煤礦區(qū)不同復(fù)墾年限的土壤有機(jī)碳礦化和酶活性特征

辛芝紅， 李君劍*， 趙小娜， 周小梅

1.山西大學(xué)黃土高原研究所， 山西 太原 030006 2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 山西 太原 030006

煤礦區(qū)不同復(fù)墾年限的土壤有機(jī)碳礦化和酶活性特征

辛芝紅1， 李君劍1*， 趙小娜1， 周小梅2

1.山西大學(xué)黃土高原研究所， 山西 太原 030006 2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 山西 太原 030006

為了解煤礦區(qū)長(zhǎng)期復(fù)墾的生態(tài)效應(yīng)，在晉西北安太堡礦區(qū)不同復(fù)墾年限的樣地采集土壤樣品，研究土壤中w(SOC)、w(易降解碳1)、w(易降解碳2)和w(TN)以及有機(jī)碳礦化速率和酶活性隨復(fù)墾年限的變化趨勢(shì). 結(jié)果表明：①隨著復(fù)墾年限的延長(zhǎng)，土壤容重、pH和w(易降解碳1)顯著降低，而w(SOC)、w(TN)、w(易降解碳2)、有機(jī)碳礦化潛勢(shì)和累積量及酶活性均呈增加趨勢(shì)，復(fù)墾年限為23 a的土壤中w(SOC)和w(TN)的最高值分別為22.67和1.21 mgg；②相較于土壤中w(SOC)和w(TN)，w(易降解碳2)、有機(jī)碳礦化潛勢(shì)和酶活性隨復(fù)墾年限延長(zhǎng)的變化更為顯著，其中過(guò)氧化氫酶活性隨復(fù)墾年限的變幅最大，相較于活性最低樣地，25 a樣地的酶活性提高了232%，可達(dá)156.27 mg(kg·h)；③土壤容重與過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性均呈顯著負(fù)相關(guān)，與多酚氧化酶活性呈正相關(guān). pH與w(易降解碳1)、多酚氧化酶活性均呈顯著正相關(guān)，而與蔗糖酶活性呈負(fù)相關(guān)；④主成分分析表明，土壤綜合肥力指標(biāo)隨復(fù)墾進(jìn)程的推進(jìn)逐年提高，從-1.19提高至0.86，綜合肥力指標(biāo)和復(fù)墾年限間的相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.987 (P<0.001). 可見(jiàn)，綜合肥力指標(biāo)可更全面地指示生態(tài)修復(fù)進(jìn)程中的土壤演替進(jìn)程.

復(fù)墾年限； 易降解碳； 有機(jī)碳礦化； 酶活； 綜合肥力指標(biāo)

Abstract： Ecological restoration is important for mining areas. However, the succession of soil fertility with different reclamation times remains unknown. We collected soil samples from reclaimed mine sites with different reclamation times in Antaibao coal mining area, in northwest Shanxi. Soil liable carbon, organic carbon mineralization and enzymes were studied with reclamation time, which is important to evaluate the ecological effects of reclamation in the future. The results indicated: (1) Soil physical-chemical characteristics, liable carbon, carbon mineralization and four enzyme activities under different reclamation times (from 10 to 25 years) were tested in Antaibao mining area, Shanxi Province. Soil bulk density, pH and liable carbon 1 decreased with reclamation time, but soil organic carbon, total nitrogen, liable carbon 2, carbon mineralization cumulative quantity and potential, and enzyme activities increased with reclamation time. The highest soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) were respectively 22.67 mg/g and 1.21 mg/g in the 23-a site. (2) Compared to SOC and TN, the more significant improvement patterns with reclamation years were found in liable carbon 2, carbon mineralization cumulative quantity and potential, and enzyme activities. Catalase under the 25-a site was 232% higher than in the 12-a site, reaching 156.27 mg/(kg·h), which indicated the most evident variation with reclamation time. (3) Soil bulk density demonstrated significantly negative correlation with sucrose and catalase enzymes, but positive correlation with polyphenol oxidase activity. Soil pH correlated significantly with liable carbon 1, polyphenol oxidase and sucrose. Soil urease did not correlate with any physical-chemical characteristics. (4) The integrated fertility index analyzed through Principal Component Analysis improved with reclamation time, and the highest and lowest integrated fertility indexes were 0.86 and -1.19 in 25-a and 10-a reclaimed sites, respectively. Reclamation time was strongly correlated with the integrated fertility index, with coefficient 0.987 (P<0.001), which indicated that the integrated fertility index is a compressive index for assessing soil quality during ecological restoration processes.

