不同植被恢復(fù)模式下煤矸石充填復(fù)墾土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的關(guān)系

魏懷建, 李玉成, 王 寧, 鄭劉根, 程 樺, 徐 翀

(1.安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601; 2.煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 安徽 淮南 232001)

不同植被恢復(fù)模式下煤矸石充填復(fù)墾土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的關(guān)系

魏懷建1, 李玉成1, 王 寧1, 鄭劉根1, 程 樺1, 徐 翀2

(1.安徽大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601; 2.煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 安徽 淮南 232001)

摘要：[目的] 揭示復(fù)墾土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的關(guān)系，為改善復(fù)墾土壤的物理特性提供依據(jù)。 [方法] 選擇淮南大通煤矸石充填復(fù)墾區(qū)三種典型植被恢復(fù)模式下人工恢復(fù)7 a的土壤，定量分析其物理性質(zhì)及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，并運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析兩者的關(guān)系。 [結(jié)果] 研究區(qū)土壤的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)在不同植被恢復(fù)下發(fā)生了不同程度的變化。結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)以穩(wěn)結(jié)態(tài)為主，所占比例為41%～67%。植被恢復(fù)降低了復(fù)墾土壤的容重而增加了其總孔隙度，而且臭椿+草本恢復(fù)模式效果最佳。土壤非毛管孔隙度與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及緊結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著正相關(guān)，而與穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著負(fù)相關(guān)。毛管孔隙度與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及緊結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著負(fù)相關(guān)，而與穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著正相關(guān)。土壤總孔隙度及容重與結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的絕對(duì)含量分別呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系。 [結(jié)論] 復(fù)墾土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體具有密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞：復(fù)墾土壤; 植被恢復(fù); 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體; 物理性質(zhì)

煤矸石充填復(fù)墾土壤多為砂質(zhì)壤土，砂粒偏多，缺少黏粒，從而導(dǎo)致土壤保肥保水能力差；復(fù)墾用土本身僅僅是母質(zhì)巖風(fēng)化形成的土，有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素等含量極低，不利于作物生長(zhǎng)[1]。必需通過(guò)有機(jī)碳的積累及團(tuán)聚體的復(fù)原，復(fù)墾用土才能恢復(fù)成適宜作物生長(zhǎng)的正常土壤。近年來(lái)我國(guó)開展了一系列采煤塌陷區(qū)的復(fù)墾工程，但重點(diǎn)集中在研究如何增加耕地的數(shù)量，針對(duì)于重構(gòu)土壤的肥力恢復(fù)狀況方面的研究較少[2-3]。土壤孔隙的總?cè)莘e、孔徑分布、形狀能夠決定土壤水分的保蓄、運(yùn)輸，氣體擴(kuò)散，微生物活動(dòng)等許多土壤過(guò)程及功能。研究土壤的孔隙特點(diǎn)對(duì)評(píng)估土壤的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是有顯著作用的。土地利用、耕作、施肥及壓實(shí)能顯著改變土壤的總孔隙度、不同孔徑孔隙分布及孔隙功能，進(jìn)而影響到土壤的物理、化學(xué)、生物過(guò)程。在風(fēng)化程度較低，黏粒含量較少的土壤中，有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)聚體的膠合、穩(wěn)定及隨之而形成的大孔徑孔隙(>0.1 μm)有重要作用[4]。土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體(即為結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì))是形成良好的土壤結(jié)構(gòu)的基本條件，它主要以膠膜的形式包被在礦質(zhì)土粒的外表，能使砂土變緊，使黏土變松，從而改善土壤的通氣性、滲水性及保水性[5]。土壤中只有不到20%的有機(jī)質(zhì)存在于大團(tuán)聚體中，而其中50%以上的有機(jī)質(zhì)與礦物質(zhì)顆粒結(jié)合形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體[6]。土壤物理性質(zhì)在很大程度上取決于各級(jí)復(fù)合體的有機(jī)碳含量[7]。與傳統(tǒng)的耕作相比，免耕更有利于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體及微團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而有機(jī)碳的積累更多[6]；而且林地有機(jī)碳的含量一般比耕地的高。因此，通過(guò)喬木、灌木及草本混合種植以林地的形式進(jìn)行修復(fù)，比主要種植小麥等農(nóng)作物以耕地的形式進(jìn)行修復(fù)，更有利于煤矸石充填復(fù)墾土壤有機(jī)碳的積累及團(tuán)聚體的復(fù)原。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究[8]發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的各組分(如：游離態(tài)有機(jī)質(zhì)、富里酸及胡敏酸等)與土壤物理性質(zhì)存在相關(guān)關(guān)系，但只研究了土壤有機(jī)質(zhì)與土壤總孔隙度及與滲水性、保水性相關(guān)物理參數(shù)的相關(guān)性，而沒(méi)有研究有機(jī)質(zhì)的各組分與不同孔徑孔隙的相關(guān)性規(guī)律，而且針對(duì)于用化學(xué)分級(jí)法提取的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體各組分與土壤物理性質(zhì)的相關(guān)性研究較少?；茨洗笸ú擅核輩^(qū)是用挖深墊淺的模式進(jìn)行修復(fù)的，即塌陷較深的地方進(jìn)一步挖深建成了大通濕地；塌陷較淺的地方充填煤矸石，覆土種植。本研究通過(guò)探討大通煤矸石充填復(fù)墾區(qū)3種典型植被恢復(fù)模式下土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的相關(guān)性規(guī)律，便于有針對(duì)性的采取有效措施調(diào)節(jié)土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體各組分的數(shù)量及比例以改善土壤的物理性質(zhì)，為礦區(qū)土壤恢復(fù)到較佳物理?xiàng)l件提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

