蔣志洋 龍林麗 程海燕 周育智 徐燕飛 陳孝楊

摘要 為了探究覆土厚度對復(fù)墾土壤團聚體穩(wěn)定及有機碳貢獻率的影響，采用干篩法、濕篩法測定不同覆土厚度下土壤機械穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性團聚體、團聚體有機碳分布，計算穩(wěn)定性參數(shù)及有機碳貢獻率，分析覆土厚度對其的影響。結(jié)果表明，在同一粒級下，隨著覆土厚度的增加，團聚體有機碳含量呈先增加后減少的趨勢。覆土0～20 cm的>0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體含量最大、土壤團聚體團粒指數(shù)最小，覆土為60～80 cm的土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑、幾何平均直徑、團聚體穩(wěn)定率最大，團聚體破壞率最低，是研究區(qū)最適合微生物活動及土壤根系生長的覆土厚度，研究結(jié)果對煤矸石充填復(fù)墾土壤的合理利用及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞 采煤沉陷區(qū)；土地復(fù)墾；覆土厚度；土壤團聚體穩(wěn)定性；有機碳貢獻率

中圖分類號 S 151.9? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）07-0068-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.07.017

Effects of Cover Thickness on Stability of Aggregates and Organic Carbon in Reclaimed Soil

JIANG Zhi-yang1，LONG Lin-li1，CHENG Hai-yan2，3，4 et al

（1.School of Earth and Environment， Anhui University of Science and Technology， Huainan，Anhui 232001;2.Anhui Coal Mine Green and Low-Carbon Development Engineering Research Center， Huainan，Anhui 232000;3. Ping’an Coal Mining Engineering Technology Research Institute Co.， Ltd.， Huainan，Anhui? 232033;4. Huainan Mining （Group） Co.， Ltd.， Huainan，Anhui 232001）

Abstract In order to explore the effects of cover thickness on the stability of soil aggregates and the contribution rate of organic carbon， the mechanical stability of soil， the water stability aggregate and the organic carbon distribution of aggregates under different cover thicknesses were determined by dry sieve method and wet screen method， the stability parameters and organic carbon contribution rate were calculated， and the influence of cover thickness was analyzed. The results showed that under the same particle level， with the increase of the thickness of the cover， the average content of aggregate organic carbon showed a trend of increasing first and then decreasing. The > 0.25 mm water stability aggregate content of 0-20 cm of the covered soil was the largest， the soil agglomerate particle index was the smallest， the average weight diameter， geometric average diameter and agglomerate stability of the soil mechanical stability and water stability aggregates with a soil cover of 60-80 cm are the largest， the agglomeration failure rate was the lowest， and it was the most suitable soil thickness for microbial activities and soil root growth in the study area， and the research results were of great significance for the rational utilization and sustainable development of the reclaimed soil filled with gangue.

Key words Coal mining subsidence area;Land reclamation;Cover thickness;Soil agglomeration stability;Organic carbon contribution rate

基金項目 國家自然科學(xué)基金項目（41572333）；平安煤炭開采工程技術(shù)研究院有限責任公司項目（HNKY-PG-WT-2021-260）；安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項目（KJ2021a0423）。

作者簡介 蔣志洋（1996—），男，安徽淮南人，碩士研究生，研究方向：復(fù)墾土壤肥力提升。通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事礦山生態(tài)安全與土壤質(zhì)量提升研究。

收稿日期 2022-05-27

據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）統(tǒng)計，全球農(nóng)業(yè)減排的自然總潛力有93%來自土壤固碳，現(xiàn)土壤固碳潛力、土壤固碳機制、影響因素等已成為土壤碳庫的研究重點［1］。利用煤矸石充填復(fù)墾是改善復(fù)墾區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)重建的重要手段。礦區(qū)復(fù)墾后會優(yōu)先用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［2］，了解其土壤養(yǎng)分情況尤為重要，其中土壤有機碳含量是衡量土壤肥力的重要指標，可以靈敏地反映復(fù)墾措施對土壤肥力的影響［3］。土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，在穩(wěn)定和保護土壤有機碳方面有重要作用［4］。因此，復(fù)墾土壤團聚體穩(wěn)定性及有機碳含量已成為衡量復(fù)墾區(qū)域土壤質(zhì)量的重要指標［5］。

