金属矿尾矿土壤碳氮矿化特征揭示：技术修复与自然定殖对土壤功能的差异化影响

推荐：本研究针对金属矿尾矿生态修复中土壤功能恢复的关键问题，通过对比技术修复（覆土造林）与自然定殖尾矿的碳（C）氮（N）矿化能力，结合植被类型（灌木/乔木）和季节动态分析，揭示了技术修复显著提升土壤微生物活性（C-CO2释放量35-50 vs. 9-16 g kg-1），而自然定殖尾矿中乔木主导N矿化（1.5 mg N kg-1 d-1）。研究为尾矿生态管理策略提供了关键科学依据。

　　

金属矿尾矿作为极端环境，长期面临生态功能退化与污染扩散的挑战。传统技术修复（如覆土造林）虽广泛应用，但自然定殖植被在非极端尾矿中的生态潜力尚未明晰。西班牙卡塔赫纳理工大学（Technical University of Cartagena）的研究团队通过为期一年的季节性监测，首次系统比较了技术修复与自然定殖尾矿中灌木/乔木植被对土壤C、N矿化功能的影响，相关成果发表于《Journal of Environmental Management》。

研究采用葡萄糖诱导呼吸法（C矿化）和苜蓿草分解法（N矿化）为核心技术，结合微生物生物量（MBC/MBN）、脱氢酶和β-葡萄糖苷酶活性测定，对地中海半干旱区两类尾矿（总As 70-500、Pb 5400-7200、Zn 3300-5800 mg kg^-1）的土壤功能进行量化。样本队列包含10个样方（5灌木/5乔木）的季节性采样，通过动力学模型（k值、μ值）解析微生物策略差异。

3.1 土壤理化与微生物特征

PCA分析显示技术修复尾矿土壤营养与微生物指标显著优于自然定殖尾矿（方差解释72.5%）。自然定殖尾矿中乔木样地TOC（11.7 vs. 5.4 g kg^-1）和MBC（96.2 vs. 28.8 mg C kg^-1）显著高于灌木，印证乔木对恶劣条件的改良作用。

3.2 碳矿化动态

技术修复尾矿C-CO₂释放量（47.2 g kg^-1）达自然定殖尾矿（15.2 g kg^-1）的3倍，k值（0.09-0.16 h^-1）显示更高矿化效率。呼吸曲线斜率差异揭示技术修复尾矿微生物呈r-策略（连续呼吸），而自然定殖尾矿呈k-策略（阶梯式呼吸），反映环境压力下的生态适应。

3.3 氮矿化特征

自然定殖尾矿中乔木样地N矿化率（1.5 mg N kg^-1 d^-1）显著高于灌木，而技术修复尾矿季节性波动更显著，表明微气候（如乔木遮荫）对N循环的调控强于土壤本底性质。

该研究创新性揭示：技术修复通过覆土快速建立均质化微生物群落（r-策略），而自然定殖尾矿中乔木通过凋落物输入和微气候改良逐步培育k-策略主导的耐受群落。这一发现为因地制宜的尾矿修复策略提供了理论支撑——技术修复适用于快速功能恢复，而自然定殖中乔木引入可作为低耗可持续方案。研究同时强调季节动态与植被类型的交互效应，为全球干旱区矿山生态管理提供了范式参考。