Keywords： reclaimed time; liable carbon; organic carbon mineralization; enzyme activity; integrated fertility index

生態(tài)修復(fù)和礦區(qū)復(fù)墾已成為許多國(guó)家持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，我國(guó)礦產(chǎn)資源過(guò)度開(kāi)發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤團(tuán)聚體破壞，土壤肥力降低、理化和生物特性惡化. 受損生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)措施受到了廣泛關(guān)注，其發(fā)展水平對(duì)于人類的生存狀態(tài)有著極其重要的影響. 長(zhǎng)期礦區(qū)生態(tài)修復(fù)需達(dá)到植物生長(zhǎng)和土壤微生物代謝間的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)平衡[1- 2]，土壤結(jié)構(gòu)和容重均會(huì)直接影響恢復(fù)植被群落的穩(wěn)定性，從而也影響上述平衡過(guò)程的建立. 廢棄地恢復(fù)的目標(biāo)是提高堆積廢棄物的穩(wěn)定性、控制污染、改善景觀和消除對(duì)人類的危害[3]，生態(tài)修復(fù)方案實(shí)施應(yīng)考慮到土壤結(jié)構(gòu)和肥力、微生物群落、表層土管理以及營(yíng)養(yǎng)循環(huán). 目前主要通過(guò)調(diào)查土壤理化性質(zhì)等質(zhì)量[4]及植被演替特征方面來(lái)評(píng)價(jià)復(fù)墾效果[5- 6]. 而對(duì)復(fù)墾生態(tài)效應(yīng)的敏感指標(biāo)如土壤易降解碳含量、有機(jī)碳礦化和酶活性的研究較少.

土壤有機(jī)碳按其化學(xué)特性劃分為易降解和難降解有機(jī)碳，含量較少的易降解碳主要影響碳循環(huán)，影響土壤微生物生物量和活性，是反映土壤有機(jī)碳礦化過(guò)程特征的敏感指標(biāo)[7]. 土壤酶參與多種生物化學(xué)過(guò)程，是土壤生態(tài)系統(tǒng)代謝的重要?jiǎng)恿完懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)的功能基礎(chǔ). 土壤酶與土壤主要理化特征相關(guān)，且其活性對(duì)污染非常敏感，因此土壤酶可作為土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的良好指標(biāo)[8- 10]. 土壤碳礦化是碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，主要指受土壤微生物驅(qū)動(dòng)、由土壤酶介導(dǎo)、分解和利用土壤中活性有機(jī)組分來(lái)完成自身代謝，同時(shí)釋放出CO2的過(guò)程，是土壤中重要的生物化學(xué)過(guò)程，直接關(guān)系到土壤中養(yǎng)分元素的釋放與供應(yīng)、溫室氣體的形成及土壤質(zhì)量的保持等[11- 12].

目前關(guān)于山西高原煤礦區(qū)不同植被復(fù)墾方式對(duì)土壤碳礦化過(guò)程和土壤酶活性的研究[13- 14]表明，土壤易降解碳、有機(jī)碳礦化和酶活性特征可敏感指示復(fù)墾方式的生態(tài)效果. 關(guān)于山西高原礦區(qū)不同復(fù)墾階段的土壤有機(jī)碳礦化和酶活性特征的研究較少. 因此，筆者通過(guò)研究雁北安太堡露天礦區(qū)7個(gè)不同復(fù)墾年限的植被群落特征，測(cè)定樣地的土壤理化特征、易降解碳、有機(jī)碳礦化速率和四種主要酶(包括多酚氧化酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶)活性，分析不同復(fù)墾年限間檢測(cè)指標(biāo)的差異性及相關(guān)性，利用主成分分析土壤理化和生物特征，進(jìn)而計(jì)算出土壤綜合肥力指標(biāo)，以期揭示礦區(qū)復(fù)墾進(jìn)程中土壤理化和生物特性的演替特征，為不同復(fù)墾階段的植被管理提供指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安太堡煤礦礦區(qū)(112°11′E～113°30′E、39°23′N(xiāo)～39°37′N(xiāo))地處黃土高原東部，屬溫帶半干旱大陸型季風(fēng)氣候，年均溫6.2 ℃，年均降水量約為450 mm，年均蒸發(fā)量約為 2 160 mm. 地帶性土壤為栗鈣土與栗褐土的過(guò)渡帶. 海拔為 1 300～1 400 m，為黃土低山丘陵，是黃土高原典型的生態(tài)脆弱區(qū). 安太堡礦區(qū)是晉陜蒙地區(qū)最早開(kāi)展礦區(qū)植被修復(fù)的區(qū)域，植被復(fù)墾后初期進(jìn)行澆灌管理，于3 a后停止?jié)补?，因此?duì)該礦區(qū)不同復(fù)墾年限的植被土壤質(zhì)量演替動(dòng)態(tài)的研究，將有助于晉陜蒙干旱半干旱區(qū)復(fù)墾植被的選擇和管理.