目前土壤團聚體穩(wěn)定性研究以水穩(wěn)定性團聚體為主，評價指標包括團聚體穩(wěn)定率（WSAR）［6］、平均重量直徑（MWD）［7］、幾何平均直徑（GMD）［8］、>0.25 mm團聚體含量（R0.25）［9］、團聚體破壞率（PAD）［10］和不穩(wěn)定團粒指數(shù)（ELT）［5］等。國內(nèi)外學(xué)者針對礦區(qū)復(fù)墾土壤團聚體影響因素的研究，主要考慮復(fù)墾方式、施肥方式等措施對土壤結(jié)構(gòu)的影響。例如，金永昌等［11］研究表明合理的復(fù)墾方式有利于團聚體有機碳的形成；高健永等［12］研究復(fù)墾土壤團聚體穩(wěn)定性對施肥的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，施肥處理可顯著提高復(fù)墾土壤團聚體有機膠結(jié)物質(zhì)含量，施肥處理影響胡敏素含量進而影響土壤機械穩(wěn)定性團聚體的形成；Liu等［13］研究表明保護性耕作能增加土壤蓄水量，形成大量發(fā)育良好的土壤團聚體，提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。但鮮有研究覆土厚度對煤矸石充填復(fù)墾土壤團聚體分布及有機碳含量的影響，對于復(fù)墾土壤不同粒級團聚體的有機碳在不同覆土厚度的分布特征還不明確。

為了探究復(fù)墾區(qū)域覆土厚度對土壤團聚體穩(wěn)定及有機碳貢獻率的影響，筆者采用干篩法、濕篩法測定團聚體含量，計算機械穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑（DMWD）、機械穩(wěn)定性團聚體幾何平均直徑（DGMD）、水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑（WMWD）、水穩(wěn)定性團聚體幾何平均直徑（WGMD）、>0.25 mm團聚體含量（R0.25）、團聚體破壞率（PAD）、團聚體穩(wěn)定率（WSAR）、土壤不穩(wěn)定團粒指數(shù)（ELT）等土壤穩(wěn)定性指標，研究不同覆土厚度下有機碳分布及貢獻率特征，剖析覆土厚度對土壤團聚體穩(wěn)定性參數(shù)及各粒級團聚體有機碳貢獻率的影響，以期為煤矸石充填復(fù)墾土壤的合理利用及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于安徽省淮南市潘集礦區(qū)，地處淮河中游，淮南市北部，屬暖溫帶季風(fēng)氣候。受季風(fēng)氣候的影響，冬夏長，春秋短，四季分明。年平均氣溫14.3～16.1 ℃，極端最高氣溫41.6 ℃，極端最低氣溫-22.2 ℃。年日照時數(shù)2 298 h，年降水量905.6 mm，年無霜期215.5 d。研究區(qū)塌陷總面積3 544 hm2，常年積水面積合計1 200 hm2，2005年利用煤矸石為沉陷區(qū)充填基質(zhì)，經(jīng)機械反復(fù)碾壓后上覆剝離表土，共治理沉陷區(qū)面積約37.96 hm2。該復(fù)墾區(qū)域以草地為主，地形較為平緩，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后按覆土厚度為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm選擇樣地，修復(fù)區(qū)域土壤物理、化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

