Biology Migration and Distribution Characteristics of Trace Elements in Reconstructed Soil with Coal Gangue Filling

With mixed gangue,coarse gangue and washed gangue as well as the maize in the reclaimed land in Luling Mine of Huaibei as the research object,the biology migration and distribution characteristics of trace elements in the reconstructed soil with different types of coal gangue filling were studied,the contents of Cu,Pb,Zn,Sn,Hg,Cd and Cr were determined,and the distribution characteristics of the trace elements in the coal gangue and different organs of the maize were analyzed.The results showed that the contents of trace elements were the highest in washed gangue and the least in coarse gangue in the gangue used for the reclamation,and there were significant differences in the enrichment ability of trace elements in different organs of maizes that were planted in reclamation land,of which fruit was weaker than other organs,while leaf presented strong absorption ability.

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况，该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象，采取室外田间小区试验和室内试验分析方法，选取不同覆土厚度50～60，60～70，70～80，80～90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析，发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著，劣于对照地块；煤矸石充填基质土壤理化性质较差；70～80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势；复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平；大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值，低于中国土壤环境质量标准二级标准，对复垦土壤已构成潜在的威胁性，应予以重视；覆土厚度50～60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平，煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值，低于中国土壤环境质量标准二级标准，应予以重视。结果表明70～80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度；新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势，复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准，未出现重金属污染情况，但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值，应予以重视。

煤矸石充填不同复垦年限土壤细菌群落结构及其酶活性

基于徐州市3块煤矸石充填复垦地(复垦时间分别为2015、2010和2001年)的土壤样本,采用Illumina PE250测序方法测定微生物群落组分,以未受采煤塌陷影响区的土壤样本为对照地,对比分析充填复垦区细菌群落的垂直结构及其时间变化.结果表明:(1)与对照地相比,复垦土壤在各个分类水平的细菌种类数量减少,群落多样性降低.随着复垦年限的增加,复垦地与对照地的贴近度越高.(2)厚壁菌门、变形菌门是复垦土壤中门水平的优势菌,厚壁菌门在复垦土壤中优势地位上升,有从20~40cm土层向0~20cm土层转移的趋势.(3)芽孢杆菌纲在纲水平占绝对优势,在复垦土壤0~20cm土层中的数量多于对照土壤,在复垦土壤20~40cm土层的数量随年限增加而减少.(4)乳杆菌目、芽孢杆菌目在目水平是优势菌,除硫单胞菌目对重金属污染修复有重要作用,然而在复垦土壤的0~20cm土层中的数量比正常农田土壤少74.81%~99.59%.(5)芽孢杆菌科、肠球菌科、链球菌科是科水平的优势菌,芽孢杆菌属、肠球菌属、乳球菌属是属水平的优势菌,芽孢杆菌属-JH7、屎肠球菌、乳球菌属-piscium是种水平的优势菌,3大类在复垦土壤中的数量比例大于正常农田,且在0~20cm土层中的差别更明显,在复垦土壤的20~40cm土层的数量随年限增加而减少.(6)脱氢酶活性与厚壁菌门下的多种细菌的数量呈显著负相关,与放线菌门的数量呈显著正相关,与γ-变形菌纲的数量呈极显著正相关.随着复垦年限的增加,土壤优势菌群的类型没有变化,但是数量结构在变化.厚壁菌门在缺水和极端环境下适合生长,变形菌门有助于土壤氮素以及能量的循环.采用微生物修复技术,调整土壤细菌群落结构,可以改善土壤质量,缩短土壤恢复年限.

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%。

煤矸石粒径结构对充填复垦重构土壤理化性质及农作物生理生态性质的影响

为了研究自然煤矸石充填复垦地和不同覆土厚度条件下不同颗粒级配煤矸石充填复垦地重构土壤理化性质及在其之上生长的玉米（Zea mays L.）的生理生态特性,以淮南创大“煤矸石充填复垦示范基地”为研究区域,通过分区分层采集实验区范围内土壤样品,检测并分析其主要营养元素及重金属含量,监测实验区内玉米各生理生态指标变化情况及其植株各部分的重金属含量,探究以不同颗粒级配煤矸石作为填充基质对其充填区域农作物的影响.实验结果表明：经过分选后的煤矸石作为填充基质比自然状态下的煤矸石填充基质具有较好的保水保肥性和透气性,尤其以70%-100%粒径为〈80 cm 的煤矸石作为填充基质的重构土壤培育的玉米,其各项生理生态指标均表现良好,说明该复垦方案更有利于玉米的生长.但两种以煤矸石作为主要填充基质的复垦方案都面临土壤中部分重金属含量超标和向植物体迁移的问题.如何降低重构土壤中重金属含量,减少土壤中重金属向植物体内的迁移将成为今后研究的重点.