1.2 樣品采集

該研究包括7個(gè)不同復(fù)墾年限(10、12、15、18、20、23和25 a)的復(fù)墾地作為研究樣地，各樣地的復(fù)墾植被和物種多樣性見(jiàn)表1. 于2013年6月，去凋落物后，土鉆隨機(jī)6個(gè)樣點(diǎn)取0～10 cm樣品并混勻.

表1 礦區(qū)不同復(fù)墾年限植被組成和特征

每個(gè)樣地包括3個(gè)重復(fù)小區(qū)(5 m×5 m)，小區(qū)采樣方式為多點(diǎn)混合土樣樣品處理法，去除地表植被和覆蓋物，土鉆取樣(0～10 cm)并混勻. 一部分風(fēng)干研磨過(guò)篩用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定，另一部分4 ℃保存用于土壤有機(jī)碳礦化和酶活性測(cè)定.

1.3 樣品分析

土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；pH采用土水比為 1∶5 的溶液測(cè)定；w(SOC)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；w(TN)采用凱氏定氮法測(cè)定.w(易降解碳1)和w(易降解碳2)按照Rovira等[15]的酸水解法，具體步驟：將研細(xì)的土樣500 mg放入可離心的硬質(zhì)試管中，加入2.5 mol/L的H2SO420 mL，搖勻加蓋，放入石蠟浴105 ℃條件下加熱30 min，離心后吸出水解液，再加入20 mL蒸餾水，混勻后離心，洗液加到水解液中，這部分水解液經(jīng)重鉻酸鉀氧化法測(cè)定所得即為w(易降解碳1)；將試管中沒(méi)水解的剩余物60 ℃烘干，加入13 mol/L的H2SO42 mL，振蕩過(guò)夜，然后加水稀釋該酸到1 mol/L，在105 ℃下加熱3 h，依上述方法收回水解液，這部分水解液所測(cè)即為w(易降解碳2)[15]. 土壤有機(jī)碳礦化速率采用室內(nèi)培養(yǎng)堿液吸收法，在25 ℃恒溫下培養(yǎng)63 d，培養(yǎng)前期每2 d測(cè)定1次，后期每周測(cè)定1次[16]；土壤多酚氧化酶、蔗糖酶、脲酶和過(guò)氧化氫酶活性分別采用鄰苯三酚、3,5-二硝基水楊酸、靛酚藍(lán)和2,3,5-氯化三苯基四氮唑比色法[17]測(cè)定.

1.4 數(shù)據(jù)分析

土壤有機(jī)碳礦化潛勢(shì)主要是易降解碳分解速率所決定，因此應(yīng)用一階動(dòng)態(tài)方程〔見(jiàn)式(1)〕[18]〕分析不同處理下土壤有機(jī)碳礦化動(dòng)態(tài). 單因素模型是基于土壤礦化量和時(shí)間成正比擬合得來(lái)的.

Ct=Cp(1-e-kt)

(1)

式中：Cp為有機(jī)碳礦化潛勢(shì)；k為礦化常數(shù)；t為時(shí)間，d；Ct為td內(nèi)有機(jī)碳礦化累積量，mg/kg.

植被多樣性采用豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)分析[19]. 不同復(fù)墾年限間的土壤理化性質(zhì)、易降解碳和酶活性的差異性，通過(guò)one-way analysis of variance分析進(jìn)行Duncan檢驗(yàn)；不同檢測(cè)指標(biāo)間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析；綜合肥力指標(biāo)(integrated fertility index，IFI)采用主成分分析(principal component analysis，PCA)確定，其計(jì)算方法見(jiàn)式(2)[20]：

IFI=∑aiZi/∑ai

(2)

式中，ai為主成分評(píng)價(jià)值，Zi為各主成分的評(píng)價(jià)值，IFI為綜合肥力指標(biāo).