1.2 樣品采集

采樣前用取土鉆探測生態(tài)修復(fù)區(qū)域覆土厚度，按覆土厚度為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm選擇立地條件相似的5個典型樣地。同時，在復(fù)墾區(qū)附近未塌陷區(qū)域的農(nóng)田設(shè)采樣區(qū)作為對照（CK）。在每個樣地按“S”型布設(shè)5個采樣點，采樣前剔除石塊、植物殘體、樹葉等雜物，每個采樣點采集3個子樣點的表層土壤（0～20 cm）混合均勻組成一個樣品，約1 kg，同時現(xiàn)場拍照并記錄采樣點的基本信息于裝有土樣的自封袋上，帶回實驗室自然風(fēng)干后，將大土塊按自然紋理剝離成直徑約1 cm的小土塊作為待測樣品。

1.3 土壤團聚體穩(wěn)定性和有機碳貢獻率計算方法

機械穩(wěn)定性團聚體采用干篩法［14］測定，稱取一定質(zhì)量的待測土樣，放入孔徑分別為3.20、2.00、1.00、0.50、0.25 mm的套篩中，底層安放無孔底盒，頂部有篩蓋。裝好土壤后，用人工手篩的方法分離土樣，從上部依次取篩，將各級網(wǎng)篩的土樣分別稱量計重，得到粒徑>3.20、>2.00～3.20、>1.00～2.00、>0.50～1.00、>0.25～0.50和≤0.25 mm的機械穩(wěn)定性團聚體質(zhì)量。

水穩(wěn)定性團聚體采用濕篩法［15］測定，根據(jù)干篩后的各級團聚體分布比例配成一份100 g的混合土樣，將100 g混合土樣放入孔徑為2.000 mm的篩子中，用蒸餾水浸泡10 min，以振幅為3 cm、20～30次/min的頻率振蕩，振蕩時土樣淹沒在水面之下。過篩后取篩上土樣稱重，即為>2.000 mm團聚體；再將過篩后的土樣采用同樣方法過2.000、1.000、0.500、0.250、0.100、0.053 mm的篩，分離稱重篩上土樣，即可得到>2.000、>1.000～2.000、>0.500～1.000、>0.250～0.500、>0.100～0.250、>0.053～0.100、≤0.053 mm的水穩(wěn)定性團聚體質(zhì)量，分離出的土壤團聚體土壤有機碳采用重鉻酸鉀外熱法［16］測定。

利用干篩法和濕篩法所得的各粒級團聚體數(shù)據(jù)，計算團聚體平均重量直徑（MWD，mm）、幾何平均直徑（GMD，mm）、>0.25 mm團聚體含量（R0.25，%）、團聚體破壞率（PAD，%）、團聚體穩(wěn)定率（WSAR，%）、土壤不穩(wěn)定團粒指數(shù)（ELT，%），計算公式如下［5-10］：

MWD=ni=1Xi×MiMt（1）

GMD=expni=1（Mi×lnXi）ni=1Mi（2）

R0.25=Mr>0.25Mt×100%（3）

PAD=（DR0.25-WR0.25）DR0.25×100%（4）

ELT=Mt-Mr>0.25Mt×100%（5）

式中，Xi為第i粒級團聚體的平均直徑（mm）；Mi為第i粒級團聚體重量（g）；Mt為團聚體總重量（g）；Mr>0.25為>0.25 mm團聚體質(zhì)量（g）；DR0.25為>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量（%）；WR0.25為>0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體含量（%）。

各粒級團聚體有機碳對土壤有機碳的貢獻率（CR，%）計算公式如下［17］：

CR=（ai×bi）/c×100%（6）

式中，ai為各粒級團聚體有機碳含量（g/kg）；bi為不同粒級土壤團聚體含量（%）；c為土壤總有機碳含量（g/kg）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2019和SPSS 26.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計整理分析，Duncan法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆土厚度土壤穩(wěn)定性團聚體分布特征

