礦區復墾對土壤養分和酶活性以及微生物數量的影響

李 智 蘭

(山西省水利水電勘測設計研究院， 山西 太原 030024)

礦區復墾對土壤養分和酶活性以及微生物數量的影響

李 智 蘭

(山西省水利水電勘測設計研究院， 山西 太原 030024)

資助項目：國家自然科學青年基金項目“典型煤礦區煤矸石自燃源多環芳烴的形成機制與釋放模式”(41103052)

第一作者：李智蘭(1970—),女(漢族),山西省文水縣人,碩士,高級工程師,主要從事水土保持及環境影響評價工作。E-mail:zhilanlee@163.com。

摘要：[目的] 研究礦區復墾對土壤養分和酶活性以及微生物的影響，并揭示其時空演變規律。[方法] 以安徽省廬江釩礦區碳質頁巖風化物區域的復墾土壤為對象，采用野外調查和室內分析的方法，對礦區復墾下的土壤養分、酶活性及微生物數量展開調查。[結果] 隨著復墾年限的增加，土壤電導率、含水量和全鹽含量均明顯增加，土壤容重、pH值和總孔隙度則明顯降低；隨著復墾年限的增加，土壤全鉀和有效鉀含量均降低，有機質、全氮、堿解氮、微生物量碳和微生物量氮增加，而全磷和有效磷并沒有明顯的變化趨勢，其中土壤微生物量的變化幅度最大，對復墾的響應最為敏感；隨著復墾年限的增加，礦區土壤蔗糖酶、脫氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性和微生物數量均有所增加，但其增加幅度逐漸減小，細菌數量處于絕對優勢地位，占到微生物總數的99.3%以上；隨著土層深度的增加，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分均呈降低趨勢，表現出明顯的“表聚性”，同層相比，基本呈現出：60 a>40 a>20 a>5 a規律，局部有所波動。[結論] 礦區復墾能夠改善土壤質量和土壤肥力；礦區復墾過程中通過影響土壤微生物活動和代謝進而影響土壤養分及酶活性，同時土壤微生物與養分和酶活性等地下生態指標之間在復墾過程中具有統一性。

關鍵詞：礦區復墾土壤； 土壤養分； 酶活性； 微生物數量

隨著經濟的高速發展和礦產資源高強度的開發，礦區已成為當今世界退化最為嚴重的生態系統之一[1-3]，礦區開采和利用過程中對地表的破壞以及固體廢棄物堆積造成的污染，不僅占用大量的耕地資源，而且破壞了礦區土壤系統生物多樣性，礦區基質由于缺少熟化土壤，營養貧瘠，其微生物活性也減弱[1-5]，為恢復礦區生態環境和遏制土地銳減的趨勢，大力開展礦區土地復墾工作已成為當今之重[1-3,6-9]。

土壤是生態系統中的重要組成部分，土壤微生物和養分在有機物質分解轉化過程中起主導作用，影響著土壤生態系統中能量流動和物質循環，反映出土壤質量和健康狀況等[10-11]；土壤酶活性能參與多種反應(如礦化—同化、氧化—還原等)，是有機質代謝及污染物降解的驅動力，是土壤環境質量評價不可缺少的重要生物學指標[12-14]。研究土壤養分和酶活性以及微生物數量對復墾的響應，對于采取合理的復墾方式以加快礦區生態恢復具有重要意義[1-3,6-9]。國外的復墾工作研究起步較早，主要集中在復墾土壤重構及其基本特性等方面[1-5]，而我國土地復墾工作起步較晚，大量學者在復墾土壤研究方面取得一些進展，初步建立了煤矸石、露天礦排土場等固體廢棄物復墾土壤重構的原理和方法[6-9,15-16]，并且進行了植被構建、土壤養分和防治水土流失等的研究[6-9,15-16]，而對較長時序以碳質頁巖為主的矸石風化物形成的復墾土壤養分和酶活性以及微生物數量等方面的研究少有報告。鑒于此，本研究以安徽廬江礦區碳質頁巖風化物區域的復墾土壤為對象，分析礦區復墾對土壤養分和酶活性以及微生物數量的影響并揭示該區復墾過程中時空演變規律，為礦區復墾、土壤生態系統的恢復和重建提供的理論基礎和科學依據。