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤理化特征

從表2可看出，隨著復(fù)墾進(jìn)程的推進(jìn)，土壤理化特征均有顯著的變化. 隨復(fù)墾進(jìn)程的推移，土壤容重逐步降低，土壤pH隨復(fù)墾年限的延長(zhǎng)呈降低的趨勢(shì)；w(SOC)隨復(fù)墾年限的變化趨勢(shì)并不一致，23 a樣地的w(SOC)最高，為22.67 mg/g.w(TN)整體上呈現(xiàn)隨復(fù)墾年限的延長(zhǎng)而逐漸增加的趨勢(shì)，其最高值也是出現(xiàn)在23 a樣地(1.21 mg/g). 18 a樣地的C/N最高，顯著高于其他樣地(12 a樣地除外)，其他樣地間的差異不顯著.

表2 不同復(fù)墾年限的土壤理化特征

注：數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，不同字母表示不同植被之間P<0.05水平上差異顯著.

圖1 不同復(fù)墾年限土壤易降解碳含量Fig.1 Soil liable carbon content under different reclaimed time

2.2 土壤易降解碳和有機(jī)碳礦化

從圖1可看出，復(fù)墾年限為10和12 a樣地土壤中w(易降解碳1)分別為0.27和0.31 mg/kg，且顯著高于其他復(fù)墾年限較長(zhǎng)的5個(gè)樣地. 復(fù)墾年限超過(guò)20 a的樣地土壤中w(易降解碳2)顯著高于其他復(fù)墾年限較短的樣地，其中復(fù)墾年限為25 a的樣地土壤中w(易降解碳2)可達(dá)到0.63 mg/kg，是復(fù)墾年限低于20 a樣地含量的2倍左右.

圖2 不同復(fù)墾年限下的土壤有機(jī)碳礦化累積量Fig.2 Soil cumulative carbon mineralization dynamics under different reclaimed year

土壤有機(jī)碳礦化累積量變化動(dòng)態(tài)和一階動(dòng)力學(xué)擬合曲線如圖2所示，不同復(fù)墾年限的擬合水平均達(dá)到極顯著水平(P<0.001). 隨復(fù)墾年限的延長(zhǎng)，有機(jī)碳礦化累積量從76.10 mg/kg增至107.49 mg/kg，有機(jī)碳礦化潛勢(shì)呈現(xiàn)相同的增加趨勢(shì)，其變化范圍為72.26～102.90 mg/(kg·d).

2.3 土壤酶活性

四種酶活性隨復(fù)墾年限變化表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，但復(fù)墾年限對(duì)四種酶活性的影響并不一致(見(jiàn)圖3). 土壤脲酶活性的最低值和最高值分別出現(xiàn)在復(fù)墾年限為10 a〔162.97 mg/(kg·h)〕和23 a〔24.18 mg/(kg·h)〕的樣地，且與其他復(fù)墾年限的差異顯著. 土壤多酚氧化酶活性在復(fù)墾10～20 a間無(wú)顯著變化，復(fù)墾年限為25 a的土壤多酚氧化酶活性為184.94 mg/(kg·h)，顯著高于其他樣地. 土壤過(guò)氧化氫酶活性在復(fù)墾 10～15 a間變化并不顯著〔46.97～66.93 mg/(kg·h)〕，但在15～20 a間顯著增加，20 a后趨于穩(wěn)定，25 a土壤過(guò)氧化氫酶活性達(dá)到最高，為156.27 mg/(kg·h). 土壤蔗糖酶活性隨復(fù)墾年限呈增加趨勢(shì)，但在復(fù)墾20 a的樣地中其活性較低，在25 a樣地中其活性顯著高于其他樣地. 總的來(lái)說(shuō)，隨礦區(qū)復(fù)墾年限的增加，四種土壤酶活性均呈顯著增加趨勢(shì)，脲酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性提高了1倍左右，過(guò)氧化氫酶活性提高了232%.