從不同覆土厚度下土壤機械穩(wěn)定性團聚體組成特征（圖1a）可以看出，煤矸石充填復(fù)墾會提高>2.00～3.20、>1.00～2.00、>0.50～1.00、>0.25～0.50、≤0.25 mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量，不同覆土厚度下各粒級機械穩(wěn)定性團聚體組成特征和分布趨勢基本一致，隨著覆土厚度的增加呈“W”型分布，以>0.25 mm粒級的機械穩(wěn)定性團聚體為主，占測試土重的94.02%～98.34%。不同覆土厚度區(qū)土壤中>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量從大到小依次為60～80 cm > 80～100 cm> 20～40 cm > 0～20 cm > 40～60 cm。復(fù)墾土壤的>0.25 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量均低于CK，覆土厚度0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm分別比CK減少了3.24百分點、3.20百分點、4.39百分點、1.23百分點、1.65百分點。對照區(qū)>3.2 mm機械穩(wěn)定性團聚體含量為83.72%，顯著高于復(fù)墾區(qū)域土壤。覆土厚度為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm的土壤>2.00～3.20 mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量均高于CK，分別比CK增加了5.11百分點、2.82百分點、5.37百分點、0.17百分點、1.66百分點；>1.00～2.00 mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量分別為9.95%、9.53%、13.17%、5.69%、8.73%；>0.50～1.00 mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量分別是CK的2.196、2.412、3.904、1.456、2.436倍；>0.25～0.50、≤0.25 mm土壤機械穩(wěn)定性團聚體含量也明顯高于CK。

從不同覆土厚度下土壤水穩(wěn)定性團聚體組成特征（圖1b）可以看出，測定的各粒級土壤水穩(wěn)定性團聚體中>2.000和≤0.053 mm粒級含量比例較大，其次是>0.250～2.000 mm的小團聚體。水穩(wěn)定性團聚體與機械穩(wěn)定性團聚體相比，>0.250 mm粒徑的團聚體含量明顯減少，變化幅度為27.99%～41.93%。對比圖1a和圖1b發(fā)現(xiàn)，>2.000 mm粒級的大團聚體在水穩(wěn)定性團聚體比在機械穩(wěn)定性團聚體中所占比例低，

在覆土厚度0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm的含量分別為53.16%、53.33%、40.62%、60.16%、28.48%。充填復(fù)墾區(qū)不同覆土厚度下的土壤水穩(wěn)定性團聚體含量與對照區(qū)相比，除>2.000和≤0.053 mm團聚體外，其余粒級團聚體含量均高于CK。>2.000 mm粒級的土壤水穩(wěn)定性團聚體含量從大到小依次為40～60 cm > 60～80 cm > 0～20 cm > 20～40 cm > 80～100 cm；>0.250～2.000 mm的小團聚體含量最高的是0～20 cm，為42.66%，比20～40 cm高出13.44百分點；微團聚體（>0.053～0.250 mm）

在覆土厚度0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm的含量分別為12.66%、17.72%、12.24%、8.89%、10.99%、5.54%；在復(fù)墾區(qū)域各覆土厚度下，60～80 cm的粉-黏團聚體（≤0.053 mm）含量最高。

