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因温室气体排放造成的全球气候变化是当前国际社会关注的热点。通过植被恢复增加陆地生态系统碳汇则被认为是缓解气候变化的重要手段。露天煤矿开采造成生态环境的剧烈扰动,引起矿区生态系统碳存储能力的衰退乃至丧失。经过地貌重塑、土壤重构与植被重建等土地复垦过程,矿区生态系统逐步由“碳源”向“碳汇”转变。但目前对矿区复垦生态系统碳固存的机理认识尚不清晰。本研究依托国土资源部矿区土地复垦——山西朔州野外科学研究基地,以平朔矿区已复垦的南排土场、西排土场为研究区,在实地调查(土壤、植被)基础上,运用土壤学、生态学等学科的相关理论与方法,从土壤与植被碳库的时空变化角度,探讨平朔露天矿复垦生态系统碳存储机理与效应。主要研究结果如下:(1)植被配置模式是碳固存速率的决定因素。刺槐X油松林碳固存速率远高于其他林地。复垦耕地土壤有机碳(SOC)随复垦时间呈现先降低后升高的趋势。刺槐、油松、榆树纯林下土壤活性有机碳组分——微生物量碳(MBC)、易氧化碳(EOC)和水溶性碳(DOC)随复垦时间增加而增加。刺槐纯林土壤固存SOC和EOC优势明显;油松纯林则更有利于土壤MBC积累;榆树纯林在复垦初期碳固存效果不如刺槐和油松林,但复垦10 a后则优于刺槐和油松林。活性有机碳组分随土层深度呈现S变化趋势,其中0～20 cm 土层碳储量高于深层。土壤SOC和活性有机碳组分的积累受到其他土壤理化性质的制约,其中N可能在SOC及其活性有机碳组分的积累中起重要作用。(2)平朔矿区刺槐纯林生态系统呈现正向演替特征,经过10年左右时间土壤和植被可以恢复到扰动前水平。刺槐纯林乔木指标(树高、胸径、冠幅、植被碳蓄积量、植被碳密度)均随复垦时间增加;土壤pH、容重(BD)随复垦时间增加而降低,除磷(P)以外的其他指标(SOC、TN、TK、AN、AK)随复垦时间增加而增加;植被生长主要受到SOC、N等因子制约。刺槐X油松混交林植被碳密度为26.55 Mg/ha。每木碳蓄积量空间分布上呈现非均质特征。存活刺槐株距在0～4.5m之间、油松在0～1.2 m之间,则每木碳积累会因竞争受到抑制,榆树之间则因种内的广泛竞争,每木碳积累受到抑制。(3)两大排土场土壤碳库碳储量为8853.88 Mg,碳库密度为21.96 Mg/ha。南排土场土壤碳库碳储量和密度要高于西排土场。南排土场中部、东部土壤碳储量较高;西排则中部和南部属于土壤碳储量高值区。两大排土场植被碳储量为10361.71 Mg,碳密度为25.70 Mg/ha。西排土场植被碳储量和密度均高于南排土场,而同一排土场中部和东部又高于西部。两大排土场总碳库(土壤+植被)碳储量为19215.59 Mg,碳密度为47.66 Mg/ha。西排土场总碳库碳储量和密度高于南排土场。(4)土地复垦显著的提高了矿区生态系统功能,复垦地生态系统多功能已超过原地貌。S I和SIV样地35个指标值均较高,且2样地分别有9个指标高于其他样地。刺槐×油松混交林在所有复垦模式中生态系统多功能性表现最优,该模式促进了复垦地生态系统生产力和生物多样性恢复,提高了复垦地生态系统碳固存和养分循环功能。生态系统功能是多种因子相互作用的结果,不同复垦模式经过长期演替,生态系统功能有可能趋于相似,但复垦模式仍是生态系统多功能性的决定因素。碳固存量可以作为生态系统功能恢复(土地复垦质量)评价的替代指标。总之,土地复垦显著提高了平朔矿区碳固存量,复垦不同阶段的生态系统要素(土壤、植被等)的碳固存量可以很好表征复垦生态系统演替过程。