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煤矿复垦区不同有机物料的分解特征煤矿复垦区不同有机物料的分解特征 陈 兵1,2，王小利1*，徐明岗2*，李 然2，李建华3，靳东升3，段英华2，孙 楠2 （1 贵州大学农学院，贵州贵阳 550025；2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室，北 京 100081；3 山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原 030000） 摘要 【目的目的】研究不同有机物料在矿区复垦土壤中的分解速率及养分释放特征，为合理利用有机资源培肥矿 区复垦土壤提供科学依据。【方法方法】在山西黄土丘陵区矿区复垦长期试验点进行大田填埋分解试验。采用尼龙 网袋法，将供试的 4 种有机物料小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪烘干后过 2 mm 筛，均按等有机碳量 8 g 称 取后装入尼龙网袋埋入试验地 15 cm 深。在填埋后的第 12、23、55、218、280、365 天采样，分析 4 种有机物 料的干物质残留量和氮、磷、钾及半纤维素、纤维素、木质素含量，计算 C/N 值和木质素 Lignin/N 值。 【结果结果】秸秆和粪肥在矿区复垦土壤中的分解速率均在第 12 天达到最大，然后迅速下降，分解第 365 天时，小 麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪的质量残留率依次为 49.8、55.1、79.2 和 54.0，有机碳残留率依次为 48.8、53.4、63.9 和 51.8。供试有机物料的养分释放率存在差异，在最初分解的第 23 天，玉米秸秆的 氮、磷养分出现了明显富集，氮、磷养分残留率分别达到了 131.0 和 152.7，小麦秸秆、牛粪和猪粪的氮素 残留率依次为 93.0、81.3 和 67.8，磷素的残留率依次为 92.5、98.8 和 84.3，分解第 365 天时，小麦 秸秆中养分释放速率大小表现为钾 磷 氮，其他 3 个物料中养分释放速率大小均表现为钾 氮 磷。从整个 分解过程来看，玉米秸秆中氮素和磷素在矿区复垦土壤中表现出先富集再释放的模式，其他 3 个物料中氮素和 磷素均表现为直接释放模式。采用地积温方程能较好地拟合有机物料的分解过程，由方程可知，秸秆和粪肥的 分解速率常数 K 大小顺序为猪粪 小麦秸秆 玉米秸秆 牛粪。有机物料的分解速率与养分和木质素等成分 的含量相关，全磷、半纤维素含量越高分解越快，木质素含量、C/N 和 Lignin/N 越高分解越慢。【结论结论】秸秆 和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解速率在填埋后第 12 天达到最大值，之后分解速率减缓。与秸秆相比，粪肥 的有机碳残留率较高，氮、磷养分释放快，其中以牛粪的分解速率最慢，有机碳残留率最高，因此，牛粪可作 为矿区复垦土壤培肥的首选有机物料。 关键词 有机物料；分解残留率；养分释放；矿区复垦土壤 Decomposition characteristics of different organic materials in coal mine reclamation area CHEN Bing1,2, WANG Xiao-li1*, XU Ming-gang2*, LI Ran2, LI Jian-hua3, JIN Dong-sheng3, DUAN Ying-hua2, SUN Nan2 1 College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving of Arable Land, Beijing 100081, China; 3 Institute of Agricultural Environment and Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030000, China Abstract 【Objectives】The decomposition processes and nutrient release characteristics of different organic materials were studied for the reasonable use of organic resources in the reclamation of soil in mining areas. 【s】There reclamation soil was located in loess hilly mining area, Shanxi Province. Four kinds of organic materials were used in a decomposing experiment, they were wheat straw WS, maize straw MS, cow manure CM and pig manure PM. All the tested materials were air-dried and cut into 2 mm pieces. Each 植物营养与肥料学报 2020, 266 1126–1134doi 10.11674/zwyf.19478 Journal of Plant Nutrition and Fertilizershttp//www.plantnutrifert.org 收稿日期2019–11–29 接受日期2020–01–15 基金项目国家重点联合基金项目（U1710255）；国家自然科学基金项目（31860160）。 