采煤塌陷地复垦土壤有机碳库构成及其变化研究——以徐州煤矿区为例

土壤碳库尤其是有机碳库的研究对提高土壤碳储量、培肥土壤及减缓温室效应均具有重要意义。矿区煤碳开采沉陷区复垦土壤有机碳库构成至今还不清楚，造成复垦土壤重建技术缺乏理论支撑。本项目以江苏徐州矿区采煤塌陷地复垦区作为研究区，采用室内实验分析与野外定位试验相结合的方法，运用相关分析、回归分析、因子分析等方法分析不同复垦时间、不同复垦方式和复垦后不同耕作管理方式下土壤有机碳库构成组分、含量及土壤理化性质差异，弄清不同复垦方式和复垦后不同耕作管理方式下土壤中有机碳库构成特征，揭示复垦土壤有机碳库随复垦时间变化的规律，阐明复垦土壤有机碳库变化对土壤质量的影响，为加速复垦土壤熟化及质量可持续复垦技术的提高提供理论基础，为研究复垦过程中土壤质量的演变机理提供理论依据。

基本完成项目设计研究内容，主要薄弱环节在于对碳转化的机理方面研究需要进一步深入，目前在这方面已经布置室内模拟实验，为进一步的研究做好前期铺垫工作。已经取的得成成果包括：学术论文14篇，其中挂本项目号的学术论文9篇，撰写博士学位论文1篇，硕士学位论文1篇。主要做了以下研究工作：.1． 系统地分析了煤矿区土壤碳库组分构成及其与一般自然土壤碳库组分构成的差异。提出了将土壤有机碳分为不稳定有机碳和相对稳定有机碳，复垦土壤除了含量有一般土壤中各种碳外，还含有煤炭，并将煤炭归类为相对稳定性有机碳的观点；分析了煤矿区土壤煤炭的来源及分布；将复垦土壤中的无机碳进行类似于有机碳的划分；探讨了煤矿区复垦土壤各类碳之间和关系及其敏感性。.2. 弄清了复垦土壤碳库随时间变化的规律，分析了复垦土壤碳库恢复过程中各种碳所起到的作用。详细研究了稻麦轮作利用下的混推平整复垦土壤总碳库密度、总无机碳密度和总有机碳密度及各种碳随复垦时间变化的特征；建立了复垦土壤碳库密度及各种碳含量随复垦时间变化的模型方程，估算了复垦土壤碳库密度及各种碳含量达到最大所需要的时间；探讨了采煤塌陷地复垦后，土壤碳库密度及各种碳的恢复效果及复垦土壤固定碳的潜力；分析了复垦土壤碳库恢复过程中各种碳所起到的作用。.3. 综合研究了不同复垦及利用方式对复垦土壤碳库影响。从总碳库、总无机碳库和总有机碳库密度及各种碳含量差异角度，分析了不同复垦及利用方式对复垦土壤碳库的影响。从土壤总碳库密度、总无机碳密度和总有机碳密度及各种碳含量差异的角度，分析了稻麦利用方式下的混推平整复垦、煤矸石充填复垦、泥浆泵充填复垦、粉煤灰充填复垦四种方式和混推平整复垦土地上稻麦轮作利用、棉豆轮作利用和林地利用对土壤碳库的影响。从复垦土壤碳库组分差异及复垦土壤颗粒组成、分形维数、团聚体结构及其相关属性、紧实度、孔隙度、含水量、比重、容重等方面，综合内因和外因两个方面，探讨了复垦方式及复垦后的利用方式对土壤碳库的影响的因果关系。.4. 煤矿区土地复垦及利用建议.基于徐州市铜山煤矿区属高潜水位平原区的特点，根据本区塌陷地复垦及利用对土壤碳库构成及变化影响的研究结果，提出“按生态学原理，因地制宜地设计复垦方案和利用方式，减轻对生态系统严重的二次破坏，以有效减轻在复垦过程中的生态系统的碳损失”的总体土地复垦及利用建议。