1材料與方法

1.1　研究區概況

安徽省廬江礦區位于安徽省巢湖市西南緣，地理坐標為東經117°42′45″—118°26′07″，北緯31°15′30″—31°46′18″，屬于亞熱帶溫暖濕潤季風氣候，春夏多雨，四季分明，年平均氣溫16.2 ℃，極端最高溫度39.4 ℃，極端最低溫度-8.7 ℃，1月平均氣溫2.3 ℃，7月平均氣溫28.9 ℃，日最大溫差13 ℃左右，近10 a來平均年降雨量為1 200～1 400 mm，多集中于7—9月，年平均相對濕度60%~70%，全年日照數2 200～2 500 h，無霜期180～250 d，全年主導風向為東南季風，年均風速2.8 m/s，最大風速15 m/s，礦區總面積15 km2，廬江釩礦區碳質頁巖風化物區域地貌為低山和丘陵地帶，海拔在150～320 m之間。

安徽省廬江釩礦區近百年的開采形成了多座排土場，已進入開采晚期，礦區排棄物主要以碳質頁巖為主，其巖性主要是碳質頁巖、砂巖、硅質頁巖及少量的石灰巖和石英巖，原有的植被、地貌被排棄物覆蓋，自20世紀初期開始堆積，在堆積過程中發現有煤礦和釩礦存在，20世紀20年代末期停止堆積，復墾年限已達到60 a；周邊排土場堆積歷史較晚，自20世紀中期開始堆積，逐層堆積的方式，復墾年限達到20和40 a，因此對復墾年限20和40 a礦區來說，矸石堆積年限較長的地區位于排土場底部，最上層為堆積年限較短矸石，其他排土場頂層近年來開始大面積的復墾活動，復墾時間距采樣時間(2013年)有5 a的復墾歷史。

1.2　研究方法

1.2.1樣品采集采樣時間為2013年8月，通過實地調查、查閱歷史資料以及訪問當地老礦工，根據矸石山堆積和復墾的歷史，分別選取不同復墾年限(5，20，40，60 a)的復墾地作為研究樣地。根據復墾后土壤風化深度狀況，按“S”形多點采樣法在每個樣地用無菌小鐵鏟采集0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，采至矸石未風化或風化較微弱處為止，采樣時除去土壤表面動植物殘體，所采土壤樣品充分混勻后用聚乙烯無菌塑料袋密封包好，并迅速帶回實驗室內分析測定，所取土樣分為4份，一份裝自封袋中，測定土壤含水量(烘干法)，一份新鮮土樣過2 mm篩后測定土壤酶活性，一份自然風干(20 d)去除碎片和部分根后過0.5 mm篩測定土壤養分及理化性質，一份放入4 ℃冰箱中測定土壤微生物量，并在取樣點附近挖取剖面測定土壤容重(環刀法)計算土壤總孔隙度(%)[9]。

1.2.2樣品的測定(1) 土壤理化性質及養分含量的測定。pH值采用電極電位法(1∶2.5土水比)測定；土壤電導率(5∶1水土比浸提液，μS/cm)采用P4多功能測定儀測定；全鹽采用電導法(%)；土壤有機碳(g/kg)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法；土壤全氮(g/kg)用全自動凱氏定氮法；土壤全磷(g/kg)用NaOH熔融—鉬銻抗比色法；有效磷(mg/kg)采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；堿解氮(mg/kg)采用NaOH—H3BO3法測定；全鉀(g/kg)采用火焰分光光度法；有效鉀采用乙酸銨浸提—原子吸收分光光度計法；土壤微生物量碳、氮采用氯仿熏蒸—K2SO4浸提法[17]。 (2) 土壤微生物的數量測定。采用平板梯度稀釋法，其中細菌培養基為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基，真菌培養基為馬丁氏培養基，放線菌培養基為高氏一號瓊脂培養基[18]。 (3) 土壤酶活性參照文獻[6]。土壤蔗糖酶活性采用3，5—二硝基水楊酸比色法﹝mg/(g·d)﹞；脫氫酶活性采用三苯基四唑氯化物(TTC)法〔μg/(g·d)〕；脲酶活性采用苯酚鈉比色法〔mg/(g·d)〕；磷酸酶活性〔mg/(g·d)〕測定采用磷酸苯二鈉法測定。