联系方式陈兵 E-mail916578728 * 通信作者 王小利 E-mailxlwang； 徐明岗 E-mailxuminggang material containing 8 g of organic carbon was loaded into a nylon net bag, then buried 15 cm deep into the soil, and 36 bags were prepared for each material. The sample bags were collected on the 12, 23, 55, 218, 280 and 365 days since buried, the dry matter residue and nutrient contents were measured.【Results】All the tested straws and manures decomposed rapidly in the first 12 days and then dropped rapidly. After 365 days’ decomposition, the dry matter residual rates of WS, MS, CM and PM were 49.8, 55.1, 79.2 and 54.0, organic carbon residual rates were 48.8, 53.4, 63.9 and 51.8. The release of nutrients from straws and manures were varied. The N and P were enriched in the first 23 days, the residual rates of N and P in 23 days reached 131.0 and 152.7 in MS. The N residual rates of WS, CM and PM were 93.0, 81.3 and 67.8, and the P residual rates were 92.5, 98.8 and 84.3, respectively. After 365 days, the nutrient release rate in WS was K P N, and in MS, CM and PM were K N P. During the whole decomposition period, the N and P in the MS were enriched first, and then diluted, while in WS, CM and PM were continuously diluted. The order of decomposition rate constants K were PM WS MS CM. The decomposition rates increased with the increase of P and hemicellulose contents, while decreased with the increase of lignin content, C/N and lignin/N.【Conclusions】 The decomposition rates of straw and manure in reclaimed soil in Shanxi mining area reache the maximum on the 12th day and then slowed down. Compared with straw, manures have a higher organic carbon residual and a faster release of N and P. Cow manure has the lowest decomposition rate and the highest organic carbon residual rate, so it is preferred organic material for the fertilizing of reclaimed soil in mining areas. Key words organic materials; fraction of carbon remaining; nutrient release; mine reclaimed soil 由于煤炭资源的大力开发利用，导致矿区耕地 造成了大面积的塌陷[1]，塌陷后的土壤在复垦过程中 扰动较大，使得复垦后的土壤养分含量低及微生物 数量少、活性差等，致使土壤肥力低下[2-3]。