时间序列下煤矸石充填复垦耕地和林地的土壤碳动态特征

为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理，揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律，研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象，并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作为对照。通过实地采样并检测土壤总碳(TC)、总氮(TN)、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤理化性质(pH、AN、AP)，探究时间序列下复垦重构土壤在耕地和林地2种不同利用方式下的土壤碳动态特征，及其与土壤理化性质的相关性关系。研究结果表明：复垦后耕地和林地利用方式下土壤有机碳含量均随复垦时间的增加而逐渐增加，复垦3 a和12 a的耕地和林地相比，耕地各土层深度下土壤有机碳含量均高于相应深度林地土壤；复垦12 a的耕地土壤0～20 cm有机碳含量已与对照无显著差异，复垦12 a的林地土壤40～60 cm能达到对照水平。各复垦年限耕地和林地土壤中总碳含量均高于对照，这与复垦土壤中较高比例的土壤无机碳含量有关。复垦后土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，相同复垦年限的耕地和林地土壤相比，耕地土壤微生物量碳含量均显著高于林地，且增速更快；复垦9 a的耕...     

黄土区露天煤矿排土场复垦初期土壤颗粒组成空间变异分析

土壤重构的好坏直接关系到黄土区露天煤矿排土场植被的恢复状况,研究排土场复垦后的土壤特性对排土场生态的恢复有很重要的作用。本文以黄土区露天煤矿排土场复垦区为研究对象,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,以半方差函数为基本工具,应用Arcgis地统计模块研究了0~40cm复垦初期土壤颗粒的空间变异规律,并运用普通克里格法(Ordinary Kriging)进行最优无偏线性插值,制作了不同粒径土壤颗粒含量的空间分布图。结果表明:1在复垦初期0~20cm和20~40cm不同粒径土壤颗粒组成特点比较类似,均以粉粒平均含量最高,沙粒平均含量居中,而黏粒平均含量最低,各粒径土壤具有中等偏弱的变异性;2通过半方差函数的拟合,黏粒含量的半方差函数符合球状模型,粉粒含量的半方差函数在0~20cm层次符合球状模型,在20~40cm符合指数模型,砂粒的半方差模型在0~20cm符合球状模型,在20~40cm半方差函数符合指数模型,不同粒径土壤颗粒含量在一定范围内存在空间自相关性,具有中等的空间相关性;3基于半方差模型的普通Kriging插值图能更直观地揭示了复垦区不同层次土壤颗粒的空间分布状况,从土壤颗粒组成的垂直方向和水平方向来看,在0~20cm的水平方向上,研究区中粉粒含量高值区对应着砂粒含量的低值区,二者有较好的互补性,而在垂直方向不同土壤粒径含量在空间分布并没有明显的规律。本研究可为黄土区排土场复垦土壤剖面重构和培肥改良提供一定的借鉴和参考。     

黄土丘陵区露天煤矿复垦排土场地形因子对土壤有机碳的影响

为研究坡度、坡向和海拔等地形因子对黄土丘陵区露天煤矿复垦土壤有机碳空间分布的影响,选择山西平朔矿区安太堡露天煤矿西排土场为研究对象进行土壤采样,以1 m等高线图为基础图件在GIS平台下对等高线图进行数字化处理生成DEM,并进行综合分析,结果表明,黄土丘陵区复垦土壤有机碳含量与海拔呈负相关关系,但相关性不显著;坡度与有机碳呈显著单峰型曲线关系,二者拟合较好;坡向在一定程度上也会影响有机碳的空间分布,有机碳含量整体表现为:阴坡阳坡半阳坡半阴坡。     

复垦土地土壤有机碳空间插值方法研究——以平朔露天煤矿为例

通过优化空间插值方法获取矿区重构土壤有机碳含量对于复垦农用地监测与评价具有重要的理论和实际应用价值。采用多元线性回归法、反距离加权法、普通克里金法及回归克里金法对平朔煤矿复垦区土壤有机碳含量进行空间插值分析,插值精度通过Pearson相关系数、均方根误差、平均预测误差以及准确度进行评价。研究结果表明：① 露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳空间变异性较大,变异系数最高达到145.408%,属于强变异性;② 预测精度上,回归克里金法的预测精度最高,Pearson相关系数达到0.984,均方根误差、平均预测误差以及准确度分别为-0.012,0.211,0.991,多元线性回归法的的预测精度次之,预测精度最差的为反距离加权法及普通克里金法;③ 局部细节表达上,回归克里金法的预测表达较为精细,能够较好地刻画出数据的跳动性和不确定性,反距离插值法与普通克里金法预测具有明显的平滑作用,空间变化较为连续。回归克里金法相较其他方法在露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳插值预测具有较大优势。     

