關(guān)鍵詞煤基復(fù)混肥；科爾沁沙地；綜合肥力指數(shù)；土壤活性有機(jī)碳

中圖分類號S158文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號 0517-6611（2025）14-0153-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.14.031

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effct of Coal-based Compound Fertilizer on Soil Fertilityand Active Organic Carbon in Horqin Sandy Land SHIYang，MAZi-in，CHEChaetal（CollgeofEnvroentalienceandEnginering，LiongechicalUnivesityuin Liaoning ）

Abstractestoaladompudfertlisolertltdieoicbiorndldd， toprovideasietificasisforatioalsilfertlizatioinHorsandylndTakingHorsandyndilasthseacect，tote perimentwasucediteietertiaatsrtlecsioncmpodrll basedcompoudfert（colueopostdioanicfert）dalasdpoudertrI（colge compostandinorganicfertlizer），samplinganddeterinationofryegrassbiomassereconductedafereachingmaximum.omparedwith NQ3，MJF6 significantly increased the soil fertility index and the contentsof soil active organiccarbon（SOC）（ P?0.05 ）. Compared with NQ3，MJF6significantlyreducedsoilparticulateorganiccarbon（POC）xidizableorganiccarbon（POC）andsoubleorganiccarbon（SOC）. Redundancyanalysissowedhattheaasignificantpiorelationbetwencoalasdompoudfertlendtotaloanicabon （TOC）activcrb（O），silaloprdilrtiteasablatifadpodl couldncrease teontentofsoiltiveorganicarbon（articulateorgaicarbonxidizableoganicabon，solubleganicboic bial biomass carbon by 16.31% ， 13.79% ， 22.50% and 10.52% ，respectively，compared with QN3），it has obvious effct on improving the comprehensive fertility of Horqin sandy land（MJF6 was 15.25% better than NQ3）.

KeywordsCoal-basedcompoundfertilizer;Horqinsandyland;Comprehensive fertilityindex;Soilactiveorganiccarbon

科爾沁沙地土壤沙化嚴(yán)重，肥力低下，不利于植物生長，極易產(chǎn)生沙塵暴，對周邊城市的生產(chǎn)生活也產(chǎn)生了很大影響[1-2]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，煤炭的需求日益增加，同時也產(chǎn)生了大量的煤泥、煤矸石等煤基固廢[3]。礦區(qū)煤基固廢的積累不僅浪費(fèi)了大量的土地資源，同時造成生態(tài)環(huán)境問題。樊曉東等[4]和白宏偉等[5]研究表明煤基固廢本身含有大量氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)和黏土礦物等養(yǎng)分，有利于土壤改良和植物生長。許繼飛等研究了應(yīng)用煤基固廢與牲畜糞便固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)改良沙質(zhì)土壤結(jié)果表明煤基固廢與牲畜糞便固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)可以提高土壤養(yǎng)分。白宏偉等[5]探究了煤基復(fù)混肥對土壤和作物影響的研究表明，煤基復(fù)混肥可以有效提高土壤各養(yǎng)分含量和促進(jìn)作物生長發(fā)育，在作物生長中后期，相比普通化肥，煤基復(fù)混肥處理土壤養(yǎng)分含量增加，作物生長發(fā)育更好，肥料利用率顯著提高。因此，利用工礦區(qū)廢棄物配制煤基復(fù)混肥可以使難以處理的煤基固廢得到合理的資源化處置。

土壤活性有機(jī)碳可作為早期土壤質(zhì)量變化的敏感指標(biāo)[7-8]。高欣等[9]和 Hu 等[10]研究表明，土壤有機(jī)碳中的活性組分是促進(jìn)土壤微生物活動和養(yǎng)分循環(huán)的主要部分，反映了土壤中的復(fù)雜動力學(xué)和關(guān)鍵過程。Niu等[] Hu 等[12]和Geeta等[13]研究表明土壤活性有機(jī)碳還能改善土壤物理性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分，使其成為評價土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

