黄土露天矿区不同复垦年限重构土壤微生物数量差异及其影响因素分析

第34卷 第11期2020年11月
Vol.34 No.11
Nov.,2020中国土地科学
China Land Science
1 引言
煤炭开采为社会经济发展提供了保障，但破坏了区域内的生态环境，造成土壤损毁、植被破坏等生态退化问题的产生[1]。

土壤微生物是复杂的土壤生态系统极其重要的组成成分之一[2]，是全球生物地球化学循环的重要驱动因子[3-4]，且土壤中微生物的种类繁多，数量巨大，活动强度大，是土壤系统中各种生物化学进程的主要推动者[5]，对维持生态系统功能和服务起着重要作用[3]。

土壤微生物群落结构特征对于土壤环境的变化也十分敏感，能够提前反映土壤理化性质的变化，是土壤质量评价的重要因子[6-8]。

目前，土壤微生物数量作为反映土壤质量变化敏感因子和表征土壤生态系统稳定性的重要参数已经受到了国内外研究学者的广泛重视[9-11]，利用土壤微生物数量等早期预警的生态指标对矿区重构土壤质量变化及其驱动因子探究已有报道，但土壤微生物群落的产生和维持机制尚不完全清楚[12-15]，土壤微生物等相关指标也未得到相应的重视与关注。

已有的相关研究采用单因素方差分析、相关性分析、多元线性回归、主成分分析及高通量测序工具等研究方法，从不同土壤深度、不同植被覆盖类型的角度开展了土壤理化性质、植被覆盖等因素对土壤微生物的影响研究，揭示了土壤理化性质的变化状况及影响微生物的主要驱动因素[16-22]。

其次，国土空间生态修复强调“整体保护、系统修复和综合治理”[23]，但目前针对矿区生物多样性等的研究多集中于地表动植物[24]，对已复垦区域的地下土壤生态系统的评价和监测研究较为薄弱，土地复垦监测的
doi: 10.11994/zgtdkx.20201103.132455
黄土露天矿区不同复垦年限重构土壤微生物数量差异
及其影响因素分析
张振佳1，曹银贵1，2，耿冰瑾1，王舒菲1，郭春燕3，王　翔3，白中科1，2（1.中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京 100083；2.自然资源部土地整治重点实验室，北京
100035；3.山西省生物研究院有限公司，山西 太原 030006）
摘要：研究目的：研究不同复垦年限重构土壤中微生物数量差异及其影响因素，为露天煤矿的土地复垦和生态恢复及管理提供一定的理论依据和指导。

研究方法：野外调查与采样、时空替代、单因素方差分析以及冗余分析。

研究结果：（1）0～10 cm土层，复垦27年的样地R-27a土壤细菌、真菌和放线菌数量分别达到原地貌3类土壤微生物数量的68.23%、68.81%和70.08%；10～20 cm土层，样地R-27a的3类土壤微生物分别达到原地貌3类土壤微生物数量的
70.41%、70.94%和72.07%。

不同复垦年限重构土壤0～10 cm和10～20 cm土层的3类土壤微生物数量与原地貌小叶杨
林地仍存在显著性差异。

（2）通过冗余分析对0～10 cm和10～20 cm土层土壤微生物影响因素分析可得，不同复垦年限样地的重构土壤微生物的受到土壤理化性质影响极大，对0～10 cm和10～20 cm表层重构土壤微生物数量影响最大的土壤物理性质是土壤容重和土壤砾石含量；对表层重构土壤微生物数量影响最大的土壤化学性质是土壤有机质和土壤速效钾。

研究结论：从土壤微生物数量的视角来研究矿区重构土壤生态系统的恢复状况，可为矿区生态系统功能恢复提供实践支撑。

关键词：土地复垦；重构土壤；土壤理化性质；土壤微生物；冗余分析
中图分类号：F301.2 文献标志码：A 文章编号：1001-8158（2020）11-0103-10
收稿日期：2020-08-18；修稿日期：2020-09-20
基金项目：国家自然科学基金（U1810107，41701607）；国家重点研发计划项目子课题（2016YFC0501105-2）；中央高校基本科研业务费项目（2-9-2018-025，2-9-2019-307）。

