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在煤矿复垦区，施肥对土壤微生物碳利用效率（CUE）影响不明。研究人员开展长期试验，发现 NPK 和 NPKM 施肥显著降低 CUE、延长微生物生物量周转时间。该研究为复垦土壤有机碳固存提供理论依据。
煤炭，作为能源领域的 “黑色黄金”，长期以来在全球能源供应中占据着举足轻重的地位。中国，作为世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭在其能源结构中所占比例超过 70%。但煤炭开采带来的生态问题不容小觑。在广袤的矿区，因煤炭开采导致的土地塌陷随处可见，大量原本肥沃的耕地沦为荒芜之地，生态系统遭到严重破坏。山西，这个煤炭大省，就深受其害，大面积的采空区致使大量农林用地受损，人均耕地资源紧张的问题愈发突出。
为了缓解煤炭开采与土地保护之间的尖锐矛盾，土地复垦成为关键举措。然而，复垦后的土壤肥力差、结构不佳，尤其是土壤有机碳（SOC）含量低，严重制约着土地的可持续利用。施肥，作为一种经济且快速的改良手段，被寄予厚望。但施肥对复垦土壤有机碳固存的影响究竟如何，却迷雾重重。
土壤微生物在土壤有机碳的转化和稳定过程中扮演着至关重要的角色。微生物碳利用效率（CUE），作为衡量微生物对土壤有机碳影响的关键指标，反映了微生物生长所需有机碳与吸收总碳的比例。它就像一把钥匙，能开启土壤有机碳固存的奥秘之门。可在煤矿复垦这种典型的低肥力土壤中，微生物 CUE 的情况却鲜为人知。不同的施肥方式对微生物 CUE 的影响也充满争议，有的研究表明施肥能提高 CUE，有的却发现施肥会降低 CUE，背后的微生物机制更是错综复杂。
为了揭开这些谜团，来自国内的研究人员展开了一项长期试验。他们在山西襄垣县选定研究区域，这里属于温暖温带大陆性季风气候，土壤类型主要为粉质壤土。试验设置了 4 种处理：正常农田（NL）、不施肥（NF）、平衡矿物 NPK 施肥（NPK）、NPK 加有机肥（NPKM），持续观察 15 年。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，对土壤样本进行采集和处理，测定微生物 CUE 和周转时间。通过磷脂脂肪酸（PLFA）分析，来了解微生物群落组成。运用随机森林模型（RFM）和偏最小二乘法路径模型（PLS-PM），分析影响微生物 CUE 的主要因素及它们之间的关系。
研究结果显示：
- 微生物 CUE 和周转时间：4 种处理下微生物 CUE 在 0.14 - 0.27 之间，数值普遍较低。NPK、NPKM 和 NL 处理的土壤微生物 CUE 明显低于 NF 处理，且 NPK 和 NPKM 处理使微生物生物量周转时间显著延长。这表明施肥改变了微生物的生长和代谢模式，让微生物生长变得更加缓慢，更多的碳用于呼吸消耗，而非生长积累。
- 施肥对微生物 CUE 和周转时间的影响：正如研究人员所假设的，单独施用矿物肥料或与有机肥结合施用，都会降低煤矿复垦土壤中的微生物 CUE。这是因为施肥增加了土壤碳氮养分和微生物群落组成，使更多的有机碳分配到微生物呼吸中。就好比给微生物提供了过多的 “食物”，它们就会 “暴饮暴食”，更多地进行呼吸作用来消耗能量，而不是用于自身生长和繁殖。
- 土壤性质和微生物群落组成的变化：NPK 和 NPKM 处理显著提高了土壤颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）的含量，同时增加了革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、好氧菌等细菌类群的 PLFA 浓度，不过只有 NPKM 处理的真菌 PLFA 浓度与正常农田相当。这说明施肥改变了土壤的 “生态环境”，让细菌类群更加丰富，但真菌的生长受到不同程度的影响。
- 微生物 CUE 与土壤性质和微生物参数的相关性：微生物 CUE 与土壤 pH、微生物生物量碳氮比（MBC/MBN）呈显著正相关，与土壤有机碳（SOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、有效氮（AN）、有效磷（AP）、有效钾（AK）、微生物生物量碳（MBC）、微生物 PLFA 呈显著负相关，还与呼吸商（qCO?）呈负相关。这表明土壤的 “营养状况” 和微生物自身的 “组成结构” 对微生物 CUE 有着复杂的影响。
- 影响微生物 CUE 的主要因素：RFM 模型确定 MAOC、好氧菌、MBN、TN、MBC/MBN、革兰氏阳性菌（G?）和 SOC 是影响微生物 CUE 的主要因素。PLS-PM 模型则表明施肥通过改善土壤性质增强微生物呼吸，最终降低微生物 CUE。这就像是给土壤 “施肥” 这个行为，通过一系列连锁反应，最终影响了微生物利用碳的效率。
研究结论表明，长期施用 NPK 或 NPKM 会通过增强土壤性质和微生物呼吸，降低煤矿复垦区土壤微生物 CUE，延长微生物生物量周转时间。这一研究为煤矿复垦区土壤有机碳固存提供了重要的理论依据，让人们更加清楚地认识到施肥对复垦土壤生态系统的影响，为合理施肥、提高复垦土壤质量、促进土地可持续利用指明了方向。它就像一盏明灯，在煤炭开采与土地复垦的复杂迷宫中，为科研人员和土地管理者照亮了前行的道路，帮助他们更好地平衡煤炭开发与生态保护之间的关系，守护我们的绿色家园。