丁龍飛等[14]研究表明蚯蚓糞中含有大量有機(jī)質(zhì)和微生物，這些微生物可以促進(jìn)土壤微生物的繁殖，增加土壤中有益微生物的數(shù)量，提高土壤活性和抗病能力，從而改善土攘環(huán)境，提高土壤肥力。目前以煤泥或煤矸石與蚯蚓糞配比的煤基復(fù)混肥對沙地土壤肥力和活性有機(jī)碳庫的改良尚未報道。筆者用無機(jī)肥、蚯蚓糞與煤泥或煤矸石為原料配制煤基復(fù)混肥，采用盆栽試驗探究其對科爾沁沙地土壤肥力和活性有機(jī)碳的影響，為煤基固廢資源化利用以及沙地荒漠化土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況以遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺試驗站半流動沙地的土壤為研究對象，該區(qū)位于122°57298^′E.42°673520^′N ，地處科爾沁沙地東南緣，年平均溫度 6.82‰ ，無霜期 150d 左右，年平均風(fēng)速 3.65m/s ，年平均沙風(fēng)達(dá)230多次，6級以上大風(fēng)日達(dá) 46d 。年降水量在 300～450mm ，時空分布不均勻，蒸發(fā)量 1800～2100mm 。土質(zhì)為風(fēng)沙土，土層結(jié)構(gòu)松散，土層薄，土壤養(yǎng)分含量低，生態(tài)環(huán)境脆弱。取樣土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)： pH6.23 、有機(jī)質(zhì) 0.7g/kg 全氮 0.27g/kg 全磷 0.14g/kg 、全鉀 13.74g/kg 。

1.2試驗設(shè)計以黑麥草為供試植物進(jìn)行盆栽試驗，供試土壤為科爾沁沙地 0～20cm 的耕層土壤，煤基復(fù)混肥由煤泥（大同雁山礦）、煤矸石（沈陽紅陽三礦）蚯蚓糞（雞糞和牛糞堆肥）和普通化肥（氮肥購于沭陽彩苗花卉苗木場氮含量為 46% ，磷肥和鉀肥購于北京碧綠佳園無土栽培有限公司磷和鉀的含量為 52%，34% 按 5：5：2 的比例配制。先將取回沙土過 2mm 篩，后稱取 1800g 過篩后的沙土與試驗設(shè)計對應(yīng)的處理混勻，裝入外徑 20.5cm 、內(nèi)徑 17.2cm 、底徑11.3cm 高度 11.5cm 的花盆中，并澆足底水。每個花盆均勻撒入50粒黑麥草草種，用供試沙土覆蓋約 1cm 。試驗從2023年4月20日開始播種，于2023年7月29日生物量達(dá)到最大化時收獲，共計 100d. 0

采用完全隨機(jī)設(shè)計，共設(shè)8個處理。分別為不施肥處理，蚯蚓糞肥和普通化肥組成的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，煤基復(fù)混肥I和煤基復(fù)混肥II，煤基復(fù)混肥由煤泥、煤矸石、蚯蚓糞和普通化肥按比例配制，每個處理設(shè)3組重復(fù)。各物質(zhì)基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1，試驗設(shè)計方案見表2。

1.3土樣采集試驗于2023年7月黑麥草生物量達(dá)到最大后取樣，將盆栽土壤過篩挑出可見植物根莖并過 2mm 篩，其中 1200g 土壤進(jìn)行風(fēng)干，用于測量有機(jī)碳及其組分， 600g 鮮土進(jìn)行低溫冷藏用于測定土壤微生物量碳。

