【摘 要】
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我国矿山开采占用、损毁土地约600多万公顷,对矿区进行土地复垦是缓解土地资源紧缺的有效途径。客土法进行矿区土地复垦可以高效利用矿山开采产生的废石、固体废弃物,因而在国内外广泛应用。在复垦矿区,客土法将富含养分的细粒土与矿区废石混合用于作物种植,客土引入不同数量与质量的土壤有机质,造成矿区复垦土壤碳循环变化。探究矿区废石混合土碳排放特征及其演变归因,有助于监测矿区复垦土壤碳平衡,并为提高复垦土壤质量
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我国矿山开采占用、损毁土地约600多万公顷,对矿区进行土地复垦是缓解土地资源紧缺的有效途径。客土法进行矿区土地复垦可以高效利用矿山开采产生的废石、固体废弃物,因而在国内外广泛应用。在复垦矿区,客土法将富含养分的细粒土与矿区废石混合用于作物种植,客土引入不同数量与质量的土壤有机质,造成矿区复垦土壤碳循环变化。探究矿区废石混合土碳排放特征及其演变归因,有助于监测矿区复垦土壤碳平衡,并为提高复垦土壤质量提供科学依据。本研究以铁矿废石与细粒土按不同比例均匀混合的铁矿废石混合土为研究对象,设置地块试验。混合土中铁矿废石与细粒土的体积比分别为T1(1:1)、T2(1:2)、T3(1:4)和T4(0:1)。铁矿废石混合土的碳排放监测自2019年1月至2019年12月,从日动态和季节动态两个时间尺度明确其动态变化特征,并揭示混合土温湿度、化学性质及酶活性的动态变化,探究铁矿废石混合土质量演变特征及碳排放的驱动因子,主要研究结果如下:(1)铁矿废石混合土碳排放在4月和7月日变化幅度较大,10月和12月变化幅度较小,呈自8:00至12:00逐渐升高,后迅速降低的单峰曲线;最高值出现在中午12:00~14:00,T1~T4 处理碳排放最高值分别为 5.41、6.40、4.81和11.95μmol·m-2·s-1,最低值出现在凌晨4:00~6:00,T1~T4处理混合土碳排放分别为-0.84、-0.40、-0.09和1.28μmol·m-2·s-1,当混合土温度较低时,碳排放出现碳汇现象;整体表现为T1、T2、T3处理混合土碳排放显著小于T4处理,随细粒土比例增大,混合土碳排放有增强趋势。(2)在不同比例铁矿废石与细粒土处理下,混合土碳排放表现明显季节变化特征,有夏季最高冬季最低;各处理碳排放最高值均出现在夏季(7月),T4处理比T1、T2、T3处理碳排放分别高57.38%、49.34%和59.68%,最低值均出现在冬季(1月),T1~T4处理混合土碳排放在0.09~0.36μmol·m2·s-1之间,各处理间碳排放仅在7~9月差异显著,呈现 T4(0:1)>T2(1:2)>T3(1:4)>T1(1:1)。(3)铁矿废石混合土有效磷、全氮、有机碳含量和过氧化氢酶、蔗糖酶活性随细粒土比例的增多呈逐渐上升的趋势,T1、T2、T3处理比T4处理最大减幅分别为79.01%、60.19%、55.60%、54.22%和 66.89%;混合土 pH 随细粒土比例增多呈逐渐降低的趋势,T1、T2和T3处理比T4处理最大减幅为5.03%;混合土脲酶活性T1、T2和T3处理无差异,酶活性在0.70~1.63mg.(g.d)-1之间,T4处理脲酶活性在4.05~4.90 mg.(g.d)-1之间;混合土温湿度、速效钾含量和碱性磷酸酶活性无显著差异。(4)铁矿废石混合土碳排放的相关性和主成分分析表明,混合土碳排放关键影响因子有混合土温度、碳氮比、有机碳含量和蔗糖酶活性。综上,T1、T2、T3处理铁矿废石混合土碳排放显著低于T4处理,随细粒土比例增大混合土碳排放有逐渐增强的趋势;添加细粒土可改善混合土化学性质、提高酶活性;混合土温度、碳氮比、有机碳含量、脲酶和蔗糖酶活性是影响混合土碳排放的关键影响因子;开展铁矿废石混合土碳排放动态变化特征及影响因素研究,可为研究区合理利用尾矿资源,对土地进行生态恢复,践行低碳减排提供理论和实践指导。
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