采煤塌陷对毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)根际环境影响

以毛乌素沙地油蒿根际土壤为研究对象,研究了1~3a内塌陷对油蒿根际土壤主要肥力指标(理化性质、根际微生物数量及酶活性)的影响.结果表明:与未开采区相比,采煤塌陷区土壤容重、田间持水量下降,根际土壤速效磷、速效钾、碱解氮含量显著降低(P<0.05),土壤pH值、电导率显著增大.塌陷区表层0~20cm细菌、放线菌数量下降,真菌数量增加;20~40cm、40~60cm层土壤细菌、真菌、放线菌数量较未开采区有所增加.塌陷1~3a区域根际土壤酸性磷酸酶显著高于未开采区(P<0.05);塌陷2a、3a表层土壤蔗糖酶活性显著高于未开采区,深层土壤蔗糖酶活性高于未开采区但未达到显著差异(P>0.05).塌陷3a时土壤速效磷、碱解氮、表层细菌数量、脲酶、蔗糖酶等指标与未开采区无显著差异,而其他指标仍未恢复到未开采前状态.植物根际具有一定的自修复能力,但是恢复到未开采状态下仍需要较长时间.     

煤矸石充填重构土壤剖面温度变化对覆土厚度的响应

为探究不同覆土厚度煤矸石充填重构土壤剖面温度变化及其对表层土壤微生物量碳(MBC)含量和土壤呼吸的影响,根据覆土厚度将研究区分为A(15~40 cm),B(40~60 cm),C(60~80 cm)和D(80~100 cm)4类监测区,分别测定重构土壤0~120 cm 土壤层温度和表层土壤呼吸速率,并采集表层土壤测定其MBC的含量。结果表明：监测区表层土壤(5 cm)日最高温度和温度变幅均呈A>B>D>C,监测区A和B年均温度要比C和D高出1 ℃左右。矸石层的存在会影响表层0~20 cm土壤温度的日变幅,并且随着覆土厚度的增加,表层土壤温度日变幅逐渐减小。当覆土厚度大于80 cm时,土壤层的温度变化几乎不受矸石层的影响。随着太阳辐射的增加,矸石层对土壤层温度的影响也会增强,并且随着覆土厚度的增加,矸石层对土壤层温度的影响会逐渐削弱。Tc值(矸石层对表层土壤的温度影响系数)能够准确地定量分析矸石层对土壤层温度的影响并估算重构土壤的覆土厚度。重构土壤表层土壤MBC含量与温度无显著相关性,覆土厚度过薄或过厚均不利于MBC的累积,当覆土厚度在60~80 cm时最有利于表层土壤MBC的累积,其年均MBC含量为83.46 mg/kg。重构土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关,但不同覆土厚度重构土壤呼吸速率的差异主要是由矸石层引起,并且矸石层对重构土壤的影响随着覆土厚度的增加逐渐减小。     

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%。     

地表裂缝对沙柳根际微生物和酶活性的影响

以裂缝未经过的沙柳为对照,通过测定0~10,10~20,20~40 cm土样,利用统计分析方法研究了神东矿区补连塔煤矿有裂缝经过的沙柳根际微生物数量和酶活性的时空演变特征。结果表明：地表裂缝降低了沙柳根际细菌、真菌和放线菌的数量,提高了蔗糖酶、磷酸酶和脲酶的活性,改变了微生物、土壤酶以及微生物与土壤酶之间的内在联系。经过1 a多时间,沙柳根际真菌数量、磷酸酶活性和深层蔗糖酶活性受地表裂缝的影响有所减弱,而细菌数量、放线菌数量、脲酶活性和表层蔗糖酶活性受地表裂缝的影响未见明显减弱,沙柳根际细菌和真菌数量受地表裂缝影响的下降幅度、蔗糖酶活性和磷酸酶活性受地表裂缝影响的上升幅度的垂直分布格局发生了改变。可以得出：地表裂缝对沙柳根际的生物活性造成了一定的影响,沙柳根际的生物活性具有一定的自修复能力,但其完全恢复尚需较长时间。     