北方大型露天矿区土壤有机碳库扰动与恢复研究

大规模露天煤矿开采严重扰动了矿区地形地貌和土壤碳循环过程。露天矿区土壤有机碳恢复提升符合“双碳”目标,对土壤肥力改善和生态系统自维持具有重要意义。为揭示露天采矿引起的土壤有机碳库的损失扰动特征,掌握矿区土壤有机碳恢复的影响因素及其提升策略,以我国最大的露天煤矿群准格尔矿区为研究区域,通过哨兵二号遥感影像提取了采损区域,采用了149个土壤采样和统计插值、影响因素回归分析等方法。研究结果表明,半干旱地区露天矿排土场矿山土与自然土壤的理化性质、生物活性等都具有明显差异,缺少自然表土覆盖的新复垦排土场矿山土有机碳含量极低,平均为0.19%;由于自然表土剥离不规范,无序混排等,据测算该区域表层土壤有机碳损失累计超过62万t;回归分析表明影响矿山土有机碳的恢复的因素依次是全氮（0.559）、复垦年限（0.225）和植被NDVI(0.172);调查表明复合植被恢复模式的土壤有机碳含量显著高于单一植被恢复模式,其中沙棘、苜蓿、草木樨构成的草灌群落土壤有机碳含量接近自然土壤。在单一植被恢复模式下,土壤有机碳含量恢复表现为：以沙柳等为主的灌木>以油松等为主的乔木>以火炬树等为主的小乔木>...     

安太堡露天煤矿3种刺槐复垦模式土壤质量评价

刺槐是我国黄土区露天矿土地复垦的先锋物种,选择山西省安太堡露天矿排土场为研究区,分析了复垦21a的以3种刺槐为优势物种的复垦模式(SⅤ刺槐纯林、SⅣ刺槐+油松、SⅢ刺槐+榆树+臭椿)土壤的7项理化性质指标,以OP原地貌及UR未复垦地作为对照,计算各样地土壤的质量综合指数。结果表明,经刺槐复垦后土壤养分含量及有机碳含量在各土层均高于原地貌及未复垦地;土壤质量综合指数由高到低依次为:SⅣSⅢSⅤOPUR。刺槐的合理种植可以有效改良排土场的土壤质量,且刺槐+油松复垦模式对土壤的改良效果最佳,该研究结果可为黄土区露天煤矿土地复垦及土壤重构提供一定依据。     

煤矸石充填复垦修复区土壤有机碳空间分布研究

土壤有机碳(SOC)作为表征土壤质量与生态特性的关键指标,其恢复与分布状况的研究对评估重构土壤质量变化、指导重构土壤改良具有重要意义。本文以淮南市新庄孜矿煤矸石充填复垦修复区SOC为研究对象,按照不同覆土厚度与植被类型将研究区分为10种采样区,分层采集重构土壤剖面不同深度土壤样品(0～20、20～40cm),测定其容重(BD)、含水量(WC)、p H,以及有机碳(SOC),以研究不同覆土厚度、不同植被类型对SOC空间分布特征的影响,及其与土壤理化性质的相关性。结果表明:不同植被类型下的SOC含量整体上差异显著,表层土壤(0～20cm)的SOC含量由大到小依次为草地板栗林地黄豆地玉米地水杉林地; 20～40cm土层中SOC含量,草地板栗林地玉米地水杉林地黄豆地;不同覆土厚度下SOC含量在20～40cm土层中差异极显著,并随上覆土层厚度的增加而增大,最高值为覆土81～100cm的采样区(4. 06～5. 87g/kg),随着采样深度的增加,SOC含量逐渐减少,且随上覆土层厚度的加深,整体上的降低速率加快;上覆植被类型对研究区SOC含量的影响大于覆土厚度对其的影响;在研究区现有植被类型和覆土厚度的交互作用下对SOC的含量没有显著性的差异; SOC与pH值呈显著正相关关系,与BD呈极显著地负相关系,与WC呈正相关关系(P0. 05)。     