1.3　數據處理

利用Excel和SPSS 18.0對數據統計和分析，顯著性分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著法(LSD)，Pearson相關性系數檢驗擾動區域和未擾動區域植被與土壤因子的相關性，制圖采用Origin 7.5軟件。

2結果與分析

2.1　礦區復墾對土壤理化性質的影響

由表1可知，礦區復墾年限對土壤理化性質有較大的影響，隨著復墾年限的增加，土壤電導率、含水量和全鹽含量均明顯增加，主要是由于土壤入滲和持水能力增大，隨著復墾年限的增加，土壤變得疏松，從而增加了對水分的滲透與蓄積能力，進而增加了土壤中可溶性離子，導致電導率和全鹽含量均增加；而土壤容重、pH值和總孔隙度則明顯降低，隨復墾年限的增加土壤容重和總孔隙度降低，主要與植被地下根系在土壤中的空間分布有關。pH值的變化范圍在6.14～8.87，隨著復墾年限的增加，pH值逐年降低，并且降低幅度較大。

表1　礦區復墾對土壤理化性質的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同

2.2　礦區復墾對土壤養分的影響

由圖1可知，礦區復墾可以改善土壤質量和土壤肥力。隨著復墾時間的增加，礦區復墾土壤的全鉀和有效鉀含量均降低，有機質、全氮、堿解氮、微生物量碳和微生物量氮有所升高，而全磷和有效磷并沒有明顯的變化趨勢。有機質變化范圍在11.23～28.79 g/kg，最大值出現在復墾60 a的礦區土壤中，最小值在復墾5 a的礦區土壤中；從土壤氮素水平上可以看出，全氮變化在1.257～3.356 g/kg，而堿解氮變化在25.48～56.78 mg/kg，最大值均出現在復墾60 a的礦區土壤中，最小值分別在復墾5 a的礦區土壤中；從土壤磷素水平得知，全磷含量變化在0.997～1.187 g/kg，有效磷變化在41.37～43.56 mg/kg，并沒有明顯的變化規律；從土壤鉀素水平看，全鉀變化在20.25～24.15 g/kg，有效鉀變化在1.87～6.87 mg/kg，最大值均出現在復墾5 a的礦區土壤中，最小值分別在復墾60 a的礦區土壤中；從土壤微生物量看，微生物量碳變化在126.38～200.36 mg/kg，微生物量氮變化在24.13～70.24 mg/kg，最大值均出現在復墾60 a的礦區土壤中，最小值分別在復墾5 a的礦區土壤中。

2.3　礦區復墾對土壤酶活性的影響

土壤酶活性能夠靈敏地反映土壤管理措施的變化，可用于表征土壤養分循環速率。由表2可知，土壤酶活性均隨著礦區復墾時間延長而逐漸提高，隨著復墾時間的增加，礦區蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性均有所增加。蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和堿性磷酸酶活性變化范圍分別在87.89～187.56 mg/(g·d)，0.21～0.68 mg/(g·d)，0.13～0.85 mg/(g·d)，82.64～321.56 mg/(g·d)，最大值均出現在復墾5 a的礦區土壤中，最小值分別在復墾60 a的礦區土壤中。

表2　礦區復墾對土壤酶活性的影響

圖1　礦區復墾對土壤養分的影響

2.4　礦區復墾對土壤微生物數量的影響

土壤微生物的數量分布，不僅可以敏感地反映土壤質量的變化，而且是土壤中生物活性的具體體現。根據采樣點數據，得到不同復墾年限下土壤微生物數量的變化(表3)。由表3可知，不同復墾年限的土壤各類群微生物數量與總微生物數量均存在較大差異，土壤微生物總數逐漸增加，細菌、真菌和放線菌與微生物總數的變化趨勢相一致，在組成微生物種群的細菌、放線菌和真菌三大類中，細菌數量處于絕對優勢地位，占到微生物總數的99.3%以上，放線菌和真菌所占的比例較少，從放線菌和真菌所占比例來看，放線菌近似相等于真菌。隨著復墾時間的增加，礦區復墾細菌、真菌和放線菌有所升高，細菌、真菌和放線菌變化范圍分別在425.12～1 045.12 cfu/g，2.56～8.13 cfu/g，0.42～8.01 cfu/g，最大值均出現在復墾60 a的礦區土壤中，最小值分別在復墾5 a的礦區土壤中。經統計檢驗可知，復墾40和60 a礦區土壤中細菌、真菌、放線菌和微生物總數差異并不顯著(p>0.05)，顯著高于復墾5和20 a礦區土壤中細菌、真菌、放線菌和微生物總數(p<0.05)，隨復墾年限的增加，礦區土壤中細菌、真菌、放線菌和微生物總數逐漸增加，但其增加幅度逐漸減小。