快速提 高复垦土壤肥力最有效的方法就是施入外源养分[4-5]。 我国有机物料资源丰富，2015 年产量约 57 亿 t，其 中畜禽粪尿约 38 亿 t，养分资源量 N、P2O5和 K2O 约为 5000 万 t[6]；秸秆约 7.2 亿 t，养分资源量 N、 P2O5和 K2O 约为 2000 万 t[7]。若能充分利用好这些 有机物料，既能快速提升土壤有机质含量，培肥土 壤[8-9]，又同时解决了有机废弃物对环境的污染[10]。因 此，研究不同有机物料的分解及养分释放特征对有 机资源合理利用和矿区复垦土壤培肥具有重要的指导意义。 关于有机物料在土壤中的分解前人进行了大量 研究，如介晓磊等[11]在暖温带区的砂土中添加 5 种有 机物料的研究发现，秸秆的腐解速率显著高于粪 肥，腐解速率大小表现为玉米秸秆 小麦秸秆 鸡 粪 牛粪 猪粪；李逢雨等[12]在亚热带湿润气候区 发现不同秸秆的腐解均呈先快后慢的特点；马想等[13] 研究我国典型农田土壤中有机物料的腐解残留率变 化发现，粪肥残留率和其有机碳库中稳定碳库比例 明显高于秸秆，且其研究表明物料性质在有机物料 腐解过程中的贡献率为 28，比气候因素的贡献率 多 8。前人对于有机物料的养分释放特征也进行了 大量研究，如王允青等[14]研究发现作物秸秆中不同养 分释放速率大小表现为磷 氮 钾；陈尚洪等[15]研 究认为，作物秸秆腐解过程中不同养分的释放速率 表现为钾 磷 氮。李昌明等[16]研究认为秸秆在分 解过程中的养分释放率为 K P ≈ N，且氮、磷在释 放过程中表现出了富集‒释放模式，钾为直接释放模 式。目前，有机物料在农田土壤中的分解研究已经 积累了大量的文献资料，但是在矿区复垦土壤中的 分解研究相对比较少，且物料还田后多集中在测定 土壤有机碳、氮的变化[17-18]，而对于纯有机物料在矿 区复垦土壤中的分解速率和养分释放特征等问题尚 不清楚。本研究以山西省襄垣县西山底村长期定位 试验为平台，采用尼龙网袋法进行为期一年的有机 物料填埋分解试验，分析小麦秸秆、玉米秸秆、牛 粪、猪粪的分解速率及养分释放特征，以期为合理 利用有机资源培肥矿区复垦土壤提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验地点与材料 试验设在山西省长治市襄垣县王桥镇西山底 村，位于东 11300′、北纬 3627′，该地区属暖温带 大陆性季风气候，年平均气温 9.5℃，年均降水量 532.8 mm，且降雨多集中在 79 月份，年均蒸发量 达 1768.1 mm，无霜期约 169 天。供试土壤的基本理 6 期陈兵，等煤矿复垦区不同有机物料的分解特征1127 化性质为有机质 16.63 g/kg、全氮 0.87 g/kg、全磷 0.51 g/kg、有效磷 7.25 mg/kg、速效钾 155 mg/kg、 pH 为 7.98。供试的材料全部采自于该区域，分别为 小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪 腐熟的 和猪粪 新鲜 的，将每种有机物料风干后挑出杂物，确保每种物 料的单一性。供试材料的初始养分含量见表 1。 1.2 试验设计 试验采用尼龙网袋法[19]，尼龙网袋规格为长 25 cm、宽 15 cm，孔径为 38 μm。选取此孔径是因 为它既有利于土壤微生物自由出入和隔绝土壤动物 侵入，又可保持袋内透水透气的性能，使试验结果 免受干扰，且分解条件较接近田间实际。4 种有机物 料不调节碳氮比，不与土壤混合的方式可确保物料 的单一性，以准确观测有机物料的分解残留状况。 在 60℃ 下烘干，磨碎过 2 mm 筛后，直接按等有机 碳量 8 g 装入尼龙网袋中 表 2，各处理均称 24 袋。 于 2018 年 9 月 12 日埋入试验地中，填埋表土层深 度 15 cm 处。并在试验地填埋 3 个地温仪 HOBOS- TMB-M006 实测土壤温度 图 1，填埋深度与尼龙 网袋深度一致。在填埋试验区不种植作物，使其处 于撂荒状态。试验分 6 次破坏性取样，根据试验区 地积温累积速率，分别于填埋后的第 12、23、55、 218、280、365 天进行采样。最后一次取样时间为 2019 年 9 月 18 日。取样品时，各处理均取出 4 袋。 取完样品后，清理干净尼龙袋外面的泥土并称取重 量，然后取部分残留物料样品在 60℃ 下烘干测定含 水量。 1.3 测定项目及计算方法 有机碳采用重铬酸钾–浓硫酸外加热法测定，氮 磷钾采用浓硫酸–双氧水一次性消煮，用凯氏定氮法 测定全氮含量，用钼锑抗比色法测定全磷含量，用 火焰光度法测定全钾含量[20]。采用范氏法[21]测定纤维 素、木质素和半纤维素含量。 有机物料分解残留率采用一级动力学方程进行 模拟[22] Ht H0H1e−Kt1 式中Htt 积温条件下 0℃ 有机物料残留率 ；H0t 积温条件下不易分解的量 ；H1t 积 温条件下易分解的量 ；K分解速率常数。 采用 Excel 2010 进行试验数据统计并作图，用 SPSS Staistics 17.0 软件进行数据的统计分析，并采 用 Sigmaplot 12.5 进行方程拟合。 