第一作者：张振佳（1995-），男，河南鹤壁人，硕士研究生。

主要研究方向为土地复垦与生态恢复等。

E-mail:*****************
通讯作者：曹银贵（1982-），男，湖南常德人，博士，教授，博士生导师。

主要研究方向为土地利用与生态恢复等。

E-mail:*********************
中国土地科学 2020年11月 第11期104
指标也鲜有涉及土壤微生物等指标，开展土壤微生物
的相关理论基础研究能够为制定更加全面科学的土
地复垦监测指标提供一定的借鉴意义，也是实现矿区
土地复垦生态、经济和社会效益的协调统一的重要基
础[25]。

土壤作为生态系统能够维持和发挥相应功能
的重要载体，利用土壤微生物数量的变化状况在一定
程度上能够从生态学的角度反映矿区重建生态系统
的变化过程[26]， 尝试开展矿区复垦地表层土壤微生物
的时空动态变化及其关键影响因素的研究，能够为促
进复垦地重构土壤质量提升提供一定的理论依据。

综上，针对矿区重构土壤微生物数量特征及其影响因
素的研究相对不足，导致对矿区重构土壤生态恢复的
认识不够全面，研究不同复垦年限土壤理化性质对微
生物数量的影响有助于深入了解重构土壤微生物的
变化和响应机制，对增强和提高矿区重构生态系统的
长期稳定性具有重要意义。

本文以中煤平朔矿区已复垦的排土场为研究对
象，采用野外调查与采样、时空替代、单因素方差分析以及冗余分析的方法，分析土壤微生物数量与所选土壤理化性质之间的关系，厘清矿区复垦地表层重构土壤理化性质和土壤微生物数量的差异及其变化的影响因素，以期为构建土壤质量和土壤微生物等生态监测指标提供理论基础，同时为矿区生态系统功能恢复提供实践支撑。

2 材料与方法
2.1 研究区概况
中煤平朔矿区地处黄土高原晋陕蒙接壤的黑三角地带，属山西省朔州市，煤炭储量丰富[27]，矿区开采导致土地利用景观格局朝着复杂化和多样化发展[28]。

平朔矿区属温带半干旱大陆性季风气候，土壤侵蚀严重，降水较少且时间上分布不均，是典型的生态脆弱区[29]。

土壤类型主要为黄绵土和栗钙土，土壤pH 呈碱性。

平朔露天煤矿的开采造成了区域内严重的土壤损毁等生态环境恶化问题，矿区采取“开采—排弃—复垦”一条龙的作业技术来实现矿区边开发边保护的发展模式。

本文选取7个不同复垦年限的排土场为研究对象（图1），东露天排土场是排土完毕未进行复垦的样地，南排、西排、安家岭、西排扩大区、南寺沟和内排为已复垦地，分别于1992年、1994年、2003年、2004年、2012年和2013年开展了土地复垦与生态重建。

2.2 土壤样品采集
通过中煤平朔矿区实地调查并向专家咨询了解排土场复垦年限，采用时空替代法， 2019年7月在平朔矿区的东露天、内排、南寺沟、西扩、安家岭、西排、南排的7个排土场和非矿区北部的原地貌小叶杨林地布设样地并采集土壤剖面，且各样地复垦后土壤本身没有受到扰动影响。

设置乔木样方10 m×10 m，草本样方1 m×1 m，每个样地挖取3个土壤剖面，采样深度为60 cm，每10 cm分层采集土壤样品。

此次研究共选择了8个样地、24个剖面0～10 cm、10～20 cm的土壤样品，采集样品完毕后带回实验室并进行土壤理化性质和土壤微生物数量及酶活性的测定。

样地R-6a、R-7a、R-15a、R-16a、R-25a、R-27a、OL和R-0a分别对应复垦时间6年、7年、15年、16年、25年、27年以及原地貌和未复垦地（表1），对应图1中的 S3、S6、S1、S5、S2、S4、S8和S7。