表3　礦區復墾對土壤微生物數量的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.5　礦區復墾對土壤酶活性、微生物數量、土壤養分垂直分布的影響

由圖2—3可知，礦區復墾對土壤酶活性、微生物數量、土壤養分垂直分布具有顯著影響，隨著土層深度的增加，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分均呈降低趨勢表現出明顯的“表聚性”，土壤表層以下，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分急劇降低，10 cm土層以下，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分下降幅度逐漸降低；同層相比，基本出現出60 a>40 a>20 a>5 a規律，局部有所波動。

圖2　礦區復墾對土壤養分垂直分布的影響

2.6　土壤酶活性、微生物數量與土壤養分相關分析

由表4可知，土壤有機碳與蔗糖酶、脫氫酶、磷酸酶和細菌數量呈極顯著正相關(p<0.01)，與脲酶活性和放線菌數量呈顯著正相關(p<0.05)；全氮與蔗糖酶、脫氫酶和脲酶呈極顯著正相關(p<0.01)，與磷酸酶和細菌數量呈顯著正相關(p<0.05)；全磷與蔗糖酶活性呈顯著正相關(p<0.05)；全鉀與蔗糖酶、脫氫酶和脲酶呈極顯著正相關(p<0.01)，與細菌和放線菌呈顯著正相關(p<0.05)；有效磷與蔗糖酶、脫氫酶、脲酶、細菌和放線菌數量呈極顯著負相關(p<0.01)，與磷酸酶活性呈顯著負相關(p<0.05)；堿解氮與脲酶、磷酸酶和細菌數量呈極顯著負相關(p<0.01)，與蔗糖酶和放線菌數量呈顯著負相關(p<0.05)；有效鉀與蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和真菌數量呈極顯著負相關(p<0.01)，與磷酸酶和放線菌數量呈顯著負相關(p<0.05)；微生物量碳與蔗糖酶、脫氫酶、脲酶和細菌數量呈極顯著正相關(p<0.01)，與磷酸酶、放線菌和真菌數量呈顯著正相關(p<0.05)；微生物量氮與脲酶、細菌和放線菌數量呈極顯著正相關(p<0.01)，與蔗糖酶、脫氫酶和真菌數量呈顯著正相關(p<0.05)。

3討論與結論

3.1　礦區復墾對土壤理化性質的影響

礦區復墾對土壤理化性質會產生影響，影響土壤中水鹽溶解平衡，安徽廬江復墾區是以碳質頁巖為主的較容易風化的黏土礦物，由于受季風氣候、生物和人為因素的影響，矸石風化速度加快，在風化過程中，碳質頁巖中伴生的黃鐵礦在風化過程中析出硫酸使得土壤呈現酸性[6,19-20]，隨著復墾時間的增加，矸石所含鉀、鈉等鹽基物質在外界作用(如淋溶作用)影響下流失，當堿性鹽基離子淋失后，土壤朝向酸性發展，導致土壤呈酸性[6,19-20]；而本研究還得出礦區復墾改善了土壤的通透性，具體表現為增加了土壤容重、pH值和總孔隙度，降低了土壤電導率、含水量和全鹽含量(表1)，主要是由于隨著礦區復墾年限的增加，土壤具有較好的保水和持水能力，土壤中的部分鹽分聚積，引起了金屬離子的溶解和電導率的增加，其土壤全量養分、有效養分及微生物活動均受到一定的影響。

