黄土塬区由于城镇化、工业化建设加快推进，农村空心化问题日趋严重，加之农村宅基地建设普遍存在“建新不拆旧”、不断占用优质耕地向外围扩展等问题，造成大量耕地资源的破坏占用以及废旧宅基地的闲置浪费，成为影响区域粮食安全和乡村振兴的主要瓶颈。因此，开展空心村废弃宅基地土壤复垦对于提高黄土塬区耕地资源数量、保障区域粮食安全、促进乡村振兴显得尤为急迫。然而废弃宅基地复垦土壤多来源于夯土墙拆除后的老墙土（生土），存在结构坚硬、养分低下等障碍问题，直接利用将严重限制复垦土壤的土地生产力和利用率，亟需改良废弃宅基地复垦土壤结构和肥力水平，提高复垦土壤综合生产力。 土壤颗粒间内力作用和表面电化学性质是决定土壤结构和肥力的关键内在动因。然而，目前关于不同有机无机改良材料如何影响废弃宅基地复垦土壤内力作用和颗粒表面性质的研究较少，缺乏系统深入认识改良材料施入后复垦土壤结构稳定性和肥力提升的内力作用机制，这阻碍着更好培育优良土壤结构和复垦土壤质量提升。因此，本研究选取粉煤灰（TF）、熟化剂（TM）、腐熟鸡粪有机肥（TO）、熟化剂+腐熟鸡粪有机肥（TMO）、粉煤灰+腐熟鸡粪有机肥（TFO）、对照（CK）6种处理，进行了5年田间定位试验，从微观尺度土壤颗粒间表面特性和内力作用入手，量化研究不同改良材料处理下空心村复垦土壤表面性质、静电斥力、范德华分子引力和水合斥力的变化特征，探寻宏观土壤质量提升的内力作用机制，以期筛选出适宜废弃宅基地土壤质量提升的材料组合，为改善复垦土壤结构和肥力、提高土地综合生产力提供科学依据。主要研究结论如下： （1）明晰了不同改良材料修复后废弃宅基地复垦土壤基本理化性状的演变规律。随着改良材料的长期施用，土壤养分含量逐步升高，复垦土壤有机质、全氮、有效磷等养分含量表现出显著增加的趋势（P＜0.05）。其中，TO、TF、TM、TFO、TMO处理下土壤有机质含量分别比CK处理增加了91.2%、84.7%、11.8%、132.3%、120.2%。改良材料的施用提高了复垦土壤C/N值和总孔隙度，降低了土壤容重。在夏玉米不同生育期内，0~105 cm复垦土壤贮水量显著增加。有机无机组合的TMO、TFO处理对土壤基本理化性质和剖面储水量改良效果较好。 （2）探寻了不同改良材料施用后复垦土壤表面电化学性质的变化趋势。随着改良材料的施用，复垦土壤比表面积，表面电荷数量，表面电荷密度的变化范围分别提升到11.36~14.05 m2·g-1，13.49~18.58 cmol·kg-1，1.14~1.76 C·m-2；表面电场强度可达到108V·m-1数量级。结果表明，有机无机结合的TFO处理对土壤理化性质和表面电化学性质影响最显著，土壤有机质、粘粉粒含量是复垦土壤比表面积、表面电荷数量等表面电化学性质变化的主要因素。 （3）阐明了不同改良材料对复垦土壤团聚体分布及结构稳定性的影响。长期施用不同改良材料后空心村复垦土壤水稳性大团聚体（＞0.25 mm）含量明显增加。TF、TO、TMO、TFO处理显著增加了土壤团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）值，降低了不稳定团粒指数（ELT）、分形维数（D）（P＜0.05）。在相同电解质浓度和电场条件下，TFO、TMO、TO、TF、TM处理下团聚体破碎强度（＜5 μm）分别较对照处理减少了43.70%、35.51%、25.97%、8.28%、5.49%，有机无机组合的TFO和TMO处理下团聚体结构稳定性提升效果较好。 （4）探明了不同改良材料施用下复垦土壤颗粒间的相互作用力变化规律。有机无机改良材料处理后，复垦土壤静电斥力略微增加，整体呈现出TFO＞TMO＞TO＞TF＞TM＞CK的大小趋势；颗粒间Hamaker常数值和范德华引力明显增加，增加的幅度显著高于静电斥力，进而降低了复垦土壤颗粒间DLVO力，增大了团聚体破碎的临界颗粒间距，TFO处理下复垦土壤更容易表现为吸引力，破碎临界颗粒间距最大，土壤团聚胶结能力越好。改良材料的施用增强了复垦土壤颗粒的粘聚和净吸引力，有机无机组合的TFO和TMO处理对复垦土壤结构净吸引力的提升效果较好。 （5）揭示了不同改良材料提升废弃宅基地复垦土壤结构稳定性的内力作用机制。复垦土壤颗粒间净合力与土壤MWD和CEC呈显著负相关关系。表明随着改良材料的施用，尤其是有机无机组合处理（TFO、TMO），复垦土壤颗粒间净合力在不断减小，复垦土壤团聚体MWD值和CEC含量不断增加，土壤结构稳定性和团聚性不断提升。土壤颗粒间相互作用力在团聚体稳定性方面起着关键作用，有机无机改良材料组合施用增加了复垦土壤颗粒间的净吸引力，促进了土壤团聚体胶结与稳定，对于复垦土壤结构稳定性提升和侵蚀防治提供了内力调控新思路。 综上所述，不同有机无机改良材料施用对复垦土壤基本理化性质和表面电化学性质均产生了积极影响。随着有机无机改良材料的施入，SOM、SSA、σ0、CEC、团聚体稳定性、Hamaker常数逐渐增加，而土壤容重和pH值略微减小。改良材料的施用改善了复垦土壤表面性质，增加了颗粒间净吸引力，削弱了土粒间排斥力，促进了复垦土壤颗粒间的相互吸附和团聚能力，进而提高了复垦土壤结构稳定性和肥力水平，TMO和TFO有机无机组合处理是复垦土壤质量提升的适宜材料组合。研究结果可为黄土塬区空心村复垦土壤结构稳定性和肥力水平改善、复垦土壤综合生产力提升和水土流失防治提供科学参考。 |
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