表 1 有机物料初始成分含量 g/kg Table 1 Initial composition of the tested organic materials 有机物料 Organic material 有机碳 Organic C 全氮 Total N 全磷 Total P 全钾 Total K 半纤维素 Hemicellulose 纤维素 Cellulose 木质素 Lignin 小麦秸秆 Wheat straw 448.8 12.11 a 6.08 0.01 d0.79 0.01 c22.92 0.03 a311.9 2.06 a388.15 2.21 a72.36 0.15 a 玉米秸秆 Maize straw 440.8 4.73 a 8.54 0.08 c0.67 0.01 d 8.68 0.01 d298.2 1.77 b381.33 5.89 b57.25 0.29 c 牛粪 Cow manure 225.2 1.90 c11.31 0.06 b2.38 0.00 b15.56 0.02 c102.0 0.52 d 83.05 0.35 c59.74 0.26 b 猪粪 Pig manure 299.7 0.30 b29.95 0.39 a19.92 0.04 a 17.78 0.01 b226.8 0.99 c 87.62 0.65 c22.47 0.15 d 注（Note）同列数据后不同小写字母表示不同物料间差异显著 P 牛粪，达到平 衡值时的物料质量残留率牛粪 猪粪 玉米秸秆 小麦秸秆 表 3。 2.2 有机物料碳、氮、磷和钾养分的释放 4 种有机物料碳释放与物料质量残留率变化规律 相似，分解第 365 天时，小麦、玉米秸秆有机碳的 残留率分别为 48.8 和 53.4，猪粪有机碳残留率 为 51.8，而牛粪有机碳残留率高达 63.9，明显高 于秸秆和猪粪。玉米秸秆氮、磷养分的释放滞后于 碳素的释放，因而其含量在腐解初期表现出先增加 后降低的过程，而小麦秸秆、牛粪和猪粪氮、磷养 分的释放与碳的释放基本同步。钾素的释放快于碳 的释放，4 种物料的钾含量在分解第 23 天急剧下 降，之后下降减缓 图 3。分解第 23 天时，玉米秸 秆氮、磷养分含量为前一段的 131.0 和 152.7，小 麦秸秆、牛粪和猪粪氮、磷养分含量依次为前一段 的 93.0 和 92.5、81.3 和 98.8、67.8 和 84.3；钾素释放速率最快，小麦秸秆、玉米秸秆、 牛粪和猪粪钾素残留率分别为 12.7、22.2、 50.5、17.5，此时 4 种物料的养分释放速率大小 表现为钾 氮 磷。超过第 23 天后，钾素释放速率 均减慢，基本保持平稳状态，玉米秸秆氮、磷养分 表 3 有机物料质量残留率与积温的拟合参数 Table 3 Fitting parameters of mass residual rate and accumulated temperature of organic materials 有机物料 Organic material拟合方程 Equation KR2P 小麦秸秆 Wheat strawy 52.56 44.09e–0.0012x 0.00120.950.001 玉米秸秆 Maize strawy 56.92 40.13e–0.0011x 0.00110.960.001 牛粪 Cow manurey 79.72 17.40e–0.0006x 0.00060.870.016 猪粪 Pig manurey 57.99 39.50e–0.0018x 0.00180.950.003 注（Note）K分解速率常数 Decay rate constant；R2方程拟合优度 The goodness of fitting of the equation. 2018/09/01 2018/10/03 2018/11/04 2018/12/06 2019/01/07 2019/02/08 2019/03/12 2019/04/13 2019/05/15 2019/06/16 2019/07/18 2019/08/19 2019/09/20 30 25 20 15 10 5 0 −5 土壤温度 Soil temperature ℃ 图 1 有机物料腐解过程中的土壤温度变化 Fig. 1 Soil temperature changes during decomposition of organic materials 100 80 60 40 有机物料残留率 Residual rate of organic material 04080 120 160 200 240 280 320 360 400 分解天数 Decomposition days d 小麦秸秆 Wheat straw 玉米秸秆 Maize straw 牛粪 Cow manure 猪粪 Pig manure 图 2 有机物料质量残留率随分解时间的变化 Fig. 2 Change of residual rate of the tested organic materials with decomposion days 6 期陈兵，等煤矿复垦区不同有机物料的分解特征1129 开始释放，分解第 365 天时，玉米秸秆、牛粪和猪 粪氮、磷养分残留率依次为 66.0 和 75.4、54.5 和 67.4、40.9 和 47.8，而全钾残留率依次为 1.8、45.5 和 21.4，3 种有机物料养分释放速率 大小顺序为钾 氮 磷，小麦秸秆氮、磷和钾养分 残留率分别为 63.9 和 58.6 和 8.4，小麦秸秆的 养分释放速率大小顺序为钾 磷 氮。 