圖3　礦區復墾對土壤酶活性和微生物數量垂直分布的影響

3.2　礦區復墾對土壤養分的影響

土壤養分不僅能反映土壤“營養庫”中養分的貯量水平，而且在一定程度上能影響有效養分的供應能力[10-11]。由圖2可知，隨著復墾時間的增加，礦區復墾土壤的全鉀和有效鉀含量均降低，有機質、全氮、堿解氮、微生物量碳和微生物量氮有所升高，而全磷和有效磷并沒有明顯的變化趨勢。礦區土壤在復墾初期風化速度較快，尤其是在外界因素作用下導致其養分增長幅度更加明顯，這也是復墾60 a的礦區土壤養分含量較高的原因；同時，礦區土壤屬于含碳礦物并且在排棄堆積過程中混有煤塊使得土壤中總有機質較高，隨著復墾年限的增加，復墾土壤養分含量增加明顯，其中土壤中的有效磷、堿解氮含量呈現增加趨勢，主要與復墾后土壤結構和環境變化有利于氮磷積累及人為影響有關[6,8,19-21]；由于礦區復墾土壤風化程度不同，鉀素被不斷釋放，也不斷被地表植被吸收利用及淋失，復墾區域內植物對鉀素不斷的吸收利用及淋溶作用的影響使得復墾土壤內部全鉀、速效鉀含量逐年減少，這與前人的研究結果一致[8,19-21]。由此可知，隨著復墾年限的增長，除鉀外礦區土壤中養分含量不斷增多，尤其是全量態、有效態的氮含量以及微生物量碳和氮變化趨勢比較明顯。這說明礦區土壤在長期的自然、人為因素影響下，風化作用加強，土壤開始熟化。而礦區復墾并沒有引起全磷含量的下降，主要是由于磷素是一種沉積性元素，由母質類型和成土條件決定，在土壤中的存在形式較穩定、不易流失[8-9,21]，因此，礦區復墾沒有影響土壤全磷含量及其分布特征。

綜合來看，復墾后土壤養分變化幅度較大，說明在礦區復墾過程中，土壤系統內部因子處于動態變化和平衡中，其中土壤微生物量的變化幅度最大，對復墾的響應最為敏感。

表4　土壤酶活性、微生物數量與土壤養分相關分析

注：**表示相關性在0.01水平上顯著(雙尾)，*表示相關性在0.05水平上顯著(雙尾)。

3.3　礦區復墾對土壤酶活性的影響

蔗糖酶活性是表征土壤碳素循環和土壤微生物代謝活性的重要酶，能夠反映土壤有機碳累積與分解轉化規律[6,12-14]。由表2可知，礦區復墾后土壤蔗糖酶活性顯著增加，說明土壤中有機物質的轉化隨復墾時間延長而更加強烈，同時植物的凋落物、根系的分泌物和衰亡的根增加了土壤有機物和土壤蔗糖酶轉化的底物；土壤脫氫酶活性作為微生物氧化還原系統的指標，能較好地表征土壤中微生物的氧化能力[6,12-14]，礦區復墾為微生物的生長和繁殖提供碳源，并改善土壤的微環境，從而增加了脫氫酶活性及其來源；脲酶活性可用以指示土壤氮素循環及其相關的土壤活性[6,12-14]，綜合分析圖1和表2可知，礦區復墾造成了土壤脲酶活性顯著增加，與同期土壤氮素含量變化一致；磷酸酶作為土壤中最活躍的一類酶能夠促進有機磷化合物的水解和提高土壤磷元素的有效性，而本研究中礦區復墾增加了土壤磷酸酶活性，與同期土壤磷素的變化不盡一致，可能與磷素在土壤中的轉化和循環有關[6,8,19-21]。

3.4　礦區復墾對土壤微生物數量的影響

土壤微生物三大類群的數量與其發揮的生態功能密切相關，其數量的增加反映出土壤質量的改善[10-11,21]。礦區復墾增加了凋落物、根系的分泌物和衰亡的根、根際沉積物等，為微生物的生長繁育提供了充足的能源，使微生物能夠在一定時間內有效并快速恢復[6-9]，到復墾60 a，微生物總數平均可達1.06×108cfu/g，細菌、真菌和放線菌數量隨著復墾年限的增加而增加，但其增加幅度逐漸減小(圖2)，主要是由于在礦區復墾中，土壤基質破壞了地表植被層，并且對土壤剖面進行了重構，使排土場地表物質成為深層土，使得作為微生物生命活動所需能源較為缺乏，局部限制了土壤微生物數量。

