[目的]研究煤矿区不同复垦年限土壤中秸秆和生物炭的分解特征及其影响因素,为资源合理利用和矿区土壤培肥提供理论依据.[方法]依托山西煤矿复垦区试验基地,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R1)、10年(复垦中期阶段,R10)和30年(复垦长期阶段,R30)的土壤中进行了有机物料填埋试验.供试有机物料包括:玉米秸秆(MS)、小麦秸秆(WS)和生物炭(BC),以不添加有机物料为对照(CK).3种有机物料按土重(200 g)和有机碳比例为100:4混匀,装于尼龙网袋(孔径0.38μm)内,埋入试验基地15 cm深的土壤中.监测试验期内土壤积温,在埋入土壤后的第12、23、55、218、281、365天采集尼龙袋内土壤样品,分析有机物料残留量、土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)、可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)含量,分析各调查指标与有机物料分解残留率的关系.[结果]1)秸秆和生物炭的腐殖化系数分别为46.2％和86.6％,秸秆分解速率显著高于生物炭(P<0.05),有机物料的腐殖化系数在3种复垦年限土壤间无显著差异.秸秆分解速率在3种复垦土壤间表现出阶段性差异:分解0～12天,秸秆在R30中的分解速率显著高于R1;分解12天后,秸秆分解速率在3种复垦土壤之间无显著差异.2)由积温方程可知,秸秆和生物炭的易分解有机碳库占比分别为55％和12％,稳定有机碳库占比分别为43％和87％.3)添加秸秆显著提高了3种复垦土壤SMBC、SMBN、DOC和DON含量,其在R1的增长幅度显著高于R10和R30,后两者的增幅无显著差异;添加生物炭不影响复垦土壤的活性碳氮库.4)分解0～23天,秸秆分解速率与土壤活性碳氮含量、秸秆木质素含量显著相关;分解23天后,秸秆分解速率与土壤SMBN含量、秸秆木质素含量显著相关.土壤性质不影响生物炭的分解速率.整个分解时期复垦土壤中DOC增加量与秸秆分解速率呈极显著正相关(P<0.01).[结论]秸秆和生物炭的腐殖化系数与土壤复垦年限不相关,秸秆分解速率显著高于生物炭,主要是由于秸秆易分解有机碳库占比高于生物质炭.秸秆埋入复垦土壤后,在第12天分解速率达到最大值,土壤活性养分含量显著增加;生物炭性质稳定,分解缓慢,土壤活性养分含量无明显变化.综上,复垦土壤应加强秸秆还田以提高土壤活性碳氮含量,长期复垦土壤宜施用生物炭以稳定复垦土壤碳氮库.
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