總孔隙度較CK明顯升高,其中T6處理的總孔隙度達(dá)到最高值,較CK處理提高了30.45%,與CK、T1和T7處理差異達(dá)到顯著水平。重構(gòu)土壤方案改變了土壤水分特性,其中T6處理的飽和含水量、毛管持水量及田間持水量均為最大值,較CK處理顯著提高了91.60%、144.58%、147.41%,且其田間持水量顯著高于其他處理。由此可見,加入紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸以后,土壤容重顯著降低,總孔隙度明顯增加,保水儲(chǔ)水能力顯著提高,為紫花苜蓿生長發(fā)育提供了良好環(huán)境。

表5 不同配比對(duì)土壤物理性狀的影響Table 5 Effect of different reconstructed soil ratio on soil physical properties

通常認(rèn)為粒徑大于0.25 mm的土壤團(tuán)聚體對(duì)土壤肥力具有重要影響。重構(gòu)土壤方案的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量較CK處理顯著提高,其中＞1 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著增加,但不同重構(gòu)土壤處理0.25～0.50 mm、0.5～1.0 mm團(tuán)聚體含量差異不顯著,T3、T6和T9處理的1～2 mm、2～5 mm、＞5 mm的含量均顯著高于其他處理。可見,紅黏土、玉米秸稈、煤矸石、腐植酸的加入能促使沙質(zhì)土壤小粒級(jí)顆粒向大粒級(jí)顆粒團(tuán)聚,形成更多的大粒級(jí)顆粒,從而使土壤團(tuán)聚體粒徑分布更為均勻,土壤結(jié)構(gòu)逐漸改善。

2.3 不同基質(zhì)化學(xué)性狀

重構(gòu)土壤處理顯著改善了土壤養(yǎng)分含量。如表6所示,除了土壤全氮含量外,各重構(gòu)土壤處理養(yǎng)分含量與CK處理差異顯著,其中,T6處理的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀含量均為最大值,分別比CK提高了1141.17%、269.98%、1 974.61%、620.45%。各重構(gòu)土壤處理之間的養(yǎng)分含量總體表現(xiàn)為:T1、T4和T7處理顯著低于其他處理,T3、T6和T9處理顯著高于其他處理。對(duì)照處理pH值為9.03,基質(zhì)環(huán)境呈堿性,添加紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸處理后,重構(gòu)土壤pH值降低至8.28～8.91,均顯著低于CK處理,其中T6處理的pH值最小,較CK降低了8.31%。說明紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐殖酸的加入能有效改善土壤質(zhì)量,從方差分析的結(jié)果來看,玉米秸稈用量是影響重構(gòu)土壤養(yǎng)分含量的關(guān)鍵變量,玉米秸稈用量在1%水平時(shí)對(duì)土壤的養(yǎng)分含量影響較小,表現(xiàn)為T1、T4及T7處理的養(yǎng)分含量明顯低于其他處理,在試驗(yàn)范圍內(nèi)的最高水平5%時(shí)的效果最好,即玉米秸稈在重構(gòu)土壤中的比例控制在3%～5%時(shí),重構(gòu)土壤養(yǎng)分含量較高。

表6 不同配比對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響Table 6 Effect of different reconstructed soil ratio on soil chemical properties