2.2 不同覆土厚度土壤團聚體穩(wěn)定性參數(shù)分布

由圖2可知，在0～100 cm的覆土厚度下DMWD、DGMD、WMWD、WGMD分布特征大致趨勢相同，即DMWD > DGMD > WMWD > WGMD，且復(fù)墾區(qū)域的DMWD、DGMD、WMWD、WGMD中僅在60～80 cm的覆土厚度下WMWD和WGMD大于對照組，在80～100 cm的覆土厚度下WGMD大于對照組，其余均小于對照組。在0～100 cm的覆土厚度下土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑、幾何平均直徑隨著覆土厚度的增加呈先減少后增加再減少的趨勢。覆土厚度為60～80 cm的復(fù)墾土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑、幾何平均直徑均大于其他覆土厚度，其次是80～100 cm，與未塌陷區(qū)域相似。而覆土厚度為40～60 cm除水穩(wěn)定性團聚體幾何平均直徑（DGMD）比20～40 cm覆土厚度高，機械穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑（DMWD）、機械穩(wěn)定性幾何平均直徑（DGMD）、水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑（WMWD）都為復(fù)墾區(qū)域最小。PAD在22.01%～43.04%，覆土厚度60～80 cm的樣地最低，為22.01%。直徑>0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體含量（R0.25）從高到低依次為0～20 cm>40～60 cm>80～100 cm > 60～80 cm > 20～40 cm。土壤不穩(wěn)定團粒指數(shù)（ELT）最小為0～20 cm，分別比20～40、40～60、60～80、80～100 cm降低了13.94百分點、2.02百分點、11.45百分點、5.46百分點。覆土厚度在0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm的WSAR分別為68.5%、56.99%、60.82%、77.98%、63.79%，較對照區(qū)低17.84百分點、6.33百分點、10.16百分點、27.32百分點、13.13百分點；與對照區(qū)相比，復(fù)墾土壤R0.25較高，PAD、ELT較低。

2.3 不同覆土厚度土壤團聚體有機碳含量及貢獻率特征

由表2可知，覆土厚度為0～20 cm的樣地>0.100～0.250 mm粒級團聚體有機碳含量最高，>0.500～1.000 mm粒級團聚體有機碳含量最低。而在覆土厚度為20～40 cm時，>0.053～0.100 mm粒級的團聚體有機碳含量最高，比粒級>2.000、>1.000～2.000、0.500～1.000、>0.250～0.500、>0.100～0.250 mm的團聚體分別高出了2.04、1.70、2.18、0.38、0.59 g/kg。覆土厚度40～60、60～80 cm有機碳含量最高的團聚體粒級分別為>2.000、>1.000～2.000 mm。在80～100 cm覆土厚度下，>0.053～0.100、>0.250～0.500 mm粒級團聚體有機碳含量較高，分別為5.06、5.03 g/kg。在同一粒級下，隨著覆土厚度的增加，團聚體有機碳含量呈先增加后減少的趨勢。具體表現(xiàn)：覆土厚度60～80 cm的 >2.000、>1.000～2.000 mm粒級團聚體有機碳含量較高，分別為7.83、7.91 g/kg，均顯著高于其他覆土厚度（P<0.05）。在>0.500～1.000 mm粒級團聚體中，有機碳含量從高到低依次為40～60 cm>60～80 cm> 80～100 cm> 20～40 cm> 0～20 cm。在>0.250～0.500 mm土壤團聚體中覆土厚度40～60 cm的樣地有機碳含量最高，分別是0～20、20～40、60～80、80～100 cm的1.55、1.12、1.04、1.24倍。>0.100～0.250 mm粒級團聚體有機碳含量最高值出現(xiàn)在覆土厚度40～60 cm，顯著高于其他覆土厚度處理（P<0.05）。>0.053～0.100 mm粒級團聚體有機碳含量最高值出現(xiàn)在覆土厚度40～60 cm，顯著高于覆土0～20、60～80、80～100 cm（P<0.05），但與20～40 cm覆土厚度下的團聚體有機碳含量差異不顯著（P>0.05）。

各粒級土壤團聚體對土壤有機碳的貢獻率如表3所示，隨著覆土厚度的不同，表現(xiàn)出的規(guī)律也有所不同。具體表現(xiàn)：覆土厚度在0～40 cm，≤0.053 mm粒級對土壤有機碳的貢獻率最高；在40～60、80～100 cm覆土厚度下，>0.250～2.000 mm粒級土壤團聚體的有機碳貢獻率最高，分別為36.12%、35.45%；在覆土厚度60～80 cm的樣地，粒級為>0.053 mm土壤團聚體的有機碳貢獻率隨著粒徑的減小而降低。在>2.000、>0.250～2.000 mm粒級土壤團聚體中，有機碳貢獻率隨著覆土厚度的增加呈現(xiàn)出先減少后增加再減少的趨勢；>0.053～0.250 mm粒級的土壤團聚體有機碳貢獻率隨覆土厚度的增加呈“N”型分布；而對于≤0.053 mm粒級的土壤團聚體，不同覆土厚度下的有機碳貢獻率呈“V”型分布，最小值出現(xiàn)在覆土厚度為60～80 cm處。