2.3 有机物料木质素、纤维素、半纤维素含量随 分解时间的变化 4 种有机物料的半纤维素、纤维素和木质素含量 均随分解时间的延长而逐渐降低。分解第 55 天时， 小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪半纤维素分解了 30.2、31.3、11.9 和 29.9，纤维素分解了 25.5、27.4、10.9 和 17.3，而木质素仅分解 了 14.7、12.3、8.6 和 15.2，表明木质素的分 解滞后于半纤维素和纤维素。第 55 天后，牛粪半纤 维素和木质素分解速率显著低于秸秆和猪粪，秸秆 纤维素的分解速率显著高于粪肥。分解第 365 天 时，小麦秸秆、玉米秸秆、牛粪和猪粪半纤维素残 留率依次为 35.8、39.9、67.1 和 40.1，纤维 素残留率依次为 37.9、42.6、70.7 和 50.4， 木质素残留率依次为 60.9、63.6、74.5 和 60.6，表明 4 种有机物料的 3 种组分分解速率表现 为半纤维素 纤维素 木质素 图 4。 2.4 有机物料 C/N 值和 Lignin/N 随分解时间的 变化 从图 5 可见，秸秆和粪肥的 C/N 和 Lignin/N 值变化不尽相同。在分解第 23 天时，小麦秸秆的 C/N 值从 73.8 下降到 62.0，玉米秸秆的 C/N 从 51.6 下降 30.7，下降速度明显，分解 23 天后，小麦 秸秆的 C/N 下降速度平缓，玉米秸秆 C/N 反而有上 升趋势。由于牛粪和猪粪的初始 C/N 值不高，因而 变化趋势不明显。小麦秸秆和猪粪的 Lignin/N 值变 化趋势相似，随分解时间延长呈现出先升高后降低 再升高现象。牛粪和玉米的 Lignin/N 值随分解时间 延长呈先下降后上升的趋势，这可能与有机物料木 质素与氮素在不同时期的分解速率密切相关。 2.5 有机物料分解速率与成分的相关性分析 分析 4 种有机物料分解速率与初始成分的关 系，Pearson 检验结果 表 4 表明，有机物料的分解 速率与初始的氮、磷含量成正相关，与初始木质素 含量成负相关。不同分解时期的养分质量指标对有 机 物 料 分 解 速 率 的 影 响 有 所 不 同 ， 分 解 前 期 0～12 天或 0～23 天 分解速率与全磷、半纤维素含 分解天数 Decomposition days d 0200300100400 有机碳残留率 Residual rate of organic carbon 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0200300100400 氮素残留率 Residual rate of N 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0200300100400 磷素残留率 Residual rate of P 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0200300100400 钾素残留率 Residual rate of K 160 140 120 100 80 60 40 20 0 小麦秸秆 Wheat straw 玉米秸秆 Maize straw 牛粪 Cow manure 猪粪 Pig manure 图 3 有机物料碳、氮、磷和钾素残留率随分解时间的变化 Fig. 3 Changes of organic C, N, P and K residual rate of organic materials with decomposion days 1130植 物 营 养 与 肥 料 学 报26 卷 量显著正相关，分解速率与木质素含量显著负相 关；分解后期，分解速率与氮、磷含量呈显著正相 关，分解速率与木质素、C/N 值、Lignin/N 值呈显著 负相关。 3 讨论 在本研究条件下，4 种有机物料在矿区复垦土壤 的分解速率均表现为初期快、后期缓慢，与前人的 结果[23-24]相似。秸秆和粪肥在前 12 天的分解速率较 快，主要原因是初始有机物料中易分解物质较多， 如氨基酸、有机酸、多糖等可溶性有机物质以及无 机养分，提供了微生物代谢活动所需的大量能源和 养分，且此阶段，日平均土壤温度均在 10℃ 以上， 有利于微生物活动。第 12 天后，有机物料中难溶性 有机物质半纤维素、纤维素和木质素等开始被分 解，分解速率有所下降 图 4，且土壤温度也快速降 低，40～200 天内每日平均土壤温度处于 10℃ 以 下，低温致使微生物活动降低，进一步减缓了对物 料的分解。分解到 218 天后，正好是全年中降雨量 最集中和温度最高的时候。此时的微生物活性最 高，所以有机物料又进入下一个快速分解阶段。表 3 的结果显示，除牛粪外有机物料的分解过程与积温 的拟合优度达到 95 以上。因此，在初期有机物料 中的易分解有机物分解后，较难利用有机碳的分解 速率主要受到土壤积温的影响。 除积温外，有机物料的性质也影响着物料的分 解速率。在本试验条件下，秸秆和粪肥的分解速率 常数表现为猪粪 小麦秸秆 玉米秸秆 牛粪，有 机碳残留率为牛粪 玉米秸秆 猪粪 小麦秸秆， 与部分学者的结论[11, 13, 25]不太一致，王金洲等[25]研究 不同有机物料的有机碳残留率，结果总体呈有机肥 ≈ 根茬 秸秆 绿肥；而马想等[13]认为秸秆在我国典 型农田土壤中的腐解速率显著高于新鲜粪肥，出现 这些差异的原因与物料中木质素的含量或 Lignin/N 值等有关。