淮南大通廢棄礦區(qū)(117°1′44″—170°3′29″E，32°36′46″—32°37′49″N)位于亞熱帶和溫帶的過(guò)渡地帶，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為14.3～16.4 ℃，多年平均相對(duì)濕度72%，年平均降水965 mm，年蒸發(fā)量為1 603 mm，主導(dǎo)風(fēng)向多為東南風(fēng)，多年平均日照百分率為51%。研究區(qū)于2006年充填煤矸石，覆土種植，修復(fù)區(qū)內(nèi)土壤主要是黃棕壤，覆土來(lái)源于修復(fù)區(qū)的原生土(從礦區(qū)內(nèi)未遭采煤塌陷破壞的區(qū)域挖掘、混勻后使用)，覆土厚度約為20 cm。所選擇的不同樣地復(fù)墾用土來(lái)源、覆土厚度相同；樣地間距在10～20 m左右，氣候、氣溫及降水等因素對(duì)3個(gè)樣地的影響可以認(rèn)為沒(méi)有差異；坡度平緩，地表徑流對(duì)各樣地的影響無(wú)差異；覆土為砂土混勻后使用，不同樣地及同一樣地不同深度的物理、化學(xué)及生物特性基本一致。研究區(qū)土壤在不同植被恢復(fù)模式下恢復(fù)一定年限后，在水平及垂直方向上物理、化學(xué)及生物性質(zhì)的不同程度的差異主要是由植被及其固定的腐殖質(zhì)引起的。這樣得出的土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的相關(guān)性規(guī)律便于量化。

2材料與方法

2.1　樣地設(shè)置與樣品采集

于2013年10月選擇3種典型的植被恢復(fù)模式修復(fù)下的土壤作調(diào)查研究，3個(gè)典型樣地分別用A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表示(樣地按喬、灌木的生長(zhǎng)范圍進(jìn)行劃分)，對(duì)應(yīng)的3種植被恢復(fù)模式分別為刺槐+丁香+草本，石楠+草本，臭椿+草本。A,C區(qū)用蛇形采樣法布設(shè)5個(gè)點(diǎn)，B區(qū)面積狹小，隨機(jī)取2個(gè)點(diǎn)。取上層(0—10 cm)和下層(10—20 cm)兩層(個(gè)別覆土較薄的點(diǎn)采集0—10 cm為1層)，共采集22個(gè)土樣，其中，A區(qū)9個(gè)，B區(qū)4個(gè)，C區(qū)9個(gè)。在樣地周圍沒(méi)有植被覆蓋處(其他條件與試驗(yàn)地完全一致)采集3個(gè)重復(fù)樣作為對(duì)照組。表1為原土的基本理化性質(zhì)及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況。于2014年4月調(diào)查了研究區(qū)的植被。表2為淮南大通區(qū)所選樣地的地理位置、大小及所種植植被的詳細(xì)信息。