圖3 不同復(fù)墾年限下的土壤酶活性Fig.3 Soil enzyme activities under different reclaimed time

2.4 土壤綜合肥力指標(biāo)和各檢測(cè)指標(biāo)間的相關(guān)性

對(duì)土壤理化性質(zhì)、易降解碳、有機(jī)碳礦化累積量和有機(jī)碳礦化潛勢(shì)及酶活性進(jìn)行主成分分析，提取到3個(gè)主成分，其得分分別為8.50、1.83和1.21，前3個(gè)特征值的累積貢獻(xiàn)率為88.81%，7個(gè)樣地各主成分評(píng)價(jià)值和綜合肥力指標(biāo)(IFI)見(jiàn)表3. 綜合肥力指標(biāo)隨復(fù)墾年限延長(zhǎng)有所增加，在復(fù)墾10～15 a間綜合肥力指標(biāo)為負(fù)值(-1.19～-0.25)，18 a樣地的綜合肥力指標(biāo)為0.20，到25 a時(shí)綜合肥力指標(biāo)最大，為0.86. 對(duì)綜合肥力指標(biāo)和復(fù)墾年限之間進(jìn)行相關(guān)性分析表明，二者之間呈線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.987(見(jiàn)圖4).

表3 不同復(fù)墾年限下土壤綜合肥力指標(biāo)

圖4 復(fù)墾年限與土壤綜合肥力指標(biāo)間的相關(guān)性Fig.4 The linear regressions between reclaimed year and soil integrated fertility index

土壤理化特征與酶活性間的Pearson相關(guān)性見(jiàn)表4. 土壤容重與有機(jī)碳礦化累積量、有機(jī)碳礦化潛勢(shì)、過(guò)氧化氫酶活性、蔗糖酶活性也均呈顯著負(fù)相關(guān)，而與多酚氧化酶活性呈正相關(guān). pH與w(易降解碳1)、多酚氧化酶活性、蔗糖酶活性顯著相關(guān).w(易降解碳2)與過(guò)氧化氫酶活性、蔗糖酶活性間顯著相關(guān). 而w(易降解碳) 與有機(jī)碳礦化累積量、有機(jī)碳礦化潛勢(shì)均不相關(guān). 脲酶活性與各檢測(cè)指標(biāo)均不相關(guān)，而過(guò)氧化氫酶活性和蔗糖酶活性與環(huán)境因子間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性.

2.5 討論

該研究結(jié)果表明，土壤容重隨著復(fù)墾年限的增加而逐步降低，這主要是由于復(fù)墾初期為了提高覆土的穩(wěn)定性，使用大型機(jī)械壓實(shí)了土壤，隨復(fù)墾年限的增加，大量有機(jī)質(zhì)輸入以及植物根系的生長(zhǎng)，會(huì)改善土壤結(jié)構(gòu). 在煤礦塌陷區(qū)的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著復(fù)墾年限的增加，土壤容重降低，孔隙度和顆粒分形維數(shù)增大[21]. 植物生長(zhǎng)根系分泌的有機(jī)質(zhì)和枯落物的輸入隨著復(fù)墾年限的增加而增多，造成了土壤pH降低、w(SOC)和w(TN)增加(見(jiàn)表2)，相類似的結(jié)果在其他研究[22- 23]中也有報(bào)道.

w(易降解碳1)、w(易降解碳2)隨復(fù)墾年限表現(xiàn)出相反趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)，這可能與土壤粒徑分布有關(guān). 在復(fù)墾年限較短的樣地中，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較差，對(duì)易降解有機(jī)質(zhì)的保護(hù)較差，因此在低濃度H2SO4條件下可浸提出更多的易降解碳1，因此在復(fù)墾年限較短樣地的w(易降解碳1)較高. 在培養(yǎng)初期，復(fù)墾年限較短樣地的有機(jī)碳礦化速率較高(見(jiàn)圖2)，這與在太湖復(fù)墾區(qū)的研究結(jié)果[24]一致. 但隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)墾年限較長(zhǎng)樣地的礦化速率較高，這主要是w(易降解碳2)較高所致. 已有研究[25]表明，土壤粒徑分布影響有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性，分形維數(shù)越高表明土壤結(jié)構(gòu)越緊密，在分型維數(shù)較高的土壤中有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性高.w(易降解碳1)、w(易降解碳2)與蔗糖酶活性間的相關(guān)性呈相反趨勢(shì)(見(jiàn)表4)，這可能由于在w(易降解碳1)較低的樣地中，只有需要較多的蔗糖酶降解有機(jī)質(zhì)才可滿足植物和微生物生長(zhǎng)代謝所需能量，因此在w(易降解碳1)較高的樣地，其蔗糖酶含量較低.

表4 土壤理化特征和酶活性間Pearson相關(guān)性分析

注：** 表示在0.01水平上相關(guān) (雙尾)；*表示在0.05水平上相關(guān) (雙尾)；-表示負(fù)相關(guān)；ns表示在0.05水平上不相關(guān)(雙尾).