3 討論

3.1 覆土厚度對土壤團聚體組成及穩(wěn)定性的影響

以煤矸石充填方式復(fù)墾礦區(qū)，提高礦區(qū)土地生產(chǎn)力的同時，對土壤的劇烈擾動，明顯改變了土壤的水、氣、養(yǎng)分平衡。在該研究中，不同覆土厚度下各粒級機械穩(wěn)定性團聚體分布趨勢基本一致，整體呈“W”型，以>0.25 mm粒級的團聚體為主，占測試土重的94.02%～98.34%，這與王英俊等［18］的研究結(jié)果類似。煤矸石充填復(fù)墾土壤的>0.25 mm粒級的機械穩(wěn)定性團聚體含量均低于CK，覆土厚度0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm分別比CK減少了3.24百分點、3.20百分點、4.39百分點、1.23百分點、1.65百分點。說明在煤炭開采過程中，采煤擾動引起的地表塌陷會降低團聚體穩(wěn)定性，而客土覆蓋能夠明顯改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)。經(jīng)研究，R0.25最高的是覆土厚度0～20 cm樣地，主要原因是表層土壤中有大多植物殘體成分，為微生物維持生命活動提供充足的能量，從而增強了表層土壤的微生物活性，進而有利于各粒徑團聚體內(nèi)部的結(jié)合［5］。由于機械穩(wěn)定性團聚體包含了水穩(wěn)定性及非水穩(wěn)定性團聚體［19］，其在不同覆土厚度下的分布規(guī)律與水穩(wěn)定性團聚體有所不同，在水穩(wěn)定性團聚體中，R0.25在覆土厚度0～20 cm的地塊最高。不同覆土厚度下的土壤水穩(wěn)定性團聚體含量與對照區(qū)相比，除>2.000 mm和≤0.053 mm團聚體外，其余粒級團聚體含量均高于CK，說明復(fù)墾區(qū)域大團聚體的減少未使粉-黏團聚體含量增加，而是增加了>0.053～2.000 mm粒級團聚體含量。

團聚體平均重量直徑（MWD）、幾何平均直徑（GMD）、>0.25 mm團聚體含量（R0.25）、團聚體穩(wěn)定率（WSAR）、團聚體破壞率（PAD）、土壤不穩(wěn)定團粒指數(shù)（ELT）是衡量土壤團聚體穩(wěn)定性的重要指標，其中MWD、GMD、R0.25、WSAR越大，PAD、ELT越小表示團聚體穩(wěn)定性越強，土壤結(jié)構(gòu)越好［20］。充填復(fù)墾覆土厚度的不同不僅會影響土壤團聚體分布，還關(guān)系著土壤團聚體穩(wěn)定性。在該研究中，覆土厚度60～80 cm的WSAR最高，PAD最低。而覆土厚度0～20 cm的地塊R0.25最大、ELT最小。其原因是因為地表有植物凋落物，減少雨水對土壤的沖刷作用，這些有機殘留物會增強微生物活動，產(chǎn)生的根系分泌物和酶可以提高土壤團聚體穩(wěn)定性［21］。通常機械穩(wěn)定性團聚體的平均重量直徑、幾何平均直徑均大于水穩(wěn)定性團聚體［22］，該研究中不同覆土厚度的機械穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑含量最高，水穩(wěn)定性團聚體幾何平均直徑最低，也證明了此結(jié)論。