表1　原土的基本理化性質(zhì)及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況

注：土壤質(zhì)地中各級(jí)顆粒的粒徑為砂粒(2~0.02 mm),粉粒(0.02~0.002 mm),黏粒(<0.002 mm)。

2.2　試驗(yàn)方法

2.2.1土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定土壤容重和孔隙度等物理指標(biāo)采用環(huán)刀法取樣測(cè)定[9]，將環(huán)刀托放在已知重量的環(huán)刀上，環(huán)刀內(nèi)壁稍擦上凡士林，將環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿樣品為止；用修土刀切開環(huán)刀周圍的土樣，取出已裝土的環(huán)刀，細(xì)心削去環(huán)刀兩端多余的土，并擦凈環(huán)刀外面的土；把裝有樣品的環(huán)刀兩端立即加蓋，隨即稱重，并同時(shí)在同層采樣處，用鋁盒采樣，測(cè)定自然含水率；每個(gè)樣點(diǎn)采集3個(gè)重復(fù)樣。含水率用烘干法測(cè)定。pH值采用電位測(cè)定法(1∶2.5)。土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)測(cè)定：土樣過(guò)100目篩的風(fēng)干土經(jīng)1 mol/L HCl處理后用德國(guó)elementar TOC測(cè)定。土壤質(zhì)地測(cè)定：土樣過(guò)2 mm篩的土樣經(jīng)10% H2O2-10% HCl-0.05 mol/L的(NaPO3)6處理[10]后用激光粒度儀(型號(hào)：LS13 320 ALM)測(cè)定。

2.2.2土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的分級(jí)及測(cè)定結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的分級(jí)用傅積平改進(jìn)法[11]，即分為松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)；松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)碳的含量用島津TOC-LCPN測(cè)定；緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)碳的含量測(cè)定：提取完松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)后的殘?jiān)?jīng)1 mol/LHCl處理后用德國(guó)Elementar TOC測(cè)定。

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度(%)=

HC·HW×100/(SW·SC)

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量(g/kg)=HC·HW/SW

式中：HC——重組有機(jī)碳含量(g/kg); HW——重組樣品質(zhì)量(g); SW——土壤樣品質(zhì)量(g); SC——土壤有機(jī)碳含量(g/kg)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要采用SPSS 18軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、方差分析。圖表采用Origin 8.5繪制。

表2　淮南大通采樣區(qū)的基本情況

注：丁香(Syrigaoblate)，刺槐(Robiniapseudoacacia)，石楠(Photiniaserratifolia)，臭椿(Ailanthusaltissima)，擬二葉飄拂草(Fimbristylisdiphylloides)，中華結(jié)縷草(Zoysiasinica)，小巢菜(Viciahirsuta)，白茅(Imperatacylindrica)，救荒野豌豆(Viciasativa)，野老鸛草(Geraniumcarolinianum)，茅莓(Rubusparvifolius)，鵝觀草(Elymuskamoji)，豬殃殃(Galiumaparine)。

3結(jié)果與討論

3.1　研究區(qū)土壤的基本理化性質(zhì)

