文章荐读-Science of The Total Environment-土地复垦对采煤塌陷区土壤有机碳及其组分的影响

文摘   2024-08-14 09:01   上海  


文章荐读

Song等人(2024)在Science of The Total Environment上发表论文"Effects of land reclamation on soil organic carbon and its components in reclaimed coal mining subsidence areas"。

文章简介

土壤有机碳(SOC)的积累对于复垦矿山土壤(RMSs)的开发和生态系统功能恢复至关重要。为了优化复垦管理实践,本研究旨在使用复杂网络理论(CNT)从系统的角度探索影响RMSs中SOC及其成分恢复的因素和潜在机制。本研究主要关注中国东部矿区的煤矿开采沉陷区,比较了复垦耕地和周围未沉陷耕地。在0 - 20 cm、20 - 40 cm和40 - 60 cm的深度采集了土壤样本,并测量了25个土壤指标。碳纳米管被应用于探索土壤指标之间的复杂关系,并确定影响土壤有机碳及其组分的关键因素和潜在机制。结果表明,在复垦过程中,压实引起的土壤结构破坏导致了连锁反应,导致土壤容重增加(11.92%至15.03%),土壤颗粒变细(粘土和粉土增加5.00%至9.88%),SOC矿化增强(SOC降低了10.70%至15.62%,C/N比降低了2.30%至28.55%)。微生物活性也下降,MBC下降6.25%至13.16%,酶活性下降0.91%至27.68%。在这个连锁反应过程中,适应性更强的细菌群落对活性SOC组分的利用至关重要。土壤结构在RMSs生态系统中的中介作用,特别是在碳循环中,变得更加突出。RMSs对土壤结构变化表现出更高的敏感性,微生物和酶对土壤结构改变的反应是关键。在RMSs的碳循环过程中,微生物驱动的酶活性在SOC转化过程中对土壤结构的反应更为关键,而铁铝氧化物介导的物理化学保护和微生物抑制在稳定SOC方面的作用变得更加明显

研究目的

分析复垦后土壤有机碳及其成分以及其他相关土壤性质的变化;

探索RMSs中SOC与其组成部分之间独特而复杂的网络关系,以及其他土壤特性;

从系统的角度研究影响RMSs中SOC及其组分储存的关键因素和潜在机制。

研究结果

图1 研究区域位置的示意图

图2 0 - 20 cm、20 - 40 cm和40 - 60 cm深度不同处理的土壤有机碳(SOC,a)、矿物相关有机碳(MOC,b)、易氧化有机碳(EOC,c)、颗粒有机碳(POC,d)、溶解有机碳(DOC,e)和微生物生物量碳(MBC,f)

图3 不同深度RMSs和非沉降耕作土壤(NCSs)的CN1(由25个土壤指标节点及其各自的边缘组成的复杂网络)结构图

图4 不同深度RMSs和NCSs中CN1中每个土壤指标节点的拓扑参数

图5 CN1、CN2(通过去除CN1中连接SOC及其组分的边缘而获得的复杂网络)和CN3(通过从CN1中移除SOC及其组分节点以获得的复杂网络)的RMSs和NCSs在不同深度的网络节点参数增加

主要结论

复垦八年后,RMS仍表现出土壤容重增加、土壤粒径变细、有机碳矿化增强、微生物活性减弱等特征。复垦过程中压实引发的连锁反应仍然是导致这些问题的重要因素,适应性更强的细菌群落对活性有机碳组分的利用在这个连锁反应过程中至关重要。

RMS生产力的提高应被视为一个渐进的发展过程,在这个过程中,人工重建的土壤从高度压实和退化的状态成熟。在RMS的成熟过程中,土壤结构在土壤生态系统中的中介作用尤为明显,特别是在碳循环过程中。RMS对土壤结构的变化表现出更高的敏感性,微生物和酶对土壤结构变化的反应成为关键环节。在RMS的碳循环过程中,微生物驱动的酶活性在SOC转化过程中对土壤结构的反应更为关键,而铁铝氧化物介导的物理化学保护和微生物抑制在稳定SOC方面的作用变得更加明显。

文章来源:Song W, Li J, Li X, et al. Effects of land reclamation on soil organic carbon and its components in reclaimed coal mining subsidence areas. Science of The Total Environment, 2024, 908: 168523.

文字:孙赫晨

排版:孙赫晨


两瓣星球
华东师范大学地理科学学院王东启教授课题组,致力于探究人类活动和全球气候变化共同作用下自然生态系统的生物地球化学过程及其影响。
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