1.4測定項目與方法采用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量[15]，采用電位法測定土壤 pH^[15] ，采用開氏法測定土壤全氮含量[15]，采用碳酸鈉熔融法測定土壤全磷含量[15]，采用氫氧化鈉熔融法測定土壤全鉀含量[15]，采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量[15]，采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量[15]，采用乙酸銨提取火焰光度計比色法測定土壤速效鉀含量[15]，土壤總有機(jī)碳參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[15]，土壤微生物量碳參照氯仿熏蒸 -K₂S0₄ 浸提法測定[16]，顆粒有機(jī)碳采用濕篩法[17]，土壤可溶性有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化法[15]，土壤易氧化有機(jī)碳采用高錳酸鉀氧化法[18] 0

1.5 計算公式

（1）土壤綜合肥力指數(shù)的計算。用全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)和 pH 作為指標(biāo)計算分肥力系數(shù)，并用修正的內(nèi)梅羅公式計算土壤綜合肥力指數(shù)[19]。計算公式：

式中， IFI_i 為分肥力系數(shù)， X 為該屬性測定值， X_a 為分級標(biāo)準(zhǔn)下限， X_p 為分級標(biāo)準(zhǔn)上限， X_c 介于分級標(biāo)準(zhǔn)上限于下限之間 X_a，X_c?X_p 參考第二次全國土壤普查標(biāo)準(zhǔn)（表3）;式（2）中， IFI 為土壤綜合肥力指數(shù)， IFI_i?G 為各屬性分肥力均值，IFI_iPP， 為土壤各屬性分肥力最小值， n 為評價指標(biāo)個數(shù)。

（2）土壤活性有機(jī)碳各組分有效率的計算方法[20]

1.6數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用單因素方差法進(jìn)行顯著性差異分析（ANOVA），顯著水平為0.05，用Canoco5.0進(jìn)行冗余分析及繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1煤基復(fù)混肥對土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）的影響由表4可知，MJF1 ～ MJF6、NQ3處理的IFI均顯著高于CK，其中MJF6處理的IFI值最高，比CK提高了 106% ，比NQ3提高了15.25%（P?0.05） ，說明煤基復(fù)混肥可以有效提高科爾沁沙地土壤肥力，煤矸石效果好于煤泥煤;矸石施用量為1200kg/hm² 時效果最佳。

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（ 。 Note：DifferentlowercaseletersinthesamecolumnindicatedsignificantdiferencebetweendiferenttreatmentsatOO5level.

2.2煤基復(fù)混肥對土壤活性有機(jī)碳的影響

2.2.1煤基復(fù)混肥對土壤有機(jī)碳（TOC）含量的影響。由圖1可知，MJF1～MJF6 處理的 TOC 含量均顯著高于CK 和NQ3，其中MJF6最顯著，較CK 和NQ3分別提高了 62.93% 、25.83%（P?0.05） ，說明煤基復(fù)混肥可以有效提高科爾沁沙地土壤有機(jī)碳含量，其中施加 1200kg/hm² 煤矸石的復(fù)混肥效果最好。

2.2.2煤基復(fù)混肥對土壤顆粒有機(jī)碳（POC）含量的影響。由圖2可知，與CK相比，MJF1～MJF6處理都顯著提高了土壤POC含量，其中MJF5處理的POC含量最高，較CK提高了 34.71% 。與NQ3相比，MJF2、MJF3、MJF5、MJF6顯著提高了土壤POC含量，其中MJF5處理較CK 提高了 16.31% ，MJF1和MJF4與NQ3相比無顯著差異，說明高施加量的煤基復(fù)混肥可以顯著提高土壤顆粒有機(jī)碳含量，而煤基復(fù)混肥I與煤基復(fù)混肥Ⅱ在同一施肥梯度下無顯著差異。

2.2.3煤基復(fù)混肥對土壤易氧化有機(jī)碳含量（ROC）的影響。由圖3可知，與CK相比，MJF1 ～ MJF6處理均顯著提高了土壤ROC含量，其中MJF6處理的ROC含量最高，較CK提高了 47.48% 。與NQ3相比，MJF6處理的ROC含量顯著提高了13.79% ，其他煤基復(fù)混肥各處理與NQ3相比無顯著差異（ P?0.05 ），說明高施加量的煤矸石復(fù)混肥效果最好。