3.5　礦區復墾對土壤酶活性、微生物數量、土壤養分垂直分布的影響

從土壤養分的垂直分布特征來看(圖2—3)，礦區復墾對土壤酶活性、微生物數量、土壤養分垂直分布具有顯著影響，隨著土層深度的增加，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分均呈降低趨勢表現出明顯的“表聚性”。復墾區域碳質頁巖是一種極容易風化的巖石，隨著復墾年限的增加，土壤剖面酶活性、微生物數量和土壤養分發生變化，由于表層的矸石受外界影響較大，相比剖面下層的矸石風化程度強，表層微生物活動、植物吸收利用以及淋溶作用使得復墾土壤剖面養分含量呈現“表聚性”[6-9,15]。土壤表層以下，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分急劇降低，10 cm土層以下，土壤酶活性、微生物數量和土壤養分下降幅度逐漸降低；同層相比，基本表現為：60 a>40 a>20 a>5 a，局部有所波動，表明了礦區復墾增加了土壤酶活性、微生物數量和土壤養分(除了鉀素和磷素)，但并沒有改變它們的垂直分布特征，而不同復墾年限深層土壤酶活性、微生物數量和土壤養分變化趨勢并不大，可能是由復墾過程中表層、底層土混合產生的稀釋效應。

3.6　土壤酶活性、微生物數量與土壤養分相關分析

復墾后土壤酶活性、微生物數量與土壤養分之間具有較強的相關性，土壤養分(除有效養分)與土壤酶活性和微生物數量基本呈正相關(表4)，表明了土壤有機質作為碳源和其他營養成分的來源，有利于微生物及酶活性活性的提高；而土壤酶活性、微生物數量與土壤有效含量之間呈顯著或極顯著負相關關系，主要是由于隨著礦區復墾土壤中植被的恢復，植物生長吸收了部分營養元素，同時植物生長導致植物根際微生物活性有所升高，這與前人的研究結果一致[6-9,15,21]。綜合表2的結果表明，礦區復墾過程中通過影響土壤微生物活動和代謝進而影響土壤養分及酶活性，它們之間可以看做相互作用和影響的一個地下有機整體，同時表明了土壤微生物與養分和酶活性等地下生態系統各指標之間的統一性。

[參考文獻]

[1]Rooney R C, Bayley S E, Schindler D W. Oil sands mining and reclamation cause massive loss of peatland and stored carbon[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012,109(13):4933-4937.

[2]Dong Jihong, Yu Min, Bian Zhengfu, et al. The safety study of heavy metal pollution in wheat planted in reclaimed soil of mining areas in Xuzhou, China[J]. Environmental Earth Sciences, 2012,66(2):673-682.

[3]Li Hua, Shao Hongbo, Li Weixiang, et al. Improving soil enzyme activities and related quality properties of reclaimed soil by applying weathered coal in opencast-mining areas of the Chinese Loess Plateau[J]. CLEAN-Soil, Air, Water, 2012,40(3):233-238.

[4]Yao Dduoxi, Meng Jun, Zhang Zhiguo. Heavy metal pollution and potential ecological risk in reclaimed soils in Huainan mining area[J]. Journal of Coal Science and Engineering(China), 2010,16(3):316-319.

[5]Palmer M A, Bernhardt E S, Schlesinger W H, et al. Mountaintop mining consequences[J]. Science, 2010,327(5962):148-149.

[6]錢奎梅,王麗萍,李江.礦區復墾土壤的微生物活性變化[J].生態與農村環境學報,2012,27(6):59-63.

[7]黃曉娜,李新舉,劉寧,等.不同施工機械對煤礦區復墾土壤顆粒組成的影響[J].水土保持學報,2014,28(1):136-140.

[8]張乃明,武雪萍.礦區復墾土壤養分變化趨勢研究[J].土壤通報,2003,34(1):58-60.

[9]孫海運,李新舉,胡振琪,等.馬家塔露天礦區復墾土壤質量變化[J].農業工程學報,2009,24(12):205-209.

[10]Waring B G, Weintraub S A, Sinsabaugh R. Relationships among climate, soil nutrients, and enzyme stoichiometry in low-latitude ecosystems: A pan-tropical analysis[C]. Minneapolis： 98th ESA Annual Meeting，2013.