2.3 采集样品测定
2.3.1　土壤理化性质测定
土壤容重用环刀法测定，土壤田间持水量利用烘干法进行测定，土壤质地采用简易比重计法测定，土壤pH值通过测定仪测定，土壤有机质采用高锰酸钾氧化法测定，土壤全氮采用凯氏法测定，土壤有效氮采用碱解法测定，土壤有效磷采用碳酸氰钠浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用醋酸铵浸提-原子吸收光谱法测定。

图1　研究样地分布图
Fig.1　
Distribution of the study samples
105张振佳等：黄土露天矿区不同复垦年限重构土壤微生物数量差异及其影响因素分析
2.3.2　土壤微生物数量及酶活性测定
土壤微生物主要类群数量的测定采用稀释涂布平板法测定。

土壤细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基，土壤真菌采用孟加拉红培养基，土壤放线菌采用高氏一号培养基。

土壤蔗糖酶活性采用采用3-氨基-5-硝基水杨酸比色法测定，土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法测定，土壤磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠方法，土壤样品数据均由山西省生物研究院有限公司完成测定。

2.4 数据统计分析
本文数据均使用 Excel 软件进行统计整理， SPSS 25.0软件进行处理分析，Origin 2020进行图像绘制。

在SPSS中采用最小显著差数法进行单因素方差分析各样地土壤微生物之间的显著性差异。

利用Canoco 5.0软件，通过RDA分析所选土壤理化性质指标和3类土壤微生物数量之间的关系。

对于冗余分析，使用蒙特卡洛检验来检验微生物数量与每个土壤理化性质变量之间的相关性，只有通过蒙特卡洛检验（P＜0.05）才能保留排序图进行进一步分析。

3 结果与分析
3.1 不同复垦样地土壤理化性质的基本统计特征
以不同复垦年限研究样地的土壤实测理化性质数据为基础进行描述性统计分析，不同研究样地在经过多年的土地复垦工作后，其土壤理化性质均得到较大改善，为土壤微生物的生存提供了良好环境。

不同复垦年限的研究样地0～10 cm和10～20 cm土层的土壤理化性质基本统计特征如表2。

最大值和最小值和可以反映因子数值的变化范围，极差和标准差可以反应各因子数据的离散程度。

综合分析得，在0～10 cm 和10～20 cm土层均表现为土壤田间持水量、土壤粘粒含量、土壤砾石含量、土壤有机质、土壤有效氮和土壤速效钾数值的极差明显较大，数据的离散程度相对较大；土壤容重、土壤pH值和土壤有效磷的数值极差较小，数据离散程度也相对较小；变异系数是衡量个观测值变异程度的一个统计量，表2结果显示各样地的0～10 cm和10～20 cm土层中，土壤容重和土壤pH 值为弱变异程度；土壤田间持水量、土壤粘粒含量、土壤有机质、土壤有效氮、土壤有效磷和土壤速效钾均为中等变异，土壤砾石含量和土壤全氮呈现强变异性。

综上所述并结合偏态系数分析发现，总体上研究区内土壤各理化性质的变化和差异较大，其数值分布多为离散型，即研究区内的经过不同年限的复垦，不同样地之间的重构土壤理化性质存在较大差异性。