2.4 不同基質(zhì)生物學(xué)性狀

通過分析不同配比對(duì)土壤生物指標(biāo)的影響(表7)可知:未做任何處理的風(fēng)沙土(CK)中,細(xì)菌、真菌及放線菌的數(shù)量極少,而重構(gòu)土壤基質(zhì)的細(xì)菌、真菌及放線菌的數(shù)量均顯著高于對(duì)照處理,其中細(xì)菌的數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其次是放線菌,真菌數(shù)量最少,表明添加不同改良材料能夠影響土壤微生物的數(shù)量。根據(jù)方差分析結(jié)果,各重構(gòu)土壤處理對(duì)細(xì)菌、真菌及放線菌的數(shù)量影響不同,其中T2處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均為最高值,T6處理的土壤真菌數(shù)量為最高值,分別較CK處理增加了1 078.26%、1 211.25%、1 854.55%;T2、T3和T6處理之間的微生物數(shù)量差異不顯著;T1、T4和T7處理的微生物數(shù)量雖然顯著高于CK,但仍顯著低于其他重構(gòu)土壤處理。這是由于各材料在理化性質(zhì)上存在明顯的不同,材料間不同比例的混合對(duì)于土壤微生物數(shù)量的影響也存在差別。從方差分析結(jié)果來看,玉米秸稈用量在1%水平時(shí)(T1、T4和T7處理),土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量顯著低于其他重構(gòu)土壤處理,隨著玉米秸稈用量的增加,細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量增加;煤矸石在重構(gòu)土壤中的比例控制在10%～15%時(shí),重構(gòu)土壤微生物數(shù)量較高。

表7 不同配比對(duì)土壤生物指標(biāo)的影響Table 7 Effect of different reconstructed soil ratio on soil biological properties

2.5 生物量與土壤性質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)分析

由相關(guān)分析結(jié)果可知(表8):除了與重構(gòu)土壤容重和pH值表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)外(P＜0.01),生物量與其他表征土壤性質(zhì)的各指標(biāo)呈顯著或極顯著正相關(guān)(P＜0.01或P＜0.05),說明風(fēng)沙土、紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸混合基質(zhì)可以顯著協(xié)調(diào)紫花苜蓿生長所必需的水肥能力。土壤容重除了與pH值呈極顯著正相關(guān)外(P＜0.01),與其他指標(biāo)均表現(xiàn)為顯著或極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05或P＜0.01),其他土壤各指標(biāo)間均呈顯著或極顯著正相關(guān)(P＜0.05或P＜0.01)。進(jìn)一步表明:土壤理化性質(zhì)和微生物活性之間存在一定的耦合關(guān)系,土壤容重和pH值的降低在改善土壤物理性狀和增強(qiáng)微生物活性的同時(shí),進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分含量,促進(jìn)植物生長發(fā)育,紫花苜蓿生 長與基質(zhì)理化性狀和微生物活性存在協(xié)同效應(yīng)。

表8 生物量與土壤各指標(biāo)Pearson相關(guān)性分析Table 8 Pearson correlation coefficients between alfalfa biomass and soil characteristics

3 討 論

3.1 不同土壤重構(gòu)材料特性的差異和互補(bǔ)性質(zhì)

由于質(zhì)地、結(jié)構(gòu)性及礦物特征等方面的差異,風(fēng)沙土、紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸5種材料在土壤養(yǎng)分和水分保持方面具有不同的特性。風(fēng)沙土最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)性差,有效養(yǎng)分、微生物數(shù)量少,漏水漏肥嚴(yán)重;紅黏土則與風(fēng)沙土在質(zhì)地結(jié)構(gòu)上互補(bǔ),其結(jié)構(gòu)性好,持水性強(qiáng),但有效養(yǎng)分和微生物數(shù)量少。煤矸石和玉米秸稈是煤炭生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的副產(chǎn)品,其隨意堆放和不當(dāng)處理帶來了一系列環(huán)境問題[16-17],但煤矸石和玉米秸稈本身比表面積大,含有多種微量元素和營養(yǎng)成分。腐植酸具有廣泛的來源和分布,在調(diào)節(jié)土壤pH值和提高土壤養(yǎng)分有效性方面有促進(jìn)作用。因此基于5種材料特性互補(bǔ),5種材料重構(gòu)成土具有可行性,但不同配比下,重構(gòu)土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)具有較大差異。

