《Journal of Environmental Sciences》：Vegetation succession is linked to carbon-nitrogen decoupling in organic matter fractions in copper mine tailings subject to decade-long ecological rehabilitation
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•修复增加了土壤有机碳，但并非所有新增碳都实现了稳定留存。•矿物结合有机碳在第6年增加，而颗粒有机碳在第10年急剧积累。•碳和氮在各土壤有机质组分中逐步解耦。•凋落物碳氮比是土壤碳分配的最强预测因子。引言采矿活动在全球范围内产生了大量尾矿库，造成了大面积严重退化的土地，需要积
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修复增加了土壤有机碳，但并非所有新增碳都实现了稳定留存。
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矿物结合有机碳在第6年增加，而颗粒有机碳在第10年急剧积累。
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碳和氮在各土壤有机质组分中逐步解耦。
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凋落物碳氮比是土壤碳分配的最强预测因子。
引言
采矿活动在全球范围内产生了大量尾矿库，造成了大面积严重退化的土地，需要积极的生态修复（Islam和Murakami，2021）。铜矿尾矿是生态系统恢复特别困难的基质，因为其通常兼具酸性pH、低养分有效性、高金属浓度和差物理结构，所有这些都限制了自然植被的定殖和土壤发育（Cui等，2020；Wang等，2017）。因此，生态修复实践高度侧重于快速植被建立和地表稳定。然而，仅植被恢复并不一定意味着修复后的尾矿已经形成了功能性和持久性的土壤碳库。对于尾矿坝管理而言，一个更关键的问题是：生态修复是否促进了稳定土壤有机质的形成，而不仅仅是增加了短寿命的有机残体。
铜矿尾矿的土壤有机碳管理因此从被动废弃和短期绿化进展为结合适应植物群落、基质改良和长期监测的整合植物稳定策略。常见干预措施包括先锋或耐金属物种、有机和矿物改良剂，以及（在适当情况下）微生物接种以改善养分供应、团聚体形成和植物定殖（Mendez和Maier，2008；Wang等，2017；Johnson等，2023）。然而，大多数项目仍侧重于植被覆盖、侵蚀控制或总量土壤有机碳，而积累碳的持久性很少得到评估。土壤有机碳管理还受到氮磷有效性低、金属毒性、土壤结构弱、持水能力有限以及可用于有机-矿物结合的表面矿物面积小或发育不良等因素的制约（Bradshaw，1997；Huang等，2012；Ju等，2024）。因此，核心管理挑战在于协调植被组成、输入化学计量、微生物处理和矿物保护，使修复不仅增加土壤有机碳的数量，还增加在持久碳库中留存的比例。
土壤有机质含量广泛用作土壤质量和干扰后生态系统恢复的指标（Stockmann等，2013）。然而，总量土壤有机碳整合了具有不同形成途径和周转时间的有机质库（Lehmann和Kleber，2015）。颗粒有机碳主要由部分分解的植物残体组成，对新鲜有机输入反应迅速，而矿物结合有机碳通过微生物转化、矿物表面吸附和团聚体内的物理保护形成，因此具有更长的持久性（Lavallee等，2020；Lugato等，2022）。这种区分在尾矿生态修复中尤为重要，因为总量土壤有机碳的相同增加可能代表瞬态残体积累，也可能代表更持久的碳稳定化。先前关于矿山修复时间序列的研究记录了生态系统恢复过程中总量土壤有机碳的增加（Li等，2016；Wu等，2025），但很少有研究考察新积累的碳如何在颗粒池和矿物结合池之间分配。这限制了我们对修复尾矿中碳汇质量而不仅仅是数量的评估能力。