3.2 不同复垦年限微生物数量及酶活性的差异
不同样地的细菌、真菌和放线菌数量差异性分析如图2。

在0～10 cm土层，复垦时间为6年的样地R-6a的土壤细菌、真菌和放线菌数量分别达到114.500 0×105cfu⋅g-1、0.079 0×105cfu·g-1和 0.683 7×105 cfu·g-1，相较未复垦样地R-0a增幅分别达118.65%、113.51%和102.46%，显著高于除原地貌样地之外的其他复垦样地的3类微生物数量；样地R-7a的3类微生物数量含量与样地R-27a的各类微生物数量相当，与其余不同复垦年限的样地存在显著差异性；而样地R-0a细菌、真菌和放线菌数量最少，分别为52.366 7×105 cfu·g-1、0.037 0×105 cfu·g-1和 0.337 7×105 cfu·g-1，显著低于其他研究样地的3类土壤微生物数量；此外，各研究样地的3类土壤微生物数量的均值由高到低依次为样地OL＞样地R-6a＞样
表1　土壤剖面采集样地基本信息表
Tab.1　Basic information of soil profile collection site 编号剖面编号样地位置植被配置状况复垦年限/年
R-0a S7-1
东露天
外排土场排土完
毕未复垦
S7-20 S7-3
R-6a S3-1
内排
刺槐、小叶杨、卫
矛、苜蓿等
S3-26 S3-3
S6-1
南寺沟小叶杨
R-7a S6-27 S6-3
S1-1
西排扩大区苜蓿
R-15a S1-215 S1-3
S5-1
安家岭荒草
R-16a S5-216 S5-3
S2-1
西排刺槐、青杄、白杄、油松、旱柳、榆树
R-25a S2-225 S2-3
S4-1
南排刺槐、榆树、油松等
R-27a S4-227 S4-3
S8-1
矿区未采区小叶杨
OL S8-2原地貌S8-3
中国土地科学 2020年11月 第11期106
地R-7a＞样地R-27a＞样地R-25a＞样地R-16a＞样地R-15a＞样地R-0a，各个样地各类微生物数量之间存在显著差异性状况；样地R-27a为复垦27年的南排土场，复垦27年后土壤细菌、真菌和放线菌数量分别达到92.400 0×105 cfu·g-1、0.064 1×105 cfu·g-1 和0.560 7×105cfu·g-1，相比未复垦样地R-0a的细菌、真菌和放线菌数量分别增加了76.45%、73.00%和66.04%，分别达到原地貌3类土壤微生物的68.23%、68.81%和70.08%，且仍显著低于原地貌3类土壤微生物数量。

在10～20 cm土层，各研究样地的3类土壤微生物数量的均值由高到低为样地OL＞样地R-6a＞样地R-7a＞样地R-27a＞样地R-25a＞样地R-16a＞样地R-15a＞样地R-0a，各个样地各类微生物数量之间存在显著差异性状况；样地R-6a的3类微生物数量显著高于其他复垦年限样地的3类微生物数量，细菌、真菌和放线菌数量分别达到120.400 0×105 cfu·g-1、0.083 0×105 cfu·g-1和 0.716 7×105 cfu·g-1，相对于为复垦样地R-0a增幅分别达134.27%、125.66%和113.72%，样地R-6a是内排土场，经过6年复垦后，复垦地重构土壤表层的3类微生物数量增加显著，但仍显著低于原地貌3类土壤微生物数量。

在10～20 cm土层，样地R-27a的土壤细菌、真菌和放线菌数量达到96.933 3×105 cfu·g-1、0.067 1×105 cfu·g-1和0.585 7×105 cfu·g-1，分别达到原地貌3类土壤微生物70.41%、70.94%和72.07%。

复垦27年后的样地R-27a的3类土壤微生物数量仍显著低于原地貌的小叶杨林地。

整体来看，在0～10 cm和10～20 cm土层的3类微生物数量呈现随复垦时间的变化趋势为先增长，后降低，而后又随着复垦年限的增长不断增加的变化特点。

不同研究样地之间的3类土壤酶活性差异及变化情况如图3所示。

在0～10 cm和10～20 cm土层中，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性均呈现随复垦时间的变化趋势为先增长，随后逐渐降低，而后又随着复垦年限增加而不断增长的变化特点。