研究區(qū)土壤均以砂粒為主，砂粒與粉粒之和達(dá)到了90%以上，而黏粒含量不足10%(表1)，土壤風(fēng)化程度較低。不同植被模式修復(fù)后的土壤與原土的質(zhì)地基本一致而沒(méi)有再單獨(dú)列出。研究區(qū)土壤pH值為7.5~8.0，呈堿性。土壤容重反映了土壤的松緊度和對(duì)地表水的蓄積能力，土壤緊實(shí)度是復(fù)墾土壤恢復(fù)到原狀土壤狀態(tài)的一個(gè)主要抑制因素[12]。從表3得知，研究區(qū)土壤容重在1.30~1.50 g/cm3之間，比原土容重低(表1)。

土壤總孔隙度是單位容積土壤中空隙容積所占的百分?jǐn)?shù)，其中，毛管孔隙是指土壤中細(xì)小的孔隙(0.001 mm0.1 mm)，通常作為土壤通氣性的指標(biāo)，其值越大則土壤的滲水性、通氣性越好。一般土壤的總孔隙度為35.00%～65.00%，最適宜為50.00%～60.00%，而且一般毛管孔隙在30.00%～40.00%之間，非毛管孔隙在20.00%～10.00%，則比較理想[13]。植被恢復(fù)降低了復(fù)墾土壤的容重而增加了其總孔隙度，而且臭椿+草本恢復(fù)模式效果最佳(表1,3)，與最適宜值相比，毛管孔隙度偏低而非毛管孔隙度偏高。可見，研究區(qū)土壤在經(jīng)過(guò)不同植被恢復(fù)7 a后土壤容重降低而總孔隙度增多，但是通氣、滲水性過(guò)好，而保水性逐漸變差，這可能是研究區(qū)土壤多砂粒的原因。與原土相比(表1)，不同植被恢復(fù)模式均提高了SOC的含量，而且上下層土壤間有顯著性差異，但不同植被恢復(fù)模式之間卻沒(méi)有顯著性差異(p<0.05)；與全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，植被恢復(fù)下的土壤上、下層SOC(有機(jī)質(zhì)×0.58)的含量分別屬于3級(jí)、5級(jí)水平，而原土SOC僅屬于6級(jí)水平。

表3　研究區(qū)不同植被下土壤的基本理化性質(zhì)

注：數(shù)值為：測(cè)定值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫字母表示不同土層在0.05水平的差異顯著性。

3.2　土壤物理性質(zhì)與結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的關(guān)系

3.2.1土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的含量及比例結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)根據(jù)與礦物質(zhì)結(jié)合的松緊程度，由松到緊依次為松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)及緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)。松結(jié)態(tài)主要是由鐵、鋁或其水化氧化物聯(lián)結(jié)的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體[14]，一般代表新鮮的腐殖質(zhì)，活性相對(duì)較強(qiáng)[15]；穩(wěn)結(jié)態(tài)主要是由鈣離子聯(lián)結(jié)的有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體，與松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的特性不同，穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的芳化度和分子量較大，活性較低[14]；緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)是與礦物結(jié)合較緊且較穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，對(duì)土壤養(yǎng)分的保貯及穩(wěn)定結(jié)構(gòu)有重要作用[15]。從圖1得知，土壤松結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的絕對(duì)含量除臭椿+草本模式下的上層顯著較高外，其他不同土層之間均無(wú)顯著性差異(p<0.05)。研究區(qū)土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)均以穩(wěn)結(jié)態(tài)為主，占41%～67%。臭椿+草本模式下的土壤穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的絕對(duì)含量顯著高于刺槐+丁香+草本的，而石楠+草本模式的其它兩種模式無(wú)顯著性差異；穩(wěn)結(jié)態(tài)的相對(duì)含量均為上層顯著低于下層，而在不同植被之間沒(méi)有顯著性差異(p<0.05)。緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)的含量及比例均為上層顯著高于下層，其中，石楠+草本模式下的上層緊結(jié)態(tài)的絕對(duì)含量顯著高于其它兩種模式的；臭椿+草本模式下的上層緊結(jié)態(tài)的相對(duì)含量顯著低于其它兩種模式(p<0.05)。

