锌冶炼渣场植被恢复过程中土壤有机碳组分动态与微生物驱动机制研究

针对锌冶炼渣场生态修复中土壤有机碳(SOC)积累机制不明的问题，研究人员通过分析Cryptomeria fortunei和Trifolium repens恢复4/6/12年的根际土壤，揭示SOC组分(DOC/MBC/POC/MAOC)在微团聚体的分布规律，发现微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)与残碳对碳库的差异化贡献，解析碳循环功能基因(korA/gltA等)的时序变化特征，为矿区碳汇提升提供微生物生态学依据。

　　

锌冶炼活动在工业发展中不可或缺，但传统冶炼技术造成的环境代价触目惊心。中国贵州西北部曾长期采用土法炼锌，产生的矿渣富含重金属，导致大面积土壤和水体污染。这些废弃地的生态修复迫在眉睫，而植被恢复因其环境友好性和成本优势成为首选策略。然而，高重金属含量和贫瘠的立地条件严重制约植物定植，且学界对植被恢复过程中土壤碳库形成机制，特别是微生物的驱动作用知之甚少。

贵州大学的研究团队选取Cryptomeria fortunei（柳杉）和Trifolium repens（白三叶）两种典型恢复植物，对人工锌冶炼渣场4年、6年、12年恢复样地的根际土壤展开系统研究。通过分析土壤团聚体分级、酶活性检测、磷脂脂肪酸谱图分析、微生物残碳定量及宏基因组测序等技术，首次揭示了矿区植被恢复中"土壤结构-微生物群落-功能基因"的协同演化机制。论文发表在环境管理领域权威期刊《Journal of Environmental Management》。

关键技术包括：土壤湿筛法分离不同粒径团聚体（>2 mm、2-0.25 mm、<0.25 mm）；氯仿熏蒸提取法测定微生物生物量碳(MBC)；气相色谱分析磷脂脂肪酸(PLFAs)表征微生物群落；氨基糖标记法量化微生物残碳；qPCR定量碳循环功能基因（如固碳基因korA、gltA，半纤维素降解基因xylF等）。

【土壤团聚体粒径分布与有机碳含量】
研究发现植被恢复显著改变团聚体组成：柳杉恢复6年样地>2 mm团聚体比例较对照提升21.92%，而恢复12年样地2-0.25 mm团聚体增加17.36%。SOC各组分在微团聚体(<0.25 mm)中富集，其中溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量随恢复年限呈线性增长，12年样地较对照提升2.1-3.8倍。

【微生物群落动态特征】
PLFAs分析显示细菌生物量始终高于真菌，但真菌残碳对微生物总碳的贡献达58.7%-64.3%。2-0.25 mm团聚体富含总PLFAs，而<0.25 mm团聚体截留了72.4%的微生物残碳。白三叶恢复体系下放线菌PLFAs占比显著高于柳杉体系（p<0.05）。

【碳循环功能基因时序变化】
固碳基因korA和gltA在柳杉体系呈"先升后降"趋势，6年达到峰值；而白三叶体系所有功能基因持续衰减。半纤维素降解基因xylH在两种体系均与团聚体碳含量显著正相关（R²

0.76）。

研究结论表明，植被恢复通过"根系-团聚体-微生物"三级作用驱动SOC积累：植物输入促进大团聚体形成，创造微生境容纳微生物；细菌主导前期有机质转化，真菌残碳构成稳定碳库主体；功能基因的时序演变反映碳利用策略从"快速周转"向"稳定储存"转变。该研究为矿区生态修复提供了"植物-土壤-微生物"协同调控的理论框架，特别指出微团聚体是长期碳封存的关键载体，而真菌残碳应作为碳汇评估的重要指标。研究同时警示单一草本恢复可能导致功能基因持续衰减，建议采用乔灌草复合模式维持微生物代谢活力。