陕北不同地貌类型区采煤沉陷对土壤微生物和酶活性的影响

深刻认识采煤沉陷的衍生生态损害效应已经成为当前修复西部煤矿区生态环境采动损害的关键基础科学问题和研究热点。掌握不同地貌类型单元采煤沉陷对土壤微生物和酶活性的影响规律有利于西部采煤沉陷区的生态环境保护与修复。以陕北煤矿区榆树湾井田（风沙地貌）、柠条塔井田北翼（黄土地貌）的典型沉陷坡面土壤为研究对象,分别采集不同坡面部位（垂直深度为0～60 cm）的土壤样品,分别采用绝对定量PCR方法和酶标仪法测定土壤细菌、放线菌、真菌的数量和蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶的活性,细致分析土壤微生物数量和酶活性在沉陷坡面上的空间变化特征,综合土壤主要理化特性,揭示不同地貌类型下采煤沉陷对土壤微生物和酶活性的影响规律。结果表明：(1)风沙地貌类型单元和黄土地貌类型单元的采煤沉陷都会导致沉陷坡面土壤微生物数量和酶活性显著降低,土壤微生物数量的降幅分别达到8.27%～42.39%和11.53%～45.95%,土壤酶活性的降幅分别达到6.52%～39.83%和9.09%～42.42%;随坡面部位由坡顶到坡中再到坡脚的转换,该效应对于土壤3种微生物和4种酶呈现出不同的变化特征;(2)黄土地貌类型单元的采煤沉陷对“...     

陕北煤矿区采动地裂缝对土壤微生物和酶活性的影响

采动地裂缝作为黄河流域中游煤矿区重要的采动损害类型,影响土壤特性的规律和机理成为当前的研究热点。为了探究采动地裂缝对土壤微生物特性的影响,本试验以陕北煤矿区宽度为20～40 cm的采动地裂缝为研究对象,采集裂缝周围(水平距离60 cm以内、垂直深度60 cm以浅)土壤样品,分别采用绝对定量PCR方法和酶标仪法测定土壤细菌、放线菌、真菌的数量和蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶的活性,剖析土壤微生物和酶的空间变化特征,在此基础上结合土壤主要理化特性指标,解译采动地裂缝在小空间尺度上对土壤微生物和酶的影响规律。结果表明:(1)采动地裂缝对土壤微生物和酶活性的负效应主要表现为水平差异特征,且随着水平距离的增加而明显减弱,当水平距离分别超过75,79,91,72,82,89,96 cm时,采动地裂缝对土壤细菌、放线菌、真菌、磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶的负影响基本消失,土壤微生物特性的损害主要集中在水平距离1 m以内,可作为陕北煤炭开采损害区土壤微生物精准修复的靶向区域;(2)采动地裂缝周围土壤中有机质、铵态氮、有效磷、有效钾、黏粒、含水率、pH的平均降幅依次为9.51%～28.46%,24.31%～29.31%,12.61%～19.86%,4.11%～6.51%,4.93%～6.46%,2.36%～4.26%,1.98%～3.14%,而土壤有机质、黏粒、铵态氮、有效磷等指标与土壤微生物数量、酶活性在小空间尺度上都存在高度的一致性,相关系数分别超过0.8和0.6,均达到极显著正相关水平(P0.01),土壤有机质质量分数也应作为陕北煤矿区采动地裂缝影响土壤微生物和酶活性的重要指示性因素。越靠近采动地裂缝,土壤微生物和养分特性的自我恢复潜力越小,修复时应着重考虑人工方式,反之应着重考虑自然方式。     

露天煤炭开采对矿坑周围土壤生物活性的影响

研究东部草原区大型煤田持续开采活动对采坑周边土壤微环境的影响,探索采矿时空序列梯度对生态的扰动机制,为进一步解决矿区生态环境问题提供基础数据。以宝日希勒露天煤矿北侧矿外自然草地区为研究对象,以距采坑的距离为干扰的强度梯度、开采推进的时间为干扰的时间梯度,设置距采坑最远的样点C3为对照,通过测定不同土层中的土壤微生物数量、酶活性和土壤理化,探索露天采煤扰动条件下,草原生态系统中土壤生物活性的时空异质性。结果表明:①随着扰动强度的提高,土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性,以及土壤含水量、全氮含量均减少或降低;相反土壤铵态氮和速效磷的含量提高。②随着干扰时间的延长,开采扰动对放线菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、土壤含水量、铵态氮、速效磷和全氮的影响增强,而对细菌和真菌数量的影响降低。③在露天煤矿开采的时间梯度与距离梯度交互影响下,土壤微生物及土壤酶活性均有一定响应,并且随着干扰时间梯度的减小,土壤生物活性的响应程度下降,而土壤因子的响应变化不同,只有个别因子与土壤生物活性具有相关性。     