2.2.4煤基復(fù)混肥對土壤可溶性有機(jī)碳（DOC）含量的影響。由圖4可知，與CK相比，不同施肥處理均顯著提高了土壤DOC含量，其中MJF6處理的DOC含量最高，比CK提高了52.73% 。與NQ3相比，MJF5、MJF6顯著提高了DOC含量，其中MJF6最為顯著，提高了 22.50% （ P?0.05） ，說明高含量煤矸石復(fù)混肥可以顯著提高土壤可溶性有機(jī)碳含量。

圖2不同處理土壤顆粒有機(jī)碳含量

Fig.2Soil particulate organic carbon content in different treatments

注：不同小寫字母表示差異顯著（ Plt;0.05） 。CK.不施肥，NQ3.蚯蚓糞配施化肥（ 16：1） ，MJF1.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：12： 8），MJF2.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：18：12 ，MJF3.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：24：16） ，MJF4.化肥、煤矸石與蚯蚓糞配施（ 1：12：8 ，MJF5.化肥、煤矸石與蚯蚓糞配施（ 1：18：12 ），MJF6.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：24：16 。

2.2.5煤基復(fù)混肥對土壤微生物生物量碳（MBC）含量的影響。由圖5可知，與CK相比，不同施肥處理均顯著提高了土壤MBC含量，其中MJF6處理的MBC含量最高，比CK提高了 57.50% 。與NQ3相比，MJF6的土壤MBC含量顯著提高了10.52% ，其他各組煤基復(fù)混肥與NQ3相比無顯著差異（ P? 0.05），說明煤基復(fù)混肥可以有效提高土壤微生物生物量碳含量，高施加量的煤矸石復(fù)混肥效果最佳。

2.3煤基復(fù)混肥對土壤活性有機(jī)碳有效性的影響由表5可知，活性有機(jī)碳的不同組分與總有機(jī)碳之間的比值不同施肥處理不同。與CK相比，NQ3、MJF1、MJF5、MJF6處理的POC/TOC均顯著降低，其中MJF6最為顯著，降低了 18.09% ：煤基復(fù)混肥各處理的POC/TOC與NQ3均無顯著差異。與CK相比，MJF6處理的ROC/TOC顯著降低了 9.51% ，其他處理與CK相比差異不顯著；與NQ3相比，MJF6處理的ROC/TOC顯著降低了 9.74% ，其他處理與NQ3相比差異不顯著。與CK和NQ3相比，煤基復(fù)混肥各處理的MBC/TOC均無顯著差異。與CK相比，MJF1 ～ MJF6處理的DOC有效率均顯著提高，其中MJF5處理最為顯著，提高了 15.01% 。與NQ3相比， MJF1～MJF6 處理的DOC有效率均顯著降低，其中MJF1最顯著降低了 15.78% 。

2.4土壤活性有機(jī)碳指標(biāo)的冗余分析土壤碳庫管理指數(shù)、土壤各活性有機(jī)碳組分的含量及其有效率的冗余分析（RDA）的結(jié)果見圖6，10個環(huán)境變量解釋了總體變異的95.82% 數(shù)據(jù)差異，其中第一排序軸和第二排序軸分別解釋了93.78% 和 2.04% 。MJF3、MJF5、MJF6位于RDA1左邊，CK、MJF1位于RDA1右邊，而NQ3、MJF2和MJF4位于中軸線附近，說明NQ3、MJF2、MJF3、MJF4、MJF5、MJF6處理與土壤活性有機(jī)碳呈顯著正相關(guān);NQ3、MJF2、MJF3、MJF4、MJF5、MJF6與TOC及4個活性炭碳庫組分、DOC/TOC、MBC/TOC的箭頭方向一致，說明NQ3、MJF2、MJF3、MJF4、MJF5、MJF6處理與土壤活性有機(jī)碳的含量具有高度正相關(guān)。而POC/TOC、ROC/TOC與CK、MJF1呈正相關(guān)關(guān)系。上述結(jié)果表明，施加煤基復(fù)混肥與土壤有機(jī)碳及其組分含量密切相關(guān)，高施加量的煤基復(fù)混肥可以顯著提高土壤有機(jī)碳含量，進(jìn)而影響土壤碳庫。