在0～10 cm土层，未受扰动的原地貌小叶杨林的3类土壤酶活性最高，蔗糖酶、
表2　研究样地的土壤理化性质描述性统计（N=24）
Tab.2　Descriptive statistics of soil physical and chemical properties of the sample plots (N=24)
土层深度土壤性质最大值最小值极差平均值标准差变异系数偏态系数
0～10 cm 容重/（g·cm-3） 1.72 1.200.52 1.440.139.090.12田间持水量/%16.87 5.1411.7211.95 3.2026.77-0.21 pH值8.527.740.788.100.19 2.280.12砾石含量/（g/100 g）16.070.0016.07 2.04 4.10201.54 2.29粘粒/%52.0510.5541.5027.6310.3037.260.34全氮/%0.290.000.290.060.08120.27 2.33有机质/（g·kg-1）20.66 1.7618.908.02 4.1852.07 1.07有效氮/（mg·kg-1）84.09 6.8977.2032.4417.0652.58 1.07有效磷/（mg·kg-1） 5.110.51 4.60 2.04 1.0249.96 1.07速效钾/（mg·kg-1）249.2033.41215.79125.9754.2843.090.41
10～20 cm 容重/（g·cm-3） 1.68 1.300.38 1.500.09 5.970.09田间持水量/%14.997.087.9110.84 2.0518.930.24 pH值8.487.890.598.170.15 1.870.24砾石含量/（g/100 g）52.430.0052.43 4.1110.81262.80 4.00粘粒/%64.7812.0052.7829.4512.6442.91 1.14全氮/%0.100.000.090.020.02103.19 2.06有机质/（g·kg-1）14.27 1.1813.10 4.47 3.3374.65 2.04有效氮/（mg·kg-1）57.99 4.4953.5017.9213.6275.97 2.04有效磷/（mg·kg-1） 3.560.04 3.19 1.170.8169.38 2.04速效钾/（mg·kg-1）133.0517.30115.7581.3929.1335.790.50
注：依据经典统计学对变异系数等级划分，当CV≤10%，属于弱变异性；当10%＜CV＜100%，属于中等变异性；当CV≥100%，属于强变异性。

偏态系数的绝对数值越小，表示数据偏倚的程度越小；偏态系数的绝对数值越大，表示数据偏倚的程度越大。

此处土壤砾石含量代表着每100 g土壤样品的砾石含量；此处粘粒含量指50 g风干土壤样品中小于0.01 mm土粒的含量所占土壤样品的百分比。

107
张振佳等：黄土露天矿区不同复垦年限重构土壤微生物数量差异及其影响因素分析脲酶和磷酸酶活性分别达到0.970 0 mg ·（100 g ·h ）-1
、 3.156 7 mg ·（100 g ·h ）-1 和0.720 0 mg ·（100 g ·h ）-1
；
其次是样地R-6a 的3类土壤酶活性最高，蔗糖酶、脲
酶和磷酸酶活性分别达到1.056 7 mg ·（100 g ·h ）-1
、 3.380 0 mg ·（100 g ·h ）-1和0.770 0 mg ·（100 g ·h ）-1
，显
著高于除原地貌样地之外的其他复垦样地的3类酶活性；样地R-0a 的3类土壤酶活性均最小，且与样地R-15a 的3类土壤酶活性差异性均不显著，且显著低于其他研究样地的3类土壤酶活性，其蔗糖酶，脲酶
和磷酸酶活性仅为0.810 0 mg ·（100 g ·h ）-1
、2.740 0 mg · （100 g ·h ）-1和0.633 3 mg ·（100 g ·h ）-1。

在10～20 cm土
层中，不同研究样地之间各类土壤酶活性的差异性状况与0～10 cm 土层相同，仍是未经扰动的原地貌小叶杨林的3类土壤酶活性最大，样地R-0a 的3类土壤酶活性最低。

3.3 土壤微生物与土壤理化性质的关系分析
对7个不同数量复垦年限样地的土壤微生物数量
和土壤理化性质进行RDA冗余分析，得到0～10 cm和10～20 cm 土层的排序图（图4）。

排序图中的排序轴是参与分析的环境变量的多元多重回归组合，能够集中体现解释变量对响应变量的影响。

排序图中带有箭头的线段，蓝色代表3类土壤微生物的数量、红色代表各土壤理化性质指标；土壤理化性质线段长度代表其对微生物影响程度的大小，线段越长其影响越大；土壤理化性质线段和3类土壤微生物线段夹角的余弦值在数值上等于相关系数，夹角越小，相关性越大。