注：同一橫坐標(biāo)項(xiàng)不同小寫字母表示不同土層在0.05水平的差異顯著性。

3.2.2土壤物理性質(zhì)與結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的關(guān)系從表4得知，土壤總孔隙度及容重與SOC分別呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)本身的絮狀多孔降低土壤容重，而與礦物質(zhì)結(jié)合形成的團(tuán)聚體能夠增加土壤總孔隙度[16]。毛管孔隙度與SOC呈顯著負(fù)相關(guān)，而非毛管孔隙度與SOC呈顯著正相關(guān)?？梢姡琒OC主要促進(jìn)非毛管孔隙的形成，而減少毛管孔隙度。

表4　不同植被下土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)

注：*，**分別表示5%和1%差異顯著性水平。下同。

土壤總孔隙度及容重與結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的各組分均分別呈顯著正相關(guān)和負(fù)相關(guān)，可見，結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的增加能增加土壤總孔隙度而降低土壤容重。毛管孔隙度與穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳呈極顯著正相關(guān)，而與緊結(jié)態(tài)/重組碳呈極顯著負(fù)相關(guān)；非毛管孔隙度與穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著負(fù)相關(guān)，而與緊結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著正相關(guān)；土壤各物理性質(zhì)與松結(jié)態(tài)/重組碳均沒(méi)有顯著相關(guān)性?？梢?，結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的比例大小對(duì)不同孔徑孔隙的分配有重要作用，進(jìn)而影響到土壤的通氣性、滲水性及保水性。其中，穩(wěn)結(jié)態(tài)占的比例越大，則能促進(jìn)形成細(xì)小的毛管孔隙，而阻止形成粗大的非毛管孔隙，進(jìn)而有利于改善土壤保水性，而不利于土壤通氣性及滲水性；緊結(jié)態(tài)占的比例越大，則能促進(jìn)形成粗大的非毛管孔隙，而阻止形成細(xì)小的毛管孔隙，進(jìn)而有利于改善土壤通氣性及滲水性，而不利于土壤保水性；松結(jié)態(tài)占的比例大小對(duì)不同孔徑孔隙影響不顯著。對(duì)于土壤不同孔徑孔隙與結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的各組分比例的相關(guān)性機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

3.3　土壤物理性質(zhì)與腐殖質(zhì)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況的關(guān)系

3.3.1土壤的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量反映的是土壤中有機(jī)質(zhì)與黏粒結(jié)合的數(shù)量程度，復(fù)合量越大表明二者結(jié)合量大[17]，而有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度代表土壤重組有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例。從圖1及表1中得知，不同植被模式下的土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量均為上層顯著高于下層及原土復(fù)合量，而在不同植被恢復(fù)模式之間沒(méi)有顯著性差異；研究區(qū)土壤經(jīng)植被恢復(fù)后，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度均有不同程度的降低，其中，刺槐+丁香+草本模式下的上層有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度顯著低于下層，而其它兩種模式下的不同深層土層之間均無(wú)顯著性差異，而且刺槐+丁香+草本模式下的下層有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度最高(p<0.05)。

3.3.2土壤物理性質(zhì)與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的關(guān)系從表4中得知，非毛管孔隙度與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量呈顯著正相關(guān)，而毛管孔隙度與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量呈顯著負(fù)相關(guān)。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量與穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與緊結(jié)態(tài)/重組碳呈顯著正相關(guān)，同時(shí)與松結(jié)態(tài)/重組碳也具有一定正相關(guān)關(guān)系(表5)。從表5得知，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及緊結(jié)態(tài)/重組碳與SOC呈極顯著正相關(guān)；穩(wěn)結(jié)態(tài)/重組碳與SOC呈極顯著負(fù)相關(guān)；松結(jié)態(tài)/重組碳與SOC也有一定正相關(guān)，而且松/緊比與SOC呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢姡琒OC的增多，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及松結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)的相對(duì)含量增加，而穩(wěn)結(jié)態(tài)的相對(duì)含量減少，而且松/緊比會(huì)降低。此外，研究區(qū)土壤的結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)以穩(wěn)結(jié)態(tài)為主，而正常土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)一般以松結(jié)態(tài)或緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)為主[15,17-18]。因此，研究區(qū)土壤隨著植被恢復(fù)年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)的積累會(huì)增多，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量也隨之增大，進(jìn)而促進(jìn)穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)向松結(jié)態(tài)、緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化，而且主要轉(zhuǎn)化為緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)。