注：CK.不施肥，NQ3.蚯蚓糞配施化肥（ ，MJF1.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：12：8 ，MJF2.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：18： 12），MJF3.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：24：16） ，MJF4.化肥、煤矸石與蚯蚓糞配施（ 1：12：8 ），MJF5.化肥、煤矸石與蚯蚓糞配施（ 1：18：12? ，MJF6.化肥、煤泥與蚯蚓糞配施（ 1：24：16 。

Note：CK.No Fertilizer，NQ3.Vermicompost（ 16：1 ），MJF1.Fertilizer， slimeand vermicompost（ 1：12：8 ），MJF2.Fertilizer，slimeand vermicompost（ 1：18：12? ，MJF3.Fertilizer，slimeand vermicompost （1：24：16 ），MJF4.Chemical fertilizer，coal gangue and vermicompost（ 1：12：8 ，MJF5.Chemical fertilizer，coal gangue and vermicompost（ 1：18：12 ），MJF6.Chemical fertilizer，coal slime andvermicompost （1：24：16） 二

Fig.6Redundancy analysis of soil carbon pool indices in differenttreatments

3討論

土壤肥力是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征[21]?？茽柷呱车厣郴瘒?yán)重、土壤養(yǎng)分流失、土壤肥力下降，使農(nóng)田環(huán)境惡化[22]。煤泥和煤矸石的養(yǎng)分含量相對較高，可以促進(jìn)植物生長，增加植物殘渣和根系分泌物，使土壤有機(jī)質(zhì)增多[5，23]蚯蚓糞作為復(fù)混肥中的有機(jī)物料，其有機(jī)質(zhì)含量較多，可以提高土壤中微生物活性，而微生物量的增加也可以加快土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，使土壤中活性有機(jī)碳的含量明顯提高[24-25]。該研究選用土壤有機(jī)質(zhì) ??pH 、全氮、全磷、全鉀計算土壤綜合肥力指數(shù)（IFI），用于表征煤泥或煤矸石與蚯蚓糞配制復(fù)混肥的施加對土壤肥力的影響。結(jié)果表明，煤泥或煤矸石與蚯蚓糞無機(jī)肥復(fù)混相較普通有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥都可以有效提高土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀，以及土壤肥力指數(shù)（IFI）并調(diào)節(jié)土壤 pH ，這與孫騰飛[2的研究結(jié)果一致。劉玲利[27]和劉洋等[28]研究表明用煤基復(fù)混肥和不同肥料配比和生物炭與煤基復(fù)混肥配比均可以提高礦區(qū)土壤養(yǎng)分對礦區(qū)土壤進(jìn)行修復(fù)，該研究利用煤泥或煤矸石作為單一或復(fù)合原料研制的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，可以有效提高沙地土壤養(yǎng)分含量。由于煤基復(fù)混肥中的煤泥、煤矸石等物質(zhì)本身含有大量的有機(jī)碳和氮、磷、鉀，隨著煤基復(fù)混肥的施入可以有效提高土壤養(yǎng)分，使土壤肥力在短期內(nèi)迅速提升，從而改善沙地土壤質(zhì)量，有利于沙地治理。