[11]Erwin A C, Geber M A, Agrawal A A. Specific impacts of two root herbivores and soil nutrients on plant performance and insect-insect interactions[J]. Oikos, 2013,122(12):1746-1756.

[12]Tian Lei, Dell E, Shi Wei. Chemical composition of dissolved organic matter in agroecosystems: Correlations with soil enzyme activity and carbon and nitrogen mineralization[J]. Applied Soil Ecology, 2010,46(3):426-435.

[13]Allison S D, Weintraub M N, Gartner T B, et al. Evolutionary-economic principles as regulators of soil enzyme production and ecosystem function[M]∥Soil Enzymology. Berlin: Springer, 2011:229-243.

[14]Bell T H, Klironomos J N, Henry H A L. Seasonal responses of extracellular enzyme activity and microbial biomass to warming and nitrogen addition[J]. Soil Science Society of America Journal, 2010,74(3):820-828.

[15]郭逍宇,張金屯,宮輝力,等.安太堡礦區復墾地植被恢復過程多樣性變化[J].生態學報,2005,25(4):763-770.

[16]董霽紅,于敏,程偉,等.礦區復墾土壤種植小麥的重金屬安全性[J].農業工程學報,2011，27(12):280-286.

[17]吳金水.土壤微生物生物量測定方法及其應用[M].北京：氣象出版社,2006.

[18]許光輝，鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊[M].北京：農業出版社,1986.

[19]丁青坡,王秋兵,魏忠義,等.撫順礦區不同復墾年限土壤的養分及有機碳特性研究[J].土壤通報,2007,38(2):262-267.

[20]丁青坡,王秋兵,韓春蘭,等.礦區不同復墾年限土壤養分及有機碳特性研究:以撫順礦區碳質頁巖區復墾土壤為例[J].安徽農業科學,2006,34(17):4360-4363.

[21]樊文華,白中科,李慧峰,等.不同復墾模式及復墾年限對土壤微生物的影響[J].農業工程學報,2011,27(2):330-336.

Soil Nutrients, Enzyme Activity and Microbe Quantity in Reclaimed Soil in Mining Area

LI Zhilan

(ShanxiWaterConservancyExplorationandDesignInstitute，Taiyuan，Shanxi030024，China)

Abstract：[Objective] This paper aimed to illustrate the spatial-temporal change of soil nutrients, enzyme activity and microbe quantity when mined area was reclaimed. [Methods] Through collecting samples at different depths in soil with different reclaimed age in Lujiang mined area, soil nutrients, enzyme activity and microbe quantity were measured and soil physical-chemical indexes were investigated. [Results] The statistical analysis revealed that as reclamation years increased, the soil pH value, soil bulk density and total porosity reduced gradually and the soil electrical conductivity, moisture content and total salt increased gradually. Meanwhile, the total potassium and effective potassium content reduced, and organic matter, total nitrogen, alkali-hydrolyzale nitrogen, microbial biomass carbon and nitrogen increased gradually, while P had no obvious trend. Microbial biomass was most sensitive to mine reclamation with the largest variation. Soil urease, sucrase, dehydrogenase, alkaline phosphatase activity and microbe quantity increased with the increasing of reclamation years. In the mine soil, bacteria were predominant(more than 99.3% in amount), actinomyces ranked next, and fungi amount was the least among the three communities of soil microbes. With the increasing of depth, soil nutrients, enzyme activity and microbe quantity declined gradually, which implied that they had the “surface accumulation”. At the same soil layer with different reclamation years, soil nutrients, enzyme activity and microbe quantity largely ranked as: 60 a>40 a>20 a>5 a, though local fluctuation existed. [Conclusion] Mine reclamation could improve soil quality and soil fertility, and the soil microbial metabolism. The later could influence the soil nutrient and enzyme activity in the mine soil, which suggested that all the factors in soil system were in a dynamic change and in balance. They have two traits, one of the trait is that they interacte and influence each other as a combined unity, and the other one is that they behaved dynamically balanced. The two traits imply that have the uniformity and synchronicity in soil.

Keywords:reclaimed soil in mining area; soil nutrients; enzyme activity; microbe quantity

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)02-0006-08

中圖分類號：S157.1， X171.1

收稿日期：2014-09-27修回日期：2014-10-24