长期不同施肥复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征

研究采煤塌陷区复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征对不同施肥措施的响应,从而更好地理解土壤有机碳固持机制,并为该区域改善土壤质量、提升土壤肥力提供科学依据。通过采集复垦6 a定位试验不同施肥处理0~20 cm土层土样,采用物理分组法,分析土壤大团聚体中各有机碳组分(粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)以及矿质结合态有机碳(MOC)组分)的变化特征及其与土壤有机碳之间的关系。试验包括不施肥(CK)、施化肥(NPK)、单施有机肥(M)以及有机无机肥配施(MNPK)4个处理。研究结果表明,同CK相比,施NPK肥对大团聚体中各组分的有机碳含量均无显著影响;而M处理显著降低了MOC含量,达36.45%;MNPK处理显著提高了cPOC和f POC含量,分别是CK的4倍和2倍,但是显著降低了MOC含量,达39.01%。4个组分中,仅有cPOC和fPOC含量与SOC含量呈显著正相关,说明复垦土壤有机碳首先固存于未受保护的有机碳组分中。CK,NPK,M和MNPK处理下土壤固碳速率分别为0.82,0.68,1.36和1.58 mg/(ha·a)。土壤固碳速率与年均碳投入量呈显著的线性相关关系(R²=0.58,P<0.05),每年约有31%的投入碳转化到土壤中。综合来看,采煤塌陷区复垦土壤仍有一定的空间固存有机碳,有机无机肥配施是提升该区域土壤有机碳含量的有效途径,增加的有机碳优先固存于未受保护的有机碳组分中。     

马钢姑山矿业公司钟山排土场复垦效果分析

为掌握马钢姑山矿业公司钟山排土场的复垦效果,对该排土场复垦前的地表土壤、盆栽试验基质、复垦后的地表土壤及所栽种植物进行了营养元素含量及重金属含量的检测分析。结果表明：钟山排土场复垦土地中速效氮含量偏低,后续复垦工作中应增加氮肥的施用量或广泛种植固氮植物;钟山排土场原地表物质重金属含量超标,虽然在原地表覆盖客土能使植物较好地生长,但随着复垦年限的增长,复垦土地产出的农产品由于重金属的迁移作用,其重金属含量超过了相关国家标准的要求,因此后续复垦工作中应着重解决重金属迁移的问题。     

基于CT扫描的露天煤矿排土场重构土壤孔隙三维重建及定量表征

土壤孔隙对水分、养分的运移起着重要作用,重构土壤孔隙状况反映着复垦土壤质量的高低。通过对安太堡露天煤矿不同复垦年限排土场重构土壤(23,20,0 a)以及原地貌土壤进行CT扫描,获取土壤孔隙信息,基于Matlab平台进行土壤孔隙分布的三维重建,并搜索土壤孔隙团的个数及每个孔隙团的体积大小,计算土壤孔隙度,实现了重构土壤孔隙状况的定量表征。结果表明：随着复垦年限的增加,重构土壤孔隙度、连通性得到显著性提高,其中复垦23 a土壤孔隙状况最好,50~75 cm土层孔隙度最大,为23.92%,其次为复垦20 a土壤,25~50 cm土层孔隙度最大,为14.58%,未复垦土壤因受大型机械的压实作用,孔隙连通性最差,3个土层孔隙分布比较均一,孔隙度都接近于3%;孔隙团个数、最大孔隙团体积与孔隙度都符合较好的线性关系,随着孔隙度的增加,孔隙团的个数呈减小的趋势,最大孔隙团体积呈递增趋势;每个重建区域除最大孔隙团外,其余团的体积非常小。为了改善未复垦排土场土壤孔隙状况,应尽快进行植被恢复。     

