《Applied Soil Ecology》：Combined effects of organic amendments on soil properties and microbial communities in alpine mining soils
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摘要高山矿区修复土壤通常面临结构差、养分贫乏和微生物群落失调等问题。腐殖酸、羊粪和结构改良材料等有机改良剂可以改善土壤质量，但它们在高山矿区条件下对土壤性质、植物生长和微生物群落的联合作用尚不明确。本研究评估了这些改良剂对青藏高原修复土壤理化性质、重金属动态、植物生长和细菌群
摘要
高山矿区修复土壤通常面临结构差、养分贫乏和微生物群落失调等问题。腐殖酸、羊粪和结构改良材料等有机改良剂可以改善土壤质量，但它们在高山矿区条件下对土壤性质、植物生长和微生物群落的联合作用尚不明确。本研究评估了这些改良剂对青藏高原修复土壤理化性质、重金属动态、植物生长和细菌群落的影响。腐殖酸改善了土壤结构，降低了容重，增强了保水性；而羊粪增加了养分有效性，但也提高了可溶性盐水平。草纤维促进了大孔隙的形成并改善了土壤结构条件。所有改良剂均降低了铜和汞的含量，而组合处理影响了铬和锌的动态变化。植物生长受改良剂类型的影响较大，其中添加草纤维的处理促进了生物量积累和根系发育。细菌群落未发生根本性重组，但优势类群出现了变化：腐殖酸有利于碳循环异养微生物，羊粪富集了厚营养型变形菌，而与草纤维的组合处理提高了均匀度和分解者类群。土壤有机质、盐分、水分和养分有效性是微生物组成的关键驱动因素。功能预测表明，在改良条件下，代谢活性、养分转化和与生长相关的功能有所增强。总体而言，腐殖酸、羊粪和草纤维的综合施用改善了土壤质量、植物生长和微生物功能多样性，为高山矿区生态恢复策略提供了参考。
引言
近年来，越来越多的研究关注废弃矿区的土壤修复。然而，大多数植被恢复和生态恢复工作集中在低海拔地区，通常依赖外源土壤作为草籽播撒的底质（Kumar等，2017）。相比之下，高山矿区的植被恢复研究仍较为薄弱（Yang等，2024）。高山地区的露天采矿通过剥离原生土层和植被覆盖，严重破坏了土壤系统，导致土壤侵蚀、肥力下降、结构退化和植被重建面临极大障碍（Kumar等，2017）。高山环境的自然恢复进一步受到低温、低氧、微生物活性受限、土壤有机质含量低和养分供给不足的限制，这些因素共同阻碍了采矿扰动后生态系统的恢复（Feng等，2024）。高山矿区通常地处偏远，土壤资源有限，而远距离运输土壤带来的高昂经济成本和物流费用，限制了从外部引入表土进行大规模恢复的可行性。蛇纹岩是一种富含镁的硅酸盐矿物，在采矿活动中广泛暴露，是高山矿区可获得的本地矿物底质，可逐渐风化形成类土壤物质（An等，2022）。蛇纹岩与本地黄土结合使用，可作为替代进口表土的实用方案，缓解土壤短缺并降低恢复成本。然而，蛇纹岩-黄土基质通常有机质含量低、养分有效性有限、持水能力弱，制约了植被建植并延迟了早期生态系统发育。
改善这些基质需要针对性的改良措施，在提升土壤质量的同时保留本地材料的利用。本研究选择了三种改良剂以应对互补性缺陷。羊粪是高山牧区本地可用的有机资源，可为土壤恢复提供必需养分和有机质输入（Feng等，2024；Luna等，2016）。腐殖酸可改善土壤结构、养分保持和水分有效性，从而提升土壤质量和植物建植（Li等，2020；Lal等，2020）。草纤维可通过促进孔隙发育和改善基质结构，在土壤形成早期进一步改善土壤物理结构（Akhter等，2004；Hou等，2022）。尽管羊粪和腐殖酸等有机改良剂的单独效应已被广泛研究（Han等，2021；Chen等，2023；Ren等，2022），但它们在极端高山条件下与结构改良剂联合应用的效果仍缺乏深入了解。具体而言，此类联合改良剂对土壤理化性质、微生物群落组装和生态功能的影响需要进一步探究，特别是在受重金属胁迫和低有机质可利用性影响的土壤中。因此，评估这些改良剂的联合效应及其内在机制，对于制定有效的高山矿区土壤恢复策略至关重要（Lal等，2020；Rasafi和Haddioui，2020）。