分析结果显示，在0～10 cm 土层，3类土壤微生物数量分布在第一轴和第二轴累计解释变量分别达到66.34%和66.37%，且通过蒙特卡洛检验（p =0.038＜0.05），土壤微生物数量和土壤理化性质冗余分析结果（图4（a ））显示3类土壤微生物分布在排序轴右侧，3类土壤微生物数量均与土壤理化性质表现出一致的相关性规律，与土壤容重呈显著负相关关系，与土壤田间持水量、土壤砾石含量和土壤全氮
图2　不同样地0 ~ 10 cm 和10 ~ 20 cm 土层的 3类土壤微生物数量
Fig.2　The number of three types of soil microorganisms in different soil layers of 0 ~ 10 cm and 10 ~ 20 cm
注：图中不同样地的土壤微生物数量为均值±标准差，柱状图上方不同字母表示不同样地之间差异性显著，p ＜0.05，
下同。

中国土地科学 2020年11月 第11期
108图3　不同复垦年限样地0 ~ 10 cm 和10 ~ 20 cm 土层的3类土壤酶活性
Fig.3　
Activity of soil enzymes in soil layers 0 ~ 10 cm and 10 ~ 20 cm in different years of reclamation
图4　0 ~ 10 cm 和10 ~ 20 cm 土壤理化性质和土壤微生物数量的RDA 排序图
Fig.4　RDA sequence diagram of soil physical and chemical properties and soil microbial population in
0 ~ 10 cm and 10 ~ 20 cm soils
含量呈正相关关系，与土壤pH 值、土壤粘粒、土壤有机质呈负相关关系，与土壤速效钾呈极显著正相关关系；分析结果显示在0～10 cm 土层对3类微生物数量
影响较大的土壤理化性质是土壤容重、土壤粘粒、土壤砾石含量以及土壤有机质和土壤速效钾。

在10～20 cm 土层，3
类土壤微生物数量分布
109张振佳等：黄土露天矿区不同复垦年限重构土壤微生物数量差异及其影响因素分析
在第一轴和第二轴的累计解释变量达到86.47%和86.49%，并且通过蒙特卡洛检验（p=0.01＜0.05），表示3类土壤微生物数量与土壤理化性质存在显著相关关系；3类土壤微生物数量和土壤理化性质冗余分析结果（图4（b））显示，3类土壤微生物分布在排序轴的右侧且3类土壤微生物与土壤理化性质的相关性规律相一致；3类土壤微生物数量与土壤容重呈极显著负相关关系，与土壤田间持水量和土壤速效钾呈显著正相关，与土壤粘粒、土壤pH值表现为负相关关系，和土壤砾石含量、土壤全氮、土壤有机质均呈现正相关关系；分析结果表明在10～20 cm土层对3类微生物数量影响较大的土壤理化性质是土壤容重、土壤砾石含量、土壤全氮、土壤有机质和土壤速效钾。

4 讨论
4.1 土壤理化性质对土壤微生物数量的影响
本文研究结果表明，所有研究样地中细菌数量在3类土壤微生物数量中最多，复垦地重构土壤的3类微生物数量状况受到土壤pH的显著影响，而样地土壤理化性质实测数据表明研究区域的土壤呈现碱性，细菌和放线菌能够适应碱性的土壤条件，在一定程度上造成了3类微生物数量的分布特征，这与王理德等[30]的研究结果相同。

从不同复垦年限的变化规律来看，在0～10 cm和10～20 cm土层细菌、真菌和放线菌数量随复垦时间的变化趋势为先增长后降低，而后又随着复垦年限增长不断增加；此研究结果与于亚军[15]、KUMAR[17]的研究结论存在一定的差异性，这是因为土壤微生物与其所处土壤理化性质的变化密切相关，研究区域和所选样地的差异，复垦后期管护措施不同和矿区生态系统的复杂性都是造成研究结果存在差异的重要原因。

于亚军等[15]研究表明土壤理化性质随复垦年限的增加有所改善，不同复垦年限样地的微生物PLFAs浓度和酶活性也随复垦年限的增加均有不同程度的增加，土壤微生物群落对土壤性质变化具有指示作用，能够作为煤矸山复垦土壤质量变化的微生物学指标。