覆土厚度对煤矸石充填重构土壤活性有机碳分布的影响

按照不同覆土厚度将研究区分为A(＞100 cm),B(60~100 cm),C(40~60 cm)和D(20~40 cm)4类采样区,分别采集重构土壤剖面不同深度土壤或煤矸石样品,测定其含水量(WC)、pH值、密度(BD),以及有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC),研究覆土厚度对活性有机碳(AOC)分布的影响。结果表明：复垦5 a后,试验区0~20 cm土壤层SOC含量增加0.48 g/kg,DOC平均含量为46.86 mg/kg,MBC平均含量为46.09 mg/kg。与其他类型重构土壤相比,研究区有机碳库的恢复进度较慢,这主要受制于区域土壤性质和复垦地的土地利用方式。研究区相同土壤层的SOC含量大小关系为A＞B＞C＞D,也即随覆土厚度增加,煤矸石充填重构土壤SOC含量也相应增加。采样区B和C的 0~20 cm土壤层MBC含量相对较高,说明覆土厚度过薄或过厚,均不利于表层土壤MBC的积累;采样区D的煤矸石层DOC含量高达97.90 mg/kg,表层土壤中含量也达到64.80 mg/kg,均高于其他采样小区,说明覆土厚度较薄时,上覆土壤DOC含量很可能受到煤矸石层的影响。煤矸石层的qMBC值不能准确反映重构土壤肥力质量,而上覆土壤的肥力质量和SOC,我们可以用MBC来表征或预测。MBC与重构土壤pH值、BD呈极显著负相关(p＜0.01)、与WC呈显著正相关关系(p＜0.05),而SOC和DOC与上述土壤理化性质的关系却与之相反。     

干旱区草原露天煤矿土地复垦技术分析

干旱区草原露天煤矿排土场水土流失严重,导致周边土壤盐渍化和草场退化,是干旱区草原露天煤矿土地复垦的重点和难点。以内蒙古胜利东二号露天矿排土场为例,通过实地调研与资料分析,对矿区采取的复垦技术进行了分析和总结。结果表明：①干旱区草原露天矿土地复垦的限制性因素主要有表土不足、水资源短缺、适宜物种少3种。②矿区可采取的工程措施包括表土剥覆、草帘固土防沙,生物措施有施用有机肥及合理配置草、灌、乔比例。研究结果可作为同类型草原矿区土地复垦的技术参考。     

黄土丘陵露天矿复垦土地适宜性分区的方法与运用

合理安排露天矿复垦后平台边坡土地里利用布局是露天矿复垦的关键环节。该文以山西省吕鑫露天矿为例,根据物种生长的"适地适种"原则,分析原地貌环境下耕地、林地、草地对海拔高度、土层厚度、地形坡度、地形坡向等立地环境的要求,构建土地利用适宜性评价指标体系,对复垦后的平台边坡合理安排土地利用方式。结果表明:1研究区耕地分布主要海拔高度在1240m~1380m,土层厚度在100cm以上,坡度基本在6°以内;林地在各海拔高度内分布均匀,在土层厚度80cm的坡度低于25°的平台和阴坡上分布较广;草地在各海拔高度、土层厚度、坡度和坡向范围内分布均匀;2该矿区复垦后宜耕地面积约为594.47hm2,占矿区总面积的46.3%,宜林地面积约为340.94hm2,占矿区总面积的26.56%,宜草地面积约为348.45hm2,占矿区总面积的27.14%。     

河曲露天矿排土场不同复垦区土壤质量评价

露天矿开采效率高、成本低、生产安全、经济效益好,但也使得排土场土壤的结构和理化性质受到了影响,导致土壤养分流失,对土地资源造成一定程度的破坏。以河曲露天矿不同排土场土壤为研究对象,基于非线性隶属度函数方法和改进的内梅罗指数评价法,选取了5项养分指标对其土壤肥力质量水平进行综合评价。研究表明,河曲露天矿不同复垦区土壤肥力质量指数排序为4_下(0.453)>1号(0.447)>2号(0.402)>3号(0.213)>4_上(0.139),即已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平;整体来看,土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,主要限制因子是有机质、碱解氮、有效磷,以及土壤酸碱度。本研究结果可为该地区后续土壤改良、提高土壤肥力及土壤可持续利用提供参考。     

黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术及实践

为研究黄河泥沙充填采煤沉陷地复垦新技术,选取山东省德州市邱集煤矿采煤沉陷地为研究对象,提出了间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术工艺流程并进行实践,通过研究复垦农田地貌景观、土壤剖面、复垦土壤理化性质以及复垦农田生产力,揭示复垦新技术工艺的优越性。结果表明:黄河泥沙间隔条带式一次性充填采煤沉陷地复垦技术可行,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率可达95.12%;技术实现表土和心土的分别剥离与回填,构造出与原有农田相似的上部60 cm土层结构,具有较好保水性和持水性,但在覆土过程中存在机械压实情况,具有较高的密度和较低的孔隙度;复垦农田覆盖土壤p H值较高,覆土层属于中度盐土,其基本不缺全磷、全钾(中高水平),轻度缺少速效钾状态(中级水平),缺少速效氮、有效磷、有机质(低级水平)和严重缺少全氮(极低水平),因此在复垦农田耕种过程中注意施加氮肥和有机肥;实地测产发现,复垦农田玉米产量(11 961.07 kg/hm2)与对照农田产量(13 032.80 kg/hm2)无显著差异(P0.05),说明复垦当年即可达到原有农田产量。通过山东省邱集煤矿采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦的实践,验证了黄河泥沙间隔条带式充填采煤沉陷地复垦技术的可行性,并可为该技术在其他地区的推广提供借鉴。     