持久性土壤有机质的形成不仅取决于碳供应，还取决于氮的有效性。氮含量通常是尾矿中最具限制性的养分（Bradshaw，1997），而有机输入的化学计量强烈调控分解、微生物碳利用效率和植物源碳向矿物结合有机质的转化（Cotrufo等，2013；Yang等，2024）。低碳氮比植物残体为微生物同化提供了更平衡的基质；微生物代谢产物和死体残体随后可与矿物表面结合，有助于矿物结合有机碳的形成。相反，高碳氮比残体在氮限制条件下可能分解更慢，并作为颗粒有机质持久存在（Cotrufo等，2015；Lavallee等，2020）。对于修复后的尾矿，这意味着增加植被生物量可能不会自动转化为矿物结合有机碳的增加，如果植物输入逐步变得碳富集而氮贫乏。因此，仅测量碳组分是不够的。同时量化颗粒有机碳和氮以及矿物结合有机碳和氮可以揭示碳积累是否伴随氮的同化，或者生态修复是否驱动了碳增加与氮留存之间的解耦。
植被演替是有机质进入修复尾矿的主要途径。地上凋落物和根系向发育中的土壤供应碳和氮，而植物群落组成调控这些输入的数量和化学性质（Zhou等，2024）。物种在凋落物碳氮比方面存在显著差异，混合群落可以通过凋落物混合和互补资源利用效应改变分解过程（H?ttenschwiler等，2005）。在铜尾矿生态修复中，早期种植的群落（如马占相思）可能与后期通过自然定殖发展形成的混合群落存在显著差异。这种演替可以增加总有机输入，同时也可以改变其化学计量质量。植物-凋落物-土壤关联在天然森林和其他陆地生态系统中已被广泛讨论（Preem等，2012），但在矿山修复背景下仍缺乏充分解析，在矿山修复背景下氮限制、金属胁迫和土壤结构弱可能强烈改变有机质稳定化途径。
本研究旨在评估经历十年生态修复的尾矿坝的土壤有机质形成与稳定化。我们考察了在中国江西省一处铜尾矿坝3年、4年、6年和10年生态修复时间序列中颗粒有机质和矿物结合有机质之间的碳和氮分配。我们量化了颗粒有机碳、矿物结合有机碳、颗粒有机氮和矿物结合有机氮，并结合植被多样性、凋落物产量和植物组织碳氮比，以检验生态修复年限是否单独预测持久性土壤碳的形成。我们假设植被演替改变了植物输入的化学计量，从而调控碳向矿物结合池的纳入或作为颗粒有机质的留存。通过将植物输入质量与土壤有机质各组分中的碳氮分配联系起来，本研究超越了总量土壤有机碳的恢复，为评估和管理尾矿坝生态修复过程中土壤碳汇的稳定性提供了基础。
章节摘要
研究区
本研究在中国东南部江西省的一座大型铜矿尾矿坝（29°07′N，117°22′E）进行（图1）。该地区为亚热带季风气候，年平均气温为16.9 °C，年降水量为1642 mm，主要集中在雨季（5月至9月）。该尾矿坝建于活跃采矿作业期间，主要由铜处理残留物组成，呈粉砂-砂质结构。由于
植物群落
植被多样性和丰富度指数在生态修复早期至中期阶段显著增加，随后在后期修复阶段明显下降。在最长的生态修复时间点（T10），物种丰富度和Shannon-Wiener指数分别较T6降低了78.4%和66.7%（表S1）。地上生物量随生态修复时间持续增加，达到最高
讨论
尾矿的生态修复被普遍认为能促进土壤的逐步恢复，然而土壤有机质形成与稳定化的长期动力学仍缺乏充分约束。我们十年的时间序列揭示，修复后的铜尾矿中土壤有机质的形成并非线性过程。高碳氮比植物输入的转变导致碳氮动力学解耦，在十年后有利于颗粒有机碳的积累，而矿物结合有机碳趋于平稳
结论
本研究证明，铜矿尾矿的十年生态修复增加了土壤有机碳，但并未均匀提高新积累有机质的稳定性。矿物结合有机碳在中期修复阶段显著增加，此后保持相对高位，而颗粒有机碳仅在后期急剧上升。相比之下，矿物结合有机氮变化不大，颗粒有机氮峰值早于颗粒有机碳，揭示了土壤有机质组分中显著的碳氮解耦。这一模式与
未引用文献
Austin和Vitousek，2000；Guo等，2022；Averill等，2016；Lugato等，2021；Totsche等，2018
CRediT作者贡献声明
Bing Zhou：撰写—原稿、可视化、调研。Na Li：撰写—审阅与编辑、调研、形式化分析、数据整理。Jia Wang：调研。Guoquan Huang：调研。Qiong Wang：撰写—审阅与编辑、调研。Fang Wang：调研。Aifang Du：调研。Tong Liu：软件、方法学、调研。Songlin Wu：撰写—审阅与编辑、指导、经费获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由江西铜业股份有限公司资助的"金属矿山生态修复碳汇计量技术研究"项目支持（编号：DTYJ2025004）。
Bing Zhou | Na Li | Jia Wang | Guoquan Huang | Qiong Wang | Fang Wang | Aifang Du | Tong Liu | Songlin Wu