該研究中土壤酶活性和w(SOC)之間并不相關(guān)，而與w(易降解碳1)、w(易降解碳2)間存在顯著的相關(guān)性(見(jiàn)表4). 在鹽堿地的復(fù)墾中發(fā)現(xiàn)酶活性與pH呈負(fù)相關(guān)[26]，筆者也發(fā)現(xiàn)蔗糖酶活性與pH呈顯著負(fù)相關(guān). 有研究報(bào)道，pH為3.1～7.1的土壤中脲酶活性與pH間呈顯著的正相關(guān)[27]，而筆者研究中pH與脲酶活性之間并不相關(guān)，這可能是由于筆者研究中土壤pH僅局限于7.32～7.91(見(jiàn)表1). 土壤過(guò)氧化氫酶活性隨礦區(qū)復(fù)墾進(jìn)程而顯著提高(見(jiàn)圖3)，在對(duì)未干擾地、復(fù)墾地和未復(fù)墾地的土壤過(guò)氧化氫酶的研究中，復(fù)墾地的過(guò)氧化氫酶活性會(huì)顯著高于未復(fù)墾地[28]. 在復(fù)墾進(jìn)程中土壤酶活性的提高，主要是由于土壤有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的累積、植物根系和枯落物的輸入，導(dǎo)致土壤微生物群落組成的變化，從而影響土壤酶活性的變化[13,29]. 在長(zhǎng)期的復(fù)墾過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著復(fù)墾進(jìn)程的推進(jìn)，土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳礦化潛勢(shì)、酶活性和微生物量均呈增加趨勢(shì)[30- 31]，在該研究中發(fā)現(xiàn)，土壤酶活性和綜合肥力指標(biāo)也隨土壤復(fù)墾時(shí)間延長(zhǎng)而增大(見(jiàn)圖3、表3).

4 結(jié)論

a) 在礦區(qū)修復(fù)進(jìn)程中土壤結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)水平均有所提高，壓實(shí)板結(jié)的覆土容重有所降低. 在安太堡礦區(qū)，隨著復(fù)墾年限的增加，土壤w(易降解碳2)和碳礦化潛勢(shì)均顯著提高，相對(duì)于復(fù)墾年限10 a的樣地，25 a樣地的土壤中w(易降解碳2)和有機(jī)碳礦化潛勢(shì)提高幅度分別為92%和40%.

b) 隨礦區(qū)復(fù)墾年限的增加，四種土壤酶活性均呈顯著增加趨勢(shì)，脲酶、蔗糖酶和多酚氧化酶活性提高了1倍左右，過(guò)氧化氫酶活性提高了232%，可見(jiàn)酶活性比土壤碳氮更能敏感指示土壤質(zhì)量的演變.

c) 檢測(cè)指標(biāo)間的相關(guān)性不同，反映了不同指標(biāo)隨復(fù)墾年限的變化趨勢(shì)不一致. 利用主成分分析土壤綜合肥力指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，其與復(fù)墾年限呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明土壤綜合肥力指標(biāo)可更全面地指示生態(tài)修復(fù)進(jìn)程中的土壤演替進(jìn)程.

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Characteristics of Soil Organic Carbon Mineralization and Enzyme Activities in Coal Mining Area after Different Reclamation Times

XIN Zhihong1, LI Junjian1*, ZHAO Xiaona1, ZHOU Xiaomei2

1.Institute of Loess Plateau, Shanxi University, Taiyuan 030006, China 2.College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China

X53

1001- 6929(2017)10- 1580- 07

A

10.13198/j.issn.1001- 6929.2017.02.86

2017-01-19

2017-06-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271530，41201374)

辛芝紅(1990-)，女，山西臨縣人，18234057470@163.com.

*責(zé)任作者，李君劍(1975-)，男，山西汾陽(yáng)人，副教授，博士，主要從事礦區(qū)土壤修復(fù)研究，lijunjian@sxu.edu.cn

辛芝紅,李君劍,趙小娜,等.煤礦區(qū)不同復(fù)墾年限的土壤有機(jī)碳礦化和酶活性特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(10):1580- 1586.

XIN Zhihong,LI Junjian,ZHAO Xiaona,etal.Characteristics of soil organic carbon mineralization and enzyme activities in coal mining area after different reclamation times[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(10):1580- 1586.