3.2 不同配比對(duì)土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)的影響

對(duì)于風(fēng)沙土而言,黏粒和砂粒含量極少,難以形成穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu),需要添加黏?；蛘咴黾佑袡C(jī)物質(zhì)來改良其固有缺陷。風(fēng)沙土與紅黏土經(jīng)物理混合后,紅黏土的粉粒和黏粒填充了風(fēng)沙土砂粒間的非毛管孔隙,增加了毛管孔隙度,降低了風(fēng)沙土的滲漏性,形成具有相對(duì)較好質(zhì)地的重構(gòu)土壤。室內(nèi)分析結(jié)果表明,風(fēng)沙土與紅黏土混合形成的重構(gòu)土壤的黏粒和粉粒含量均顯著高于對(duì)照風(fēng)沙土,土壤結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變,＞1 mm和＞5 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體顯著提高,為植物生長提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[18]。另外,由于各改良材料具有較大的表面積和疏松性、多孔性結(jié)構(gòu),可吸持大量水分,各重構(gòu)土壤處理的容重降低,土壤孔隙度和含水量顯著增加,這與柴冠群等[19]、馮瑞云等[20]的研究結(jié)果類似。

風(fēng)沙土中缺乏有機(jī)質(zhì)以及氮、磷、鉀等礦物質(zhì)元素,pH值呈堿性。重構(gòu)土壤處理的全氮、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀的含量均顯著提高,且土壤的pH值降低,這說明重構(gòu)土壤中的礦物質(zhì)養(yǎng)分得到活化和改良,從而改善了紫花苜蓿植株的生長環(huán)境。這是由于煤矸石、玉米秸稈、腐植酸等改良材料本身含有一定的氮、磷、鉀及各種微量元素[19-23],在改良材料自身作用和協(xié)同作用下,重構(gòu)土壤各處理的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較對(duì)照處理顯著提高,且重構(gòu)土壤處理組之間的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量存在明顯差異。

土壤理化性狀的改善為微生物提供棲息場(chǎng)所,反過來促進(jìn)了土壤微生物群落的生長和新陳代謝,土壤中微生物在有機(jī)質(zhì)分解、腐殖質(zhì)形成及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等過程中起著關(guān)鍵性的作用,土壤中微生物數(shù)量的變化不僅是反映土壤質(zhì)量變化的活指標(biāo),也是土壤生物活性的具體體現(xiàn)[24]。重構(gòu)土壤的細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量較對(duì)照風(fēng)沙土均有顯著增加,表明重構(gòu)土壤對(duì)刺激土壤中微生物的生長有一定的作用,這與范富等[25]和楊文平等[26]的研究結(jié)果類似。不同配比重構(gòu)土壤的微生物活性差異明顯,這是由于不同添加物含有的微生物種類和數(shù)量不同,且與添加物引起的土壤環(huán)境的間接改變有關(guān)。重構(gòu)土壤后微生物數(shù)量增加,一定程度上是土壤質(zhì)量提高的表征,進(jìn)而促進(jìn)了土壤微生態(tài)環(huán)境的改善。

4 結(jié) 論

(1)利用風(fēng)沙土、紅黏土、煤矸石、玉米秸稈及腐植酸5種材料復(fù)合成不同配比的重構(gòu)土壤具有可行性,既可解決原表土稀缺和土壤養(yǎng)分貧瘠的問題,又可降低礦區(qū)土地生態(tài)修復(fù)成本,減輕煤矸石和玉米秸稈堆置對(duì)環(huán)境造成的污染。

(2)不同重構(gòu)土壤配比均可以顯著改善土壤物理結(jié)構(gòu),增加土壤養(yǎng)分含量,提高土壤微生物的活性,促進(jìn)紫花苜蓿生長,其中風(fēng)沙土與紅黏土按1∶2復(fù)配,同時(shí)添加15%煤矸石、5%玉米秸稈及0.05%腐植酸,土壤重構(gòu)效果最佳。

(3)玉米秸稈和煤矸石用量是影響紫花苜蓿生長狀況的關(guān)鍵變量,紫花苜蓿生物量與重構(gòu)土壤理化性質(zhì)和微生物活性存在協(xié)同效應(yīng)。

(4)本研究結(jié)果均來自室內(nèi)盆栽試驗(yàn),實(shí)地條件下重構(gòu)土壤配比對(duì)土壤和植物的作用機(jī)制尚未明晰,需要開展田間試驗(yàn)進(jìn)一步深入研究。