煤矿复垦重构土壤呼吸季节变化特征及其环境影响因子

为了研究采煤沉陷地复垦生态系统土壤呼吸季节特征,探讨各主要环境影响因子对土壤呼吸的影响,利用Li-8100A自动土壤碳通量系统,测定潘一矿复垦区不同季节土壤呼吸速率,同时测定土壤温度、大气温度等环境影响因子。结果表明:1在季节尺度上土壤温度(10 cm)、大气温度和土壤含水率(10 cm)与土壤呼吸速率呈显著正相关。2土壤呼吸速率在日间呈单峰曲线型变化,土壤呼吸速率观测最大值出现在12:00—14:00,观测最小值出现在8:00和18:00两个时间点。土壤呼吸速率均表现出明显的季节变化特征,不同季节具有显著差异。与正常农田观测点数据对比知,大气温度和相对湿度差异不大,土壤呼吸速率、土壤温度和土壤含水率平均值略高于复垦区土壤观测点数据。3潘一矿复垦区重构土壤呼吸的Q10值为1.94,低于暖温带Q10平均值,低于中国土壤呼吸Q10平均值和农田生态系统的Q10平均值。研究结果初步阐明煤矿复垦区重构土壤呼吸的季节变化特征。     

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。     

基于显微CT研究不同复垦年限土壤孔隙的微结构特征

不同复垦年限下土壤孔隙微结构特征及其与复垦年限的关系尚未明确。为了探明矿区不同复垦年限土壤孔隙的微结构特征,选取河南省辉县市赵固煤矿复垦3 a(FK3)和10 a(FK10)土壤处理,并以原状地貌(CK)为对照。利用显微CT技术扫描200 mm田间原状土柱,结合Image J软件及其插件对土壤孔隙结构进行三维重建及分析。结果表明,复垦土壤孔隙结构稳定具有空间和时间的层次性和顺序性。随着复垦年限的增加,土壤孔隙度、孔隙数量、成圆率、分形维数和欧拉值总体呈逐渐增加趋势。从土壤剖面来看,0~30 mm土壤孔隙结构尚处于紊乱状态,孔隙数量表现为FK3＞CK＞FK10,而40~80 mm土层趋于稳定,孔隙数量呈现为CK>FK3>FK10。土壤剖面孔隙度与孔隙数量变化趋势基本一致。与FK3相比,CK和FK10的分形维数分别显著(P<0.05)增加了16.1%和12.3%,但FK10与CK间无显著差异(P<0.05)。相关分析表明,分形维数能综合表征土壤孔隙数量和形态特征,可作为沉陷区复垦土壤结构恢复状况的定量评价指标。本研究表明,复垦年限对沉陷区土壤结构修复具有较大影响,土壤结构达到稳定状态需经过10 a左右的时间。     

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。     

土壤改良介质对矿区先锋植物富集重金属能力的影响

为了探讨土壤改良介质对矿区先锋植物富集重金属能力的影响,选取郴州市柿竹园尾砂坝、高斯贝尔尾砂坝两处矿区土壤,采用沸石、40%沸石+60%草炭、80%沸石+20%食用菌下脚料3种介质以1∶15混合尾砂坝土壤形成改良土壤;利用改良土壤对多种先锋植物(小飞蓬、花叶水葱、苦菜)盆栽培育4个月,然后测定植物根、茎叶以及改良土壤中Cu、Zn、Pb的含量。结果表明,两处尾砂坝土壤中重金属含量关系为Zn>Pb>Cu,其中高斯贝尔尾砂坝土壤的Cu、Pb含量更高。柿竹园尾砂坝土壤中Zn含量约为Cu含量的6~25倍、Pb含量的3~10倍,而高斯贝尔尾砂坝中Zn含量约为Cu含量的6~8倍、Pb含量的1~3倍。土壤改良介质对植物富集Cu、Zn、Pb的能力均有影响,对于不同重金属污染的土壤,可采取多种植物混合种植,实现重金属污染土壤的修复。     