KUMAR等[17]研究了印度地区不同恢复阶段煤矸山的土壤理化性质和微生物特性的变化状况，认为复垦年限是生态恢复过程中土壤理化性质和植被组成变化的重要因素。

土壤是土壤微生物生存和发挥相关功能的重要载体[31]，本文研究表明，不同复垦年限样地的表层土壤（0～20 cm）对土壤微生物数量影响最大的土壤物理性质主要是土壤容重和土壤砾石含量；对表层重构土壤微生物数量影响最大的化学性质主要是土壤有机质和土壤速效钾；复垦样地土壤理化性质对3类微生物的生存与功能发挥具有显著影响，这一结论与SAMANEH[16]、SOHINI[18]、张小玲[20]、荀卫兵[32]等的研究结果相符。

荀卫兵等[32]研究结果显示经多年施用不同肥料后，同种植被类型下的土壤pH值、土壤养分含量、土壤微生物生物量、土壤微生物和微生物多样性会产生显著性差异；而经过8个月的培养，灭菌和接种土壤的微生物生物量与对照土壤相当，认为土壤性质是影响土壤微生物区系的数量的决定性因素。

SAMANEH等[16]开展了伊朗北部森林生态系统中土壤理化性质变量与土壤微生物之间的线性和非线性关系的研究，分析表明土壤有机碳、土壤粒径分布、土壤pH值、土壤电导率和土壤总氮均会对土壤微生物适宜习性有显著影响。

由此可见土壤理化性质对土壤微生物的生存及其功能的发挥具有极其重要的影响。

4.2 土壤微生物数量研究对矿区土地复垦的启示
煤炭开采为社会经济发展提供了保障，但破坏了区域内的生态环境，造成土地损毁、土壤污染、植被破坏等生态退化问题的产生[1]，在进行露天煤矿土地复垦与生态重建时恢复地表植被和生物的同时也要重视地下土壤微生物生态系统的构建，保障土壤微生物的生存环境，进而使其发挥相应的功能来维持其所在生态系统的稳定性。

由于矿区重构土壤的特殊性，单以土壤理化性质评价矿区已复垦排土场重构土壤质量状况的敏感性不够；而短时间内复垦地的植被状况受到了人为因素的严重影响[33]，难以准确反映复垦地重构土壤质量及生态系统的恢复状况。

土壤微生物对土壤环境的变化极为敏感，能够及时地反映复垦地重构土壤的恢复情况，是矿区土地复垦和生态恢复的重要早期指标。

目前已有相关研究通过引入微生物指标对土壤质量进行综合测算和评价，利用微生物相关指标来表征样点的土壤微生态水平，注重实现保护环境和提升土壤质量的双重目标[34]。

因此，开展不同复垦年限下土壤微生物数量变化特征及其影响因素的研究，能够在较短时间内及时准确地掌握复垦地重构土壤的质量变化状况，明晰哪些土壤理化性质能够对土壤微生物造成显著影响，进而揭示土壤微生物和土壤理化性质的关系, 建立和完善土壤质量和土壤微生物等动态监测指标[35]，以便及时采取更加有效措施来提高复垦地的土壤质量，同时为今后的排土工艺的改进提供理论依据，为下一步矿区的植被重建、生物
中国土地科学 2020年11月 第11期110
多样性保护奠定基础，最终实现矿区的可持续发展。

此外，在经过剧烈扰动的大型露天煤矿的复垦地重构土壤开展不同复垦年限样地微生物数量差异性及其影响因素研究，控制变量一致相对比较困难；其次本文采用小样本的实验方法，存在样地样本数量相对较少的缺陷，可能造成本文存在误差。

今后研究应当增加样本数量，开展长期的定位定点监测。

5 结论
从不同研究样地的3类土壤微生物数量的差异性来看，0～10 cm土层，复垦27年的样地R-27a的土壤细菌、真菌和放线菌数量达到92.400 0×105 cfu·g-1、0.064 1×105 cfu·g-1和0.560 7×105 cfu·g-1，分别达到原地貌3类土壤微生物的68.23%、68.81%和70.08%；在10～20 cm土层，样地R-27a的土壤细菌、真菌和放线菌数量达到96.933 3×105 cfu·g-1、0.067 1×105 cfu·g-1和0.585 7×105 cfu·g-1，分别达到原地貌3类土壤微生物70.41%、70.94%和72.07%；2层的土壤微生物数量仍显著低于原地貌样地。