土壤微生物群落是土壤功能变化的敏感生物指示器，反映理化条件的变化。有机质输入改变土壤性质，并强烈影响微生物多样性和群落结构（Delgado-Baquerizo等，2017）。作为养分循环的关键驱动者，微生物对养分有效性的变化反应迅速（Wang等，2012）。因此，微生物群落组成和功能潜力对退化过程（如干旱和采矿扰动）及后续恢复措施均高度敏感（Luna等，2016；Delgado-Baquerizo等，2017）。成功的植被恢复重建了植物-微生物互作关系，促进有机质积累、养分循环和生态系统稳定（Raaijmakers等，2009）。
尽管越来越多的研究认识到综合土壤改良策略的重要性，但在高山矿区环境中对此类策略的系统评估仍然有限，尤其是在高海拔条件下对土壤理化性质、微生物群落组装和生态系统功能的影响方面（Bello等，2020）。本研究聚焦于通过联合施用羊粪、腐殖酸和草纤维来改善蛇纹岩-黄土基质，同时解决退化高山矿区基质所面临的土壤结构差、养分有效性低、持水能力有限和微生物制约等问题。
本研究的目标为：（1）评估不同改良剂组合对土壤理化性质的影响；（2）评估其对早期植被建植的影响；（3）考察土壤细菌群落的响应，包括群落结构、组装过程和功能潜力预测。我们假设有机改良剂将改善土壤理化条件并影响细菌群落组成，而在常规有机改良剂方案中额外加入草纤维，将进一步增强高山矿区条件下的土壤结构、持水能力和生态恢复潜力。为检验这些假设，利用本地底质建立了田间试验，设置了四种改良处理，其中CK代表当地恢复实践中使用的常规有机改良剂方案。通过阐明各改良组分在极端高山条件下的作用，本研究为土壤-微生物互作提供了见解，并为退化高海拔矿区生态系统的生态恢复提供了实践指导。
章节摘要
研究区域描述
青海德令哈铜矿位于青海省果洛藏族自治州玛沁县德尔尼山区（北纬34°23′30″，东经100°07′30″）。矿区海拔为4000–4400米，南北较高，中部较低。该地区具有典型的高原气候特征，冬季寒冷、夏季短暂凉爽，昼夜温差大。年平均气温为?1.2°C，且
土壤理化性质
不同改良处理对土壤物理性质的影响见表1，各处理间存在显著差异（P < 0.05）。容重（SBD）范围为1.32至1.43 g·cm?3。与CK相比，K1和K3的容重分别降低了7.04%，而K2略有增加（0.7%）。土壤比重（SG）变化范围为2.74至2.80 g·cm?3，与CK相比，K1、K2和K3分别降低了1.43%、2.14%和1.79%。土壤孔隙度（SCP）范围为32.11%至34.31%。K1和K3
有机改良剂对土壤理化性质的影响
在相同背景条件下（施用保水剂和商品有机肥），土壤物理性质对改良剂组成表现出不同的响应（Hou等，2022；An等，2022；Cheng等，2023）。基准处理（CK）结合羊粪和腐殖酸，为评估单一组分或结构强化改良剂的效果提供了参考（Chen等，2023）。与CK相比，去除羊粪（K1）或腐殖酸（K2）
结论
本研究评估了羊粪、腐殖酸和结构有机改良剂（草纤维）对高山矿区修复土壤的影响，重点关注土壤理化性质、重金属、植物生长和微生物群落。腐殖酸主要改善了土壤结构和保水性，羊粪提供了养分并提高了养分有效性，草纤维通过形成良好孔隙结构促进了土壤物理性质改善。
CRediT作者贡献声明
孔令建：撰写——初稿、可视化、软件、方法论、形式化分析、数据管理、概念构思。项雅云：验证、项目管理、方法论、调查研究。李小东：撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论。顾清宝：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目管理、方法论。黄战宾：调查研究、资金获取、数据管理。
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由青海西部铜业有限公司资助（2641-ZC-2022-00094）。
孔令建 | 项雅云 | 李小东 | 顾清宝 | 黄战宾
中国环境科学研究院环境标准与风险评估国家重点实验室，北京，100012，中国