表5　不同植被下有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體與土壤有機(jī)碳的相關(guān)系數(shù)(n=22)

土壤總孔隙度及容重與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度分別呈極顯著負(fù)相關(guān)和正相關(guān)，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度與SOC呈極顯著負(fù)相關(guān)(表5)。輕組有機(jī)物是能快速轉(zhuǎn)化的未分解和半分解的動(dòng)植物殘?bào)w，重組有機(jī)物則是與土壤礦物緊密結(jié)合的土壤腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)化較慢[18]。研究區(qū)土壤在植被恢復(fù)之后，有機(jī)質(zhì)積累增多，其中，輕組有機(jī)質(zhì)的增幅相對(duì)較大，而重組有機(jī)質(zhì)的增幅相對(duì)較小，因此，SOC的增加使有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度減小。

4結(jié) 論

(1) 研究區(qū)土壤在不同植被恢復(fù)模式下恢復(fù)7 a后，土壤的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合狀況及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的各組分發(fā)生了不同程度的變化。有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量逐漸增加，而有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度卻低于原土。結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)以穩(wěn)結(jié)態(tài)為主，所占比例為41%～67%。

(2) 植被恢復(fù)降低了復(fù)墾土壤的容重而增加了其總孔隙度，而且臭椿+草本恢復(fù)模式效果最佳。結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的絕對(duì)含量增加及有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合度的減小均可增加總孔隙度而降低土壤容重。

(3) 研究區(qū)土壤的不同孔徑孔隙與有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)各組分的配比存在密切的關(guān)系。其中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合量及緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)相對(duì)含量的增加可提高非毛管孔隙度，而降低毛管孔隙度；穩(wěn)結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)相對(duì)含量的增加能降低非毛管孔隙度，從而提高毛管孔隙度。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黎煒.煤礦充填復(fù)墾區(qū)土壤肥力質(zhì)量變化與地下水重金屬污染研究[D].江蘇 徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2011.

[2]胡振琪,魏忠義,秦萍.礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的概念與方法[J].土壤,2005,37(1):8-12.

[3]王莉,張和生.國(guó)內(nèi)外礦區(qū)土地復(fù)墾研究進(jìn)展[J].水土保持研究,2013,20(1):294-300.

[4]Lu Shenggao, Zaffar M, Chen Danping, et al. Porosity and pore size distribution of Ultisols and correlations to soil iron oxides [J]. Catena, 2014, 123(1): 79-87.

[5]侯雪瑩,韓曉增.土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究,2008,24(1):61-67.

[6]César P, Denis C, José M F, et al. Physical, chemical, and biochemical mechanisms of soil organic matter stabilization under conservation tillage systems: A central role for microbes and microbial by-products in C sequestration [J]. Soil Biology & Biochemistry, 2013, 57(1): 124-134.

[7]魏朝富,謝德體,李保國(guó).土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2003,18(2):221-227.

[8]Lorena R, Gonzalo A, Heike K, et al. Multivariate statistical assessment of functional relationships between soil physical descriptors and structural features of soil organic matter in Mediterranean ecosystems [J]. Geoderma, 2014, 230/231(1): 95-107.

[9]中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1978:511-525.

[10]徐樹建,杜忠花.激光粒度儀測(cè)量風(fēng)成堆積物粒度的實(shí)驗(yàn)研究[J].水土保持研究,2007,14(2):209-212.

[11]傅積平.土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)分組測(cè)定[J].土壤通報(bào),1983,14(2):36-37.

[12]Guebert M D, Gardner T W. Macropore flow on a reclaimed surface mine: infiltration and hill slope hydrology [J].Geomorphology, 2001, 39(3/4): 151-169.