通过对复垦样地的3类土壤微生物数量及其土壤理化性质进行冗余分析，结果表明不同复垦年限研究样地的土壤细菌、真菌和放线菌数量受到土壤理化性质的影响极大，在0～10 cm土层对3类微生物数量影响较大的土壤理化性质是土壤容重、土壤砾石含量、土壤粘粒及土壤有机质和土壤速效钾。

在10～20 cm土层对3类微生物数量影响较大的土壤理化性质是土壤容重、土壤砾石含量、土壤全氮、土壤有机质和土壤速效钾。

综上，矿区土地复垦与生态重建既要恢复地表植被和生物，也要重视地下生态系统的恢复，土壤微生物对于土壤生态系统的稳定及其相关功能的发挥极其重要，提高对土壤微生物等生态指标重视程度，建立全面科学的土地复垦和土壤质量动态监测指标体系，及时掌握复垦土壤质量变化趋势，实现地上和地下生态系统的重建和协调发展，最终实现矿区土地复垦生态、经济和社会效益的高度协调统一。

参考文献（References）：
［1］B IAN Z F, MIAO X X, LEI S G, et al. The challenges of reusing mining and mineral-processing wastes［J］ . Science,
2012, 337(6095): 702 - 703.
［2］C HENG L, ZHANG N F, YUAN M T, et al. Warming enhances old organic carbon decomposition through altering
functional microbial communities［J］ . Isme Journal, 2017,
11(8): 1825 - 1835.
［3］C HEN Q L, DING J, ZHU D, et al. Rare microbial taxa as the major drivers of ecosystem multifunctionality in long-term
fertilized soils［J］. Soil Biology and Biochemistry, 2020, 141.
doi: 10.1016/j.soilbio.2019.107686.
［4］J IA T, GUO T Y, YAO Y S, et al. Seasonal microbial community characteristic and its driving factors in a Copper
Tailings Dam in the Chinese Loess Plateau［J］ . Frontiers in
Microbiology, 2020, 11. doi: 10.3389/fmicb.2020.01574. ［5］姚宝辉，王缠，张倩，等. 甘南高寒草甸退化过程中土壤理化性质和微生物数量动态变化［J］ . 水土保持学报，
2019，33（3）：138 - 145.
［6］C ARAVACA F, ALGUACIL M, FIGUEROA D, et al. Re-establishment of Retama sphaerocarpa as a target species
for reclamation of soil physical and biological properties
in a semi-arid Mediterranean area［J］ . Forest Ecology and
Management, 2003, 182(1 - 3): 49 - 58.
［7］王甜甜，赵伟，王利明，等. 不同土地利用类型土壤微生物群落特征及其影响因素［J］ . 环境污染与防治，2019，
41（9）：1082 - 1087.
［8］P ASCUAL J, GARCIA C, HERNANDEZ T, et al. Soil microbial activity as a biomarker of degradation and
remediation processes［J］ . Soil Biology and Biochemistry,
2000, 32(13): 1877 - 1883.
［9］邱东，程争鸣，张元明，等. 寡营养细菌对古尔班通古特沙漠土壤环境的影响［J］ . 干旱区研究，2012，29（1）：148 -
154.
［10］C AO Y, FU S, ZOU X, et al. Soil microbial community composition under Eucalyptus plantations of different age
in subtropical China［J］ . European Journal of Soil Biology,
2010, 46(2): 128 - 135.
［11］G UO X, CHEN H Y, MENG M, et al. Effects of land use change on the composition of soil microbial communities
in a managed subtropical forest［J］ . Forest Ecology and
Management, 2016, 373: 93 - 99.
［12］张蓉，于亚军. 煤矸山复垦林地和草地土壤微生物多样性和群落组成的差异及其影响因素［J］ . 生态学杂志，
2018，37(6)：1662 - 1668.
［13］KOV B, WO B, PIETRZYKOWSKI M, et al.
Development of soil chemical and microbial properties
in reclaimed and unreclaimed grasslands in heaps after。