研究表明，木质素的含量或 Lignin/N 值 低，有利于有机物料分解；反之，抑制有机物料分 解[26]，相比小麦秸秆、玉米秸秆和牛粪来看，猪粪的 初始木质素含量最低和氮含量最高 表 1，Lignin/N 值也是 4 种有机物料中最低的 图 5，所以，这也是 猪粪能在分解初期比秸秆和牛粪分解的快的原因。 有机物料的分解往往伴随着养分的释放，在一 定程度上也影响着有机物料的分解速率。分解第 365 天时，小麦秸秆的养分释放速率大小表现为钾 磷 氮，玉米秸秆、牛粪和猪粪的养分释放速率大 小总体表现为钾 氮 磷 图 3，前人[15, 27]研究有机 物料养分释放也出现过类似 P N 或 N P 的不同结 论。养分的释放快慢与它在物料中存在的形态有 关，钾素主要以离子态或水溶性盐类存在于有机物 料中，因此释放速率较快[28]，氮、磷主要以有机态的 形式存在[29]，需要微生物活动才能分解释放。唐仕珊 等[30]和 Polyakova 等[31]认为 N 和 P 含量能显著影响微 生物代谢活性，N 和 P 含量越高，微生物代谢活性 就越强，繁殖就越快，有机物料的分解速率也随之 加快。因此，在试验地土壤养分缺乏，微生物活性 低的情况下，养分含量高的猪粪能够快速满足微生 物代谢所需要的能量，所以在初期分解速率最快 图 2。另外，玉米秸秆氮、磷养分在初期出现富集 0200300100400 半纤维素残留率 Hemicellulose residual rate 120 100 80 60 40 20 0200300100400 纤维素残留率 Cellulose residual rate 120 100 80 60 40 20 分解天数 Decomposition days d 0200300100400 木质素残留率 Lignin residual rate 120 100 80 60 40 20 小麦秸秆 Wheat straw 玉米秸秆 Maize straw 牛粪 Cow manure 猪粪 Pig manure 图 4 有机物料中纤维素、半纤维素和木质素残 留率随时间的变化 Fig. 4 Changes of cellulose, hemicellulose and lignin residual rate of organic materials with decomposion days 6 期陈兵，等煤矿复垦区不同有机物料的分解特征1131 现象，可能与试验地区少雨、土壤养分含量低从而 限制微生物活性有关[32]。Ozalp 等[33]和 Gessner 等34]认 为枯落物在分解过程中 N、P 含量有明显的上升趋势 可能与微生物活动有关。王瑾等[35]研究表明养分释放 速率与初始养分含量有关，认为凋落物中起始浓度 低的元素易于发生富集或者是富集量较大，浓度高 的元素能够满足微生物代谢活性的需求，所以富集 量一般较小或直接释放。玉米秸秆氮、磷养分是 4 种物料中较少的，可能是出现富集-释放模式的原 因 表 1。另一方面，也可能是土壤中的氮、磷养分 迁移至尼龙网袋中被玉米秸秆吸附[36]，造成玉米秸秆 出现氮、磷富集现象。 本研究对有机物料分解速率与成分含量进行相 关性分析发现，有机物料的分解速率与初始全氮、 全磷养分成正相关，与初始木质素成负相关，说明 初始氮、磷养分高的猪粪容易分解，木质素含量高 的牛粪相对稳定，不易分解，有机物料在分解过程 中各种成分含量及比值呈变化状态，使得不同时期 的有机物料质量的制约因子也可能不同[37]。本研究前 期分解速率与磷、半纤维素含量成正相关，后期与 木质素含量、C/N、Lignin/N 呈显著负相关。说明有 机物料在矿区复垦土壤中，在分解前期全磷、半纤 维素是良好的预测指标，但就长期的分解来看，木 质素含量则是较好的预测指标。 4 结论 秸秆和粪肥在山西矿区复垦土壤中的分解过程 均表现为初期快速、后期缓慢的特点。分解第 365 天时，小麦和玉米秸秆有机碳的残留率为 48.8～53.4，猪粪有机碳残留率为 51.8，而牛 粪有机碳残留率高达 63.9，明显高于秸秆和猪粪。 从养分残留率看，小麦、玉米秸秆全氮残留率分别 为 63.9 和 66.0，全磷残留率分别为 58.6 和 75.4，而全钾残留率仅分别为 1.8 和 8.4。牛粪 表 4 分解速率 Kj-365 与有机物料成分含量 Xj 的相关性分析 Table 4 The correlation between decomposion rate Kj-365 and the contents of components in organic materials Xj 分解天数 d Decomposion days 氮含量 N content 磷含量 P content 半纤维素含量 Hemicellulose content 纤维素含量 Cellulose content 木质素含量 Lignin content 碳/氮 C/N 木质素/氮 Lignin/N 00.748**0.687**0.4430.085‒0.729**‒0.195‒0.418 120.4820.515*0.549**‒0.049‒0.400**‒0.013‒0.186 230.384