[13]司志國(guó).徐州市城市綠地土壤碳儲(chǔ)量及質(zhì)量評(píng)價(jià)[D].江蘇 南京:南京林業(yè)大學(xué) 森林資源與環(huán)境學(xué)院,2013.

[14]徐建民,袁可能.土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體研究(Ⅶ):土壤結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)的形成特點(diǎn)及其結(jié)合特征[J].土壤學(xué)報(bào),1995,32(2):151-158.

[15]何斌,溫遠(yuǎn)光,劉世榮,等.英羅港不同紅樹植物群落土壤腐殖質(zhì)組成及特性的研究[J].土壤學(xué)報(bào),2006,43(3):517-519.

[16]Lewis R P, Brian J R, Tang X Y. Quantifying the influence of biochar on the physical and hydrological properties of dissimilar soils [J]. Geoderma, 2014, 235/236(1): 182-190.

[17]夏建國(guó),高福麗,凌靜,等.植茶年限對(duì)土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合性狀的影響[J].土壤通報(bào),2010,41(6):1399-1403.

[18]高福麗.蒙山茶園土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體性質(zhì)研究[D].四川 成都:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

Relationship Between Physical Properties and Organic-mineral Complexes of Reclaimed Soil Back-filled with Coal Gangue Under Various Vegetation Restoration Models

WEI Huaijian1, LI Yucheng1, WANG Ning1, ZHENG Liugen1, CHENG Hua1, XU Chong2

(1.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,AnhuiUniversity,Hefei,Anhui230601,China; 2.CoalMineEcologicalProtectionNationalEngineeringLaboratory,Huainan,Anhui232001,China)

Abstract：[Objective] Clarifying the relationship between physical properties and organic-mineral complexes of reclaimed soil was supposed to provide a support for ameliorating the reclaimed soil physical condition. [Methods] This study chose the soil under three patterns of typical artificial vegetation restoration for seven years in Datong Reclamation District of Huainan City, which had been back-filled with coal gangue. Soil physical indictors and formations of organic-mineral complexes were quantified using standard procedures, and their relationship was determined by multivariate statistical analysis. [Results] Soil organic-mineral status and the combined humus varied with different vegetation restoration patterns in the survey region. The stably-combined humus dominated, and it accounted for 41%~67% of combined humus. Vegetation restoration lowered oil bulk density and increased total porosity significantly in contrast with that of natural soil. These effects were more obvious in the mixed plantation pattern of Ailanthus altissima and grass. Soil non-capillary porosity had significantly positive correlations with the amount of organic-mineral complexes and the ratio of tightly-combined humus to combined humus; however, a negative correlation was found of it with the ratio of stably-combined humus to combined humus. Soil capillary porosity was negatively and significantly correlated with the amount of organic-mineral complexes and the ratio of tightly-combined humus to combined humus; and was positive and significantly correlated with the ratio of stably-combined humus to combined humus. Positive association existed between contents of three fractions of soil combined humus, and total porosity and negative correlation it was between the combined contents and low bulk density. [Conclusion] The physical condition showed strong correlations with organic-mineral complexes in reclaimed soils.

Keywords:reclaimed soil; vegetation restoration; organo-mineral complexes; physical properties

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0207-06

中圖分類號(hào)：X171.4， S153.6

通信作者：李玉成(1963—),男(漢族),安徽省合肥市人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事環(huán)境微生物地球化學(xué)、藻類脫毒與資源化和水環(huán)境污染控制技術(shù)等方面的研究。E-mail:li-yucheng@163.com。

收稿日期：2014-09-11修回日期：2014-10-02

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“細(xì)菌對(duì)藻類有機(jī)質(zhì)的生烴潛力影響的室內(nèi)模擬及無(wú)定形體形成機(jī)理研究”(41172721)； 淮南礦業(yè)集團(tuán)委托項(xiàng)目(HKKY-STHJYJS-JS-2012-001)

第一作者：魏懷建(1990—),男(漢族),山東省淄博市人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境生物地球化學(xué)。E-mail:weihj1989@163.com。