土壤活性有機(jī)碳是指土壤中移動快、易氧化、易分解、易受到施肥和周圍環(huán)境影響的部分有機(jī)碳[29]。土壤可溶性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳和微生物量碳較總有機(jī)碳而言，能夠更加靈敏地反映土壤肥力和質(zhì)量等土壤環(huán)境變化的情況[30]。樊曉東等[4]研究表明煤基復(fù)混肥的施加可以提高土壤活性有機(jī)碳各組分含量。該研究表明，與NQ3相比，施加1200kg/hm² 煤矸石的復(fù)混肥處理的POC、ROC、DOC、MBC含量均顯著提高，分別提高了 16.31%，13.79%，22.50%，10.52% 0可能是因為煤矸石的有機(jī)質(zhì)含量較高，由于煤基復(fù)混肥中的煤泥和煤矸石含有大量有機(jī)質(zhì)和高嶺土，可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)團(tuán)聚體的形成，有利于微生物的生長繁殖[31]

研究表明，相較于王壤活性有機(jī)碳的含量，土壤活性有機(jī)碳在總有機(jī)碳的占比更能敏感地反映土壤碳庫的現(xiàn)狀，且土壤活性有機(jī)碳有效率可以抵消土壤總有機(jī)碳含量對活性有機(jī)碳的影響[32-3]。張淑娜等[34]研究表明，有機(jī)肥的施加均顯著降低了土壤活性有機(jī)碳各組分有效率。該研究結(jié)果表明，施用煤泥或煤矸石復(fù)混肥使土壤DOC組分有效率較NQ3顯著下降（降低 15.78% ）。但施用不同煤基復(fù)混肥MBC有效率與NQ3相比不顯著，由于煤基復(fù)混肥的施加促進(jìn)了MBC、DOC和TOC含量的增加，但MBC、DOC增加的幅度小于TOC，所以與NQ3比較其有效率呈下降趨勢。POC、ROC組分有效率普遍降低（分別降低 22.75%.9.74% ），可能是煤基復(fù)混肥的施加促進(jìn)了POC、ROC和TOC含量的增加，但POC、ROC增加幅度小于TOC，而非活性碳含量增加較大，所以其有效率較CK呈下降趨勢。冗余分析表明煤基復(fù)混肥土壤活性有機(jī)碳各組分及其有效率都有密切聯(lián)系，說明煤基復(fù)混肥的施加提高了土壤有機(jī)碳及其組分的含量，合理的配施煤基復(fù)混肥對科爾沁沙地土壤碳庫容量的增加和土地質(zhì)量的改善有顯著作用。

4結(jié)論

與不施肥和蚯蚓糞無機(jī)復(fù)混肥相比，煤基復(fù)混肥的施加顯著提高了土壤各指標(biāo)，其中 1200kg/hm² 煤矸石與800kg/hm² 蚯蚓糞及 50kg/hm² 化肥處理最佳。與蚯蚓糞無機(jī)復(fù)混肥相比土壤肥力指數(shù)提高了 15.25% ；土壤總有機(jī)碳含量提高了 25.83% ;以及土壤活性有機(jī)碳組分POC、ROC、DOC、MBC分別提高了 16.31%.13.79%.22.50%.10.52% 。施加煤基復(fù)混肥較蚯蚓糞無機(jī)復(fù)混肥相比土壤DOC、MBC、POC和ROC的增加幅度小于穩(wěn)定態(tài)碳的增加幅度。煤基復(fù)混肥處理與土壤總有機(jī)碳和土壤活性有機(jī)碳各組分含量呈顯著正相關(guān)。綜上所述， 1200kg/hm² 煤矸石與 800kg/hm² 蚯蚓糞及 50kg/hm² 化肥處理的施用不僅對于科爾沁沙地土壤有較好的固碳穩(wěn)庫作用，也能夠改變土壤有機(jī)碳組分分布特征，合理的施加煤基復(fù)混肥可以有效提高科爾沁沙地土壤綜合肥力，且對土壤碳庫儲量有顯著作用。

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