3.2 覆土厚度對土壤團聚體有機碳的影響

煤矸石作為充填復(fù)墾基質(zhì)，本身含碳20%～30%，對土壤有機碳含量有所影響。在該研究中，>2.000 mm粒徑有機碳含量在覆土厚度60～80 cm區(qū)域含量最高；>0.500～1.000、>0.250～0.500、>0.100～0.250、>0.053～0.100 mm粒級有機碳含量均在覆土厚度40～60 cm區(qū)域含量最高。不同覆土厚度的土壤團聚體有機碳含量隨著粒徑的減小沒有呈現(xiàn)出規(guī)律性，這可能是復(fù)墾土壤團聚體有機碳含量受覆土厚度、植被類型影響的結(jié)果［23］，不同覆土厚度土壤理化性質(zhì)的不同和不同植被類型的凋落物碳含量及根系等都會對土壤團聚體有機碳含量產(chǎn)生影響。從不同粒徑土壤團聚體來看，有機碳含量也表現(xiàn)出不同的變化特征，在同一粒級下，隨著覆土厚度的增加，團聚體有機碳含量呈先增加后減少的趨勢，原因在于樣地土壤偏堿性，抑制微生物活動［24］，而在覆土厚度較薄時煤矸石層的碳含量可能也會增加表層土壤含量。

各粒級土壤團聚體對土壤有機碳的貢獻率隨著覆土厚度的不同表現(xiàn)出的規(guī)律也有所不同。該研究結(jié)果表明，在覆土厚度0～40 cm的區(qū)域，復(fù)墾土壤的主要來源為粉-黏團聚體（≤0.053 mm），這是由于覆土厚度較薄的區(qū)域經(jīng)長時間的耕作擾動，含有較高有機碳含量的大團聚體減少，而有機碳含量較低的微團聚體開始增加［25］。覆土厚度的加深使得土壤粉-黏團聚體（≤0.053 mm）向小團聚體轉(zhuǎn)變（>0.250～2.000 mm），故在40～60、80～100 cm覆土厚度下，>0.250～2.000 mm粒級土壤團聚體的有機碳貢獻率最高，分別為36.12%、35.45%。在覆土厚度60～80 cm的樣地，雖大團聚體有機碳含量并不是最高，但大團聚體（>2.000 mm）有機碳對土壤總有機碳的貢獻最大，是因為礦區(qū)土壤復(fù)墾后新增的有機物質(zhì)先出現(xiàn)在大團聚體中，使得大團聚體中有機碳貢獻率提高。

4 結(jié)論

煤矸石充填復(fù)墾會提高>2.00～3.20、>1.00～2.00、>0.50～1.00、>0.25～0.50、≤0.25 mm土壤團聚體含量，不同覆土厚度下各粒級土壤團聚體組成特征基本相似，通過改變一定范圍的覆土厚度，可以有效地改善土壤結(jié)構(gòu)。在該研究中，不同覆土厚度下各粒級機械穩(wěn)定性團聚體分布趨勢基本一致，以>0.25 mm粒級的團聚體為主。煤矸石充填復(fù)墾土壤的>0.25 mm粒級的機械穩(wěn)定性團聚體含量均低于CK，水穩(wěn)定性團聚體與機械穩(wěn)定性團聚體相比，>0.25 mm粒徑的團聚體含量明顯減少。覆土厚度為60～80 cm的土壤機械穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性團聚體平均重量直徑、幾何平均直徑均大于其他覆土厚度，團聚體穩(wěn)定率（WSAR）最高，團聚體破壞率（PAD）最低。覆土厚度0～20 cm的地塊>0.25 mm水穩(wěn)定性團聚體含量（R0.25）最大、土壤團聚體團粒指數(shù)（ELT）最小。在同一粒級下，隨著覆土厚度的增加，團聚體有機碳含量呈先增加后減少的趨勢。在覆土厚度60～80 cm的樣地，雖然大團聚體有機碳含量并不是最高，但大團聚體（>2.00 mm）有機碳對土壤總有機碳的貢獻最大，覆土厚度60～80 cm的區(qū)域土壤環(huán)境最優(yōu)。

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