草原露天煤矿区不同复垦模式效果对比

草原露天煤矿地处水土资源匮乏的干旱西部生态脆弱区,实现有限水土资源的高效合理利用是矿区土地复垦与生态恢复中的关键所在。以内蒙古大唐胜利东二号露天矿为研究对象,采用野外典型调查的方法,分析了复垦矿区不同表土堆存方式下土壤质量的变化,并对不同复垦模式排土场平台和边坡植被恢复效果进行对比。研究表明：表土在草原露天煤矿复垦中起着至关重要的作用,散状的表土存放方式能更好地保持表土的质量和特性,“覆表土+草帘+打网格+施化肥”的排土场平台复垦模式和“覆表土+覆草帘+草方格”的排土场边坡复垦模式下表层土壤质量和植被恢复效果最佳,但仍然低于原地貌水平。研究成果可为草原露天煤矿区土地复垦与生态重建提供技术支撑和理论依据。     

煤矸石填埋场土壤微生物学特性的时空变异

为了研究煤矸石填埋场土壤微生物学特性的时空变异,以山西长治司马矿煤矸石填埋场为研究对象,通过野外调查和采样分析,对不同复垦年限矸石场的土壤微生物特性进行了分析。结果表明,在垂直方向上,矸石场不同层次土壤的微生物数量以及真菌、放线菌占微生物总数的比例随着复垦年限增加而逐渐增加,而细菌与真菌的比值(B/F值)呈降低趋势。在林木根区水平方向上,随着复垦年限的增加,S1(树基附近)处的细菌占微生物总数的比例逐渐减少,真菌和放线菌占微生物总数的比例逐渐增加。充填复垦5 a后,S1位点的细菌数较S2处(距树干基部约100 cm处)显著低11.70%,真菌和放线菌数量分别较S2处高31.18%和19.08%,B/F值比S2处低19.95%。矸石场各土壤层次的过氧化氢酶、土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性随着复垦年限的增加呈增加趋势。在水平方向上,在充填复垦5 a后,与S2位点相比,S1处磷酸酶和蔗糖酶活性分别降低23.81%和17.95%,脲酶酶活性显著提高19.05%,但S1处的过氧化氢酶活性与S2位点相比没有显著差异。矸石场复垦土壤呼吸速率随着复垦年限的增加,呈增加趋势。在复垦第1年,S1和S2位置土壤呼吸速率没有显著差异。充填复垦3 a后,S2处的土壤呼吸速率显著高于S1,但到复垦5 a后,S1处的土壤呼吸速率较S2显著提高33.33%。     

露天煤矿排土场不同复垦植被土壤大孔隙特征

排土场复垦植被土壤存在直径可达数厘米的大孔隙或管状通道和植物根系,是形成土壤大孔隙及土壤优先流的主要原因。根据水分穿透曲线法和Poiseulle方程,系统地研究排土场不同复垦植被类型下(刺槐林地、榆树林地、混交林地、灌木林地、农地和荒草地)土壤大孔隙的半径范围、个数及分布情况。结果表明:不同样地土壤水分穿透曲线存在差异,6个样地0~5 cm土层稳定出流速率在0.019 3~0.031 5 mm/s,表现为乔木大于灌木大于草本;土壤水分穿透曲线呈现先快速增大后稳定的趋势,不同时期(活跃期、波动期、稳定期)具有不同的变化特征,砾石和植被根系是造成土壤穿透曲线波动的主要原因;土壤稳定出流速率随土层深度的增加而减小,0~5 cm土层的稳定出流速率最大(0.019 3~0.031 5 mm/s),50~60 cm土层最小(0.002 8~0.0 035 mm/s);排土场不同复垦植被土壤大孔隙半径介于0.03~4.71 mm,土壤大孔隙率为0.03%~16.58%,决定稳定出流速率65%的变异和饱和导水率42%的变异。