基于粉煤灰基质充填覆土复垦的最佳覆土厚度

为研究粉煤灰充填复垦地种植农作物的经济产量达到最优时的最佳覆土厚度,选择淮南上窑粉煤灰场复垦地为研究对象,选取不同厚度覆土（A：<40 cm;B：40~55 cm;C：55~70 cm;D：>70 cm）的地块采样监测冬小麦的经济产量、根长密度、土壤含水量、土壤pH、土壤N,P,K营养元素含量等指标。实验结果表明：有利于冬小麦生长并得到最佳产量的适宜覆土厚度为55~70 cm,其土壤pH为8.15,N,P,K含量分别为6.272,26.253,143.76 mg/kg。综合评价结果表明该地块的表土具有较好的营养能力,土壤质量较好。     

核桃岩沟南区煤矸石堆场生态修复实践

煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物，也是煤矿区环境整治的一大难题。以阳泉市南庄矿核桃岩沟南区煤矸石堆场生态修复实践为例，介绍了煤矸石堆场整形整地技术要点:整理后的地形坡度为28°左右，平台覆土厚度50~100 cm，施工中机械自然碾压；边坡覆土厚度30~50 cm，实施分层覆土并人工压实，土壤密度底层1.60~1.80 g/cm³、表层1.25~1.35 g/cm³。同时介绍了项目区生态修复适宜物种的选择、植被群落配置及其栽植技术要点。项目实施后，绿化效果明显（干旱春季植被覆盖率约70%）。煤矸石堆场生态修复实践可为同类项目尤其是气候干旱地区的矿场绿化提供经验及参考。     

松散地层深部沉降变形的光纤Bragg光栅监测

为了监测松散含水地层沉降变形,提出了一种在预设钻孔中埋入光纤Bragg光栅传感器网络系统的监测方法.根据光纤Bragg光栅传感原理和矿井地层情况,设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用/空分复用混合阵列,研究了光纤Bragg光栅传感器应变传递规律,通过监测得出了风井松散层应变变化情况,在146~149 m的砂砾层和167~176 m的黏土层处应变最大,截至2008-05-01最大应变变化量为121.68 με.工程实践表明,光纤光栅传感器监测正常,系统稳定,光纤光栅作为应力应变检测使用安全可靠.     

土层对污染治理药剂扩散的影响分析

为了研究污染修复过程中治理药剂的扩散影响,以南京某污染场地土壤渗透扩散为例,借助HYDRUS软件模拟不同土层对污染治理药剂扩散的情况,通过观测点含水率、孔隙流速、浓度变化得出土层对药剂扩散的影响,数值结果表明,药剂扩散的影响主要是不同土层的孔隙、黏粒含量等差异造成土层渗透性、持水能力不同,进而导致分界处下层土壤小孔隙阻碍上层土药剂向下渗透,最终出现药剂扩散不充分、返浆问题。研究对于工程当中药剂治理污染土壤具有一定借鉴意义。     

采煤沉陷地夹层式充填复垦原理与方法

充填复垦是提高耕地恢复率的有效途径。现有充填技术采用一次性充填方式,形成典型的“土壤层+充填层”双层土壤剖面构型。在覆盖土壤厚度不足的情况下,复垦土地的生产力低,为此,提出 “土壤层+充填层+夹层+充填层……”的夹层式多层土壤剖面构型,并以黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地为例,从夹层式充填复垦的原理和方法两个方面进行研究分析。结果表明:根据不同充填材料土壤质地情况,在充填材料层中设置与其质地相异的夹层,可以改善充填材料的水分和营养元素状况,改良了“土壤层+充填层”的双层土壤剖面构型存在的弊端,提高复垦耕地的质量。提出了一种充填复垦采煤沉陷地交替多层多次充填土壤重构方法,通过条带间交替充填工艺和多次充填与土壤回填,实现了夹层式土壤剖面结构重构的连续施工作业。在山东省邱集煤矿进行了实践,夹层式土壤剖面构型的小麦产量可以当年达到甚至高于对照农田。