《Ecological Engineering》：The influencing factors of soil carbon sequestration in the early-stage ecological restoration of open–pit mine areas: The contributions of nitrogen and fine particles (<0. 02?mm)
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摘要矿山修复是将矿区从碳源转变为碳汇的关键举措，对实现区域碳中和具有重要意义。然而，影响有机碳固持的动态机制尚不明确，尤其是矿山修复区域土壤碳的定量研究亟待深入。这一知识空白限制了提升碳汇能力技术的发展。本研究调查了甘南地区不同土地利用类型下生态修复矿区土壤的碳固持效应及理化
摘要
矿山修复是将矿区从碳源转变为碳汇的关键举措，对实现区域碳中和具有重要意义。然而，影响有机碳固持的动态机制尚不明确，尤其是矿山修复区域土壤碳的定量研究亟待深入。这一知识空白限制了提升碳汇能力技术的发展。本研究调查了甘南地区不同土地利用类型下生态修复矿区土壤的碳固持效应及理化特性，以识别主要影响因素。通过三年的田间试验，研究土壤全氮（TN）和细粒物质（<0.02 mm）含量增加在早期阶段对碳固持能力的增强作用。结果表明，不同修复类型的土壤有机碳密度（SOCD）存在显著差异，其中TN和细粒物质（<0.02 mm）被确定为与SOCD正相关的主导因素。TN主要通过微生物碳泵机制刺激微生物生物量和微生物残体积累来增强碳固持，而细粒物质则通过微团聚体形成和有机-矿物关联来促进碳的稳定化。然而，两种因素的促进作用在超过一定浓度阈值后趋于饱和。修复初期的后期管理进一步加速了SOCD的积累，与仅修复阶段相比，平均生长速率提高了63.36%。本研究为开发土壤碳调节剂和优化矿区生态系统碳汇提供了重要支撑。
引言
矿区生态系统在全球碳循环中发挥着至关重要的作用，是世界上最大的碳库之一（Wang等，2023）。然而，采矿活动导致的土地退化、植被丧失和土壤侵蚀被认为是重要的碳源（Norgate和Haque，2010；Li等，2022；Tao等，2017）。通过实施矿山后期的生态修复工程，矿区生态系统可以恢复相当程度的碳固持能力（Ma等，2025；Liu等，2023）。然而，大多数矿山生态修复项目产生的碳固持和增汇效应一直被忽视，且现有的碳汇增强技术相对匮乏。生态修复矿区的关键碳固持过程包括植被光合作用、土壤碳固持和微生物碳固持（Xu等，2024；Pan等，2025；Bi等，2023）。工程措施可以显著增强矿区生态系统的碳固持潜力，其中土壤碳固持占主导地位，占总量的81%（Ma等，2025）。土壤是全球最大的碳库，其碳含量是植被的四倍、大气圈的两倍（Friedlingstein等，2022）。因此，应特别关注修复工程对矿区土壤碳库的影响。
土壤有机碳（SOC）是土壤碳库中储存的主要碳形式（Zhang等，2024）。有效的SOC管理可以显著缓解全球变暖的影响（Lehmann等，2020）。众多研究已探讨了矿山修复背景下SOC的稳定化问题，关注因素包括修复所用植被物种（Mu等，2016）、土壤理化性质和酶活性（Sun和Yan，2025）、微生物群落（Miao等，2025）以及修复时间（Xu等，2023）。具体而言，质地组成、含水量、团聚体稳定性和养分水平（如N、P）等理化性质已知会影响土壤碳固持（Wang等，2018；Cui等，2019；Bi等，2023）。然而，鲜有研究鉴定出增强矿区不同土地利用类型碳固持能力的关键因素，或评估不同土壤层支持技术改进的效率。迄今为止，这些生态系统新型碳固持技术的研发迫切需要取得突破（Hu等，2023），尤其是具有高性价比、可用于实际修复项目的技术。因此，以下问题值得进一步研究：（1）量化不同土地利用类型下土壤有机碳密度（SOCD）的差异，并建立主导因素方程，以指导碳固持技术的发展方向。（2）评估主导因素在不同土层对SOCD的影响，以改进技术应用。（3）量化修复后期管理对SOCD增强的效应，以支持维护阶段的持续碳固持。
为了研究矿山修复早期阶段土壤重构和碳固持能力的增强方法，我们在江西省南部的矿区受扰区域开展了为期三年的原位田间试验。本研究旨在定量比较三种不同土地利用类型——林地、草地和耕地——在初步生态修复后的土壤有机碳（SOC）固持情况。我们假设：（1）由于碳输入和管理实践的差异，不同修复类型的SOCD存在显著差异；（2）土壤关键性质——即TN和细粒物质含量（<0.02 mm）——将是驱动SOCD变化的主导因素，且效应可能随土壤深度而变化；（3）主动管理和维护将显著加速SOC的积累。通过测量SOCD的垂直分布及一系列相关土壤理化性质，本研究旨在（i）量化SOC固持潜力的差异，（ii）识别并排序主要影响因素，（iii）评估修复后期管理的效应。我们的发现有望为矿区选择和优化具有高碳固持效益的修复策略提供科学依据，并为开发和推广应用旨在增强碳固持的土壤改良剂提供实际指导。
章节片段
样品采集与样区布局
江西省作为中国首批生态文明试验区之一，已有效开展大规模的废弃矿山修复工作，近五年来修复面积约为6000公顷。特别是作为南方重要的有色金属产区，甘南地区在三年内已复垦超过1000公顷的废弃露天矿，充分展现了对环境保护的切实承诺（Wen和Zhang，2025）。本研究聚焦于
SOCD及其与理化性质的关系
江西南部矿山生态修复区域的土壤理化性质见表3。对生态修复露天矿区域土壤样品的分析表明，江西南部废弃矿山修复点的土壤质地以砂质黏壤土和砂壤土为主。实测范围为：含水量12.67–21.63%；TN 0.08–0.76 g·kg?1；总磷0.02–0.57 g·kg?1；土壤有机碳（SOC）1.25–9.20 g·kg?1。这些
讨论
露天矿生态修复后的土壤重构过程中，肥力相对较低（Yang等，2019）。由于SOC固持条件较差，SOCD背景值较低。不同土地利用类型的SOCD存在差异（Bao等，2024）。对于矿区而言，最高的是耕地，其次是林地，最低的是草地。耕地上观察到较高的SOCD，部分可能归因于管理投入（例如，
结论
根据甘南地区矿山修复的调查结果，耕地的SOCD最高，其次是林地，草地的SOCD最低。这一差异与修复过程中管理强度的差异密切相关。基于甘南地区为期三年的田间试验观测，TN和细粒物质（<0.02 mm）被发现在矿山修复早期阶段能有效促进SOCD的增强，且
CRediT作者贡献声明
程子杰：撰写——初稿，正式分析，概念化。华金城：撰写——审阅与编辑，监督，获取资助。纪超：调查，数据整理。陈志：撰写——审阅与编辑，软件。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知经济利益或个人关系冲突。
致谢
本研究受江西省地质局生态环境修复公益项目资助[项目编号 2025STXF02]。
程子杰|华金城|纪超|陈志
