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有机物添加和菌根技术的联合修复策略是改善退化土壤的一种有效方法,在矿区土壤复垦研究中受到广泛关注。开展矿区复垦土壤的团聚体和有机碳动态变化的作用机制研究,对于系统分析矿区复垦的改良作用机制和固碳作用具有重要的意义。本文采用野外调查数据采集和现场试验相结合的方法,研究活性污泥添加和丛枝菌根真菌(AMF)接种对矿区基质复垦过程中的作用机制;采用路径模型分析复垦过程中土壤团聚体形成及稳定机制的主要影响因子;利用微根窗技术分析植物根系生长动态及固碳对土壤有机碳(SOC)积累的作用机制。论文研究的主要结论如下:(1)污泥添加和AMF接种对矿区复垦基质的作用机制研究结果表明:以煤矸石F、粉煤灰G和污泥S并接种AMF(+)的矿区复垦基质(FGS+)的理化及生物性质显著优于FG、FG+和FGS基质。对比分析矿区复垦基质与煤矸石和粉煤灰充填的矿区复垦土壤及农田土性质结果表明,矿区复垦基质FGS+在经过6年复垦后,SOC、TN、速效P含量显著提高,蔗糖酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶及脱氢酶活性也显著高于其它土壤。以上结果表明污泥添加和AMF接种可全面改善土壤的质量、促进基质土壤化过程,特别是有利于SOC积累。(2)矿区复垦基质团聚体形成过程及稳定评价研究结果表明:矿区复垦基质FG、FG+、FGS和FGS+在复垦的7年间以<0.25mm团聚体粒径为主,随复垦时间逐年降低;0.25~0.5mm、0.5~2mm和>2mm团聚体粒径比例逐年增加,表明矿区复垦基质的团聚过程为小团聚体逐级形成大的团聚体的过程。矿区复垦基质团聚体稳定性逐年提高。(3)矿区复垦基质团聚体形成主要影响因子研究结果表明:矿区复垦土壤团聚体粒径均与SOC呈显著的一元线性回归关系,表明团聚体与SOC有明显相互作用关系。但只有<0.25mm粒径团聚体与SOC、速效K、脲酶和易提取球囊霉素(EEG)有显著的多元线性回归关系,路径分析结果表明土壤微团聚体的形成对SOC积累有重要贡献,而EEG更多的是通过SOC对团聚体形成产生间接作用。(4)矿区复垦土壤中SOC累积的路径分析模型结果表明:0.5~2mm粒径团聚体、蔗糖酶、碱性磷酸酶、EEG、黑麦草地下生物量和黑麦草根中有机碳与矿区复垦土壤中SOC成显著的多元线性回归关系。SOC累积的路径分析结果表明根系生物量和0.5~2mm粒径团聚体对SOC的总作用最大,蔗糖酶对SOC的直接正作用最大,EEG则主要是通过0.5~2mm粒径团聚体和蔗糖酶对SOC产生间接作用。(5)复垦过程中黑麦草生长及对复垦土壤SOC作用关系研究表明:黑麦草根际与非根际基质SOC组分有显著差异性,表明黑麦草生长过程中的根际效应会显著影响SOC变化。黑麦草根长密度、黑麦草根和地上部分有机碳及TG和EEG与基质中SOC关系比较密切,表明植物生长和GRSP均会在一定程度上影响SOC各组分的变化。