不同耕作方式对矿区复垦耕地的碳库时间效应和耕地生产力的影响

对采矿破坏土地进行复垦并探究科学的田间管理方式对于缓解人地矛盾、迅速提高复垦耕地生产力具有重要的意义。基于煤矿区复垦耕地长期定位试验,通过对比不同耕作措施下土壤总有机碳(SOC)、活性有机碳(AOC)含量、碳库管理指数(I_(CPM))和产量变化,探索有助于复垦土壤质量迅速提升的耕作模式。在小麦播种前设置免耕(NT)、浅耕(ST)、深耕(DT)、深耕-浅耕交替轮耕(DST)共4个耕作处理。结果表明:(1)不同耕作措施通过影响固碳速率(R_(CS))而对SOC积累有不同的影响。与NT相比,DT有助于复垦前期迅速提高各土层SOC和AOC含量,DST有助于复垦后期各土层保持较高的SOC和AOC含量。ST有助于表层SOC和AOC积累,对深层土壤SOC和AOC的影响小于DT和DST。(2)不同耕作措施对有机碳层化比(R_(S))有不同的影响。在复垦前期,ST、DT和DST处理的R_(S)都显著高于NT。但到复垦后期NT和ST保持较高的R_(S),DT和DST的R_(S)显著降低。(3)不同耕作措施通过影响SOC和AOC积累而影响各土层的碳库指数(I_(CP))和碳库活度指数(I_(A)),从而影响其I_(CPM)。复垦8a后,ST、DT和DST处理各土层的I_(CP)、I_(A)和I_(CPM)均大于NT。DST积累了最高的SOC和AOC,因此其I_(CP)、I_(A)和I_(CPM)为最高。DT由于长期过度翻耕促进了SOC的矿化分解,导致其I_(CP)、I_(A)和I_(CPM)低于DST。ST虽可提高表层SOC和I_(CP),但其I_(A)低于DT和DST,导致其I_(CPM)也较低。(4)不同耕作方式通过影响土壤固碳也影响了作物生产。在复垦前期,ST、DT和DST的增产率和产量均大于NT,DT有最高的产量和增产率,而到复垦后期,DST的产量和增产率最高。相关分析表明,在复垦前期DT通过迅速提高各土层SOC含量有助于产量提高,而到后期,DST则通过提高整个土层的SOC、AOC含量和降低SR有助于作物高产。总之,基于土壤固碳和作物生产能力,在复垦早期宜采用DT措施,到复垦后期DST则是更好耕作方式,而NT和ST不利于复垦耕地的土壤碳固存和产量的快速提升。