不同施肥措施下采煤塌陷区复垦土壤碳库稳定性差异机制

Mine reclamation is a strategic requirement for food security and sustainable socio-economic development in China. The essence of reclamation is to improve soil quality, and the construction of organic carbon pools is the core and fundamental of reclaimed soil quality. Different fertilization have different effects on the stability of soil organic carbon (SOC) sequestration, and the mechanisms are not yet clear. To solve this scientific problem, long-term experiment at Shanxi Lu'an Coal Mine will be used., The reclaimed SOC pools under different reclaiming years and fertilization measures will be analyzed by using C-mineralization experiment (incubation study), acid hydrolysis, physical fractionation methods, and nuclear magnetic resonance techniques. The differences in the stability of soil organic carbon pools, changes of SOC fractions with different protection mechanisms (unprotected, physically protected, chemically or biochemically protected) and chemical structures in different reclaimed years with different fertilization will be measured. From the differences in the SOC fractions with different activities and the changes in the chemical structure (functional group) of SOC, to reveal the mechanism of the difference in the stability of reclaimed soil carbon pools in coal mining subsidence areas. The results will enrich the understanding of the mechanism on the stabilities of SOC pools theoretically. In practice, it can provide a scientific basis for selecting techniques about improving reclaimed SOC pools in the coal mining subsidence areas.

矿区复垦是我国粮食安全和社会经济可持续发展的战略需求。复垦的本质是提升土壤质量，有机碳库的构建累积是复垦土壤质量的核心和根本。而不同施肥措施对土壤固碳稳定性的影响不同，其差异与机制尚不清楚。本项目针对这一科学问题，以山西潞安煤矿长期定位试验为平台，采用恒温矿化培养、酸水解、物理分组方法和核磁共振技术，分析不同复垦年限不同施肥措施复垦土壤有机碳库的稳定性差异，以及不同保护机制（未受保护、受物理保护、受化学或生物化学保护）的土壤有机碳组分、有机碳化学结构变化特征，从不同活性土壤有机碳组分差异及土壤有机碳化学结构（官能团）差异两方面，揭示采煤塌陷区复垦土壤碳库稳定性差异机制。研究结果理论上丰富土壤有机碳库稳定性机制的认识，实践上可为采煤塌陷区复垦土壤有机碳库提升技术选择提供科学依据。

矿区复垦是我国粮食安全和社会经济可持续发展的战略需求。复垦的本质是提升土壤质量，有机碳库的构建累积是复垦土壤质量的核心和根本。而不同施肥措施对土壤固碳稳定性的影响不同，其差异与机制尚不清楚。本项目针对这一科学问题，以山西潞安煤矿长期定位试验为平台，采集0~20 cm土层土壤样品，采用恒温矿化培养、酸水解、物理分组方法和核磁共振技术，分析不同复垦年限不同施肥措施复垦土壤有机碳库的稳定性差异，以及不同保护机制[未受保护（cPOC和fPOC）、受物理保护（iPOC）、受化学或生物化学保护（MOC）]的土壤有机碳组分、有机碳化学结构变化特征，从不同活性土壤有机碳组分差异及土壤有机碳化学结构差异两方面，揭示采煤塌陷区复垦土壤碳库稳定性差异机制。试验设不施肥（CK）、施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和有机无机肥配施（MNPK）4个处理。结果表明同CK相比，M和MNPK均显著提高了土壤有机碳累积矿化量，MNPK处理还显著提高了惰性有机碳库（Cs）的矿化量。大团聚体和微团聚体中有机碳含量相近，总体高于粉黏粒组分。同生土相比，CK、NPK和M均显著提高了>0.25～2、0.053～0.25 mm团聚体和< 0.053 mm组分中有机碳含量。MNPK显著提高了各粒径团聚体和< 0.053 mm 组分中有机碳含量。土壤有机碳储量受> 2 mm团聚体的百分比数量驱动，其余各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量对土壤有机碳储量的贡献较大。同CK相比，NPK对大团聚体中各组分的有机碳储量均无显著影响; 而M显著降低了MOC储量，MNPK显著提高了 cPOC和fPOC储量，但是显著降低了MOC储量。cPOC储量与SOC含量呈显著正相关，说明复垦土壤有机碳首先固存于未受保护的有机碳组分中。长期施肥各处理的土壤有机碳主要包含羧酸、醇类、苯酚、多糖等物质。NPK对各类物质的吸光度无显著影响，而M和MNPK均显著提高了各类物质的吸光度。酚醇类和碳水化合物的增幅小于烷烃类及芳香族化合物。说明这两类物质可能增加了土壤有机碳稳定性。因此，有机无机肥配施是提升该区域复垦土壤有机碳含量的有效途径。