煤矸石综合利用研究进展

煤矸石是我国目前排放量最大的矿山固体废弃物之一,其排放和堆存造成了资源浪费、环境污染等问题。从煤矸石的资源特性出发,系统论述了煤矸石资源化利用的途径和研究现状,主要有:提取和回收煤矸石中煤炭、硅、铝、钛等有用组分;制备用于废水处理的光催化剂、吸附剂和沸石分子筛;代替黏土矿物生产混凝土、水泥、砖等建筑材料;改良土壤、制备育苗基质、肥料等;作为充填材料进行采空区回填、路基充填、煤矿塌陷区复垦等;发电以及制备纸张等。我国煤矸石的资源化利用刚刚起步,整体利用率未达到理想水平,因此煤矸石资源化利用的研究应该注意地域差异、分批资源化及二次污染问题。通过对当前煤矸石综合利用最新研究现状的归纳整理,有利于系统性了解煤矸石资源化利用的优势与不足,以期为煤矸石的综合利用提供参考和借鉴。

采煤沉陷复垦区重金属分布特征及生态风险评价

以淮南新庄孜矿煤矸石充填复垦区为研究对象,通过现场调查取样、室内测试分析等手段,对煤矸石充填复垦区不同土地利用类型、不同充填深度土壤中Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Mn和Hg 7种重金属的分布特征进行研究,同时采用生态风险指数法,对研究区土壤重金属潜在生态风险危害进行评价。结果表明:表层土壤中Cu、Zn、Cd、Mn和Hg 5种重金属平均值均超过当地的土壤背景值,存在不同程度的污染,且Cd污染最严重。从垂直方向来看,除Hg外土壤重金属无明显分布规律,Hg的含量随土壤深度的增加而升高。复垦区土壤重金属潜在生态风险危害严重,不同重金属潜在生态风险危害程度不同,Cd和Hg的潜在生态风险危害最大。

引黄河泥沙充填复垦农田土壤的垂向入渗特征

以田间试验为手段,研究济宁地区黄河泥沙充填复垦农田和对照农田的土壤入渗特征。在充填农田和对照农田两类样地的表层分别均匀布设了5个试验点。采用单圈入渗对各个试验点进行现场入渗试验,并对每个试验点的土壤理化性质进行测定,分析其对于入渗的影响。选用经常用于野外入渗模拟的Kostiakov模型、Horton模型对两类样地的入渗过程进行模拟,发现两者均能较好地描述此次充填农田和对照农田试验点表层土壤的入渗特性,然而Kostiakov模型更适合描述此次充填农田和对照农田试验点表层土壤的入渗特性;除了CK3点的初始入渗率外,其余对照农田试验点的表层土壤入渗率均比充填农田大,主导影响因素是完整的毛管孔隙结构、大孔隙流和生物性大孔等;提出了深耕、加强充填泥沙层的保水保肥性、合理的灌溉方式以及科学的土壤剖面重构等改良充填农田的措施,以提高采煤沉陷地黄河泥沙充填复垦农田的农业生产水平。

煤矿塌陷区废碴充填复垦土壤理化性质研究

煤矿区充填复垦重构土壤在很大程度上改变了原生表层土体的构型,为了进一步了解粉煤灰、煤矸石充填复垦对土壤理化性质的影响,通过选取粉煤灰、煤矸石复垦土壤样品与对照土壤样品进行了实验研究,结果表明复垦土壤的理化性质较差。复垦土壤pH值呈碱性,土壤有机质含量降低,土壤全氮、速效磷、速效钾含量减少,土壤湿水分较为充足,风干水分分明显减少。

高硫煤矸石不同细度与用量对苏打盐化土化学性状的影响

根据山西省大同盆地苏打盐化土的特征,选取高硫煤矸石为研究对象,通过室内培养试验,重点研究了高硫煤矸石不同细度和不同用量对苏打盐化土的p H值、电导率(EC)、代换性钠离子含量和碱化度(ESP)等化学性状的影响。结果表明,施用高硫煤矸石后,苏打盐化土的p H值、代换性钠离子含量、碱化度(ESP)均有所降低,较对照分别降低了15.73%,28.57%,25.04%;而且随着高硫煤矸石用量的增加,各项指标的变化幅度增大,其中,以细度为0.21 mm、用量为9.6 t/hm2的高硫煤矸石对苏打盐化土的改良效果最为显著;施用高硫煤矸石会导致大量外源离子的输入,使苏打盐化土EC值与对照相比均有所升高,但通过调整土壤中盐离子的结构,使产生毒害作用的钠离子含量减少,对苏打盐化土起到良好的改良作用。

煤矸石充填土壤中多环芳烃的迁移规律研究

研究了煤矸石在不同埋藏时间和覆土深度过程中所含多环芳烃(PAHs)的迁移规律。研究结果表明,煤矸石所含多环芳烃随着埋藏时间和覆土深度的增加呈现出逐渐减少的趋势,当埋藏时间达到10 a时,除了少量菲以外,基本上全部迁移到周围土壤中;煤矸石中多环芳烃的迁移速率变化为中分子量物质<小分子量物质<高分子量物质;在淋溶作用下,埋藏时间对优控PAHs迁移的影响与埋藏深度的增加相比对迁移的影响更大。

贺西煤矿矸石山的绿化治理

为探索矸石山的绿化造林,治理矸石山污染,通过对山西吕梁贺西煤矿矸石山综合治理项目的研究,分析了煤矸石山的危害,因地制宜地提出相应的治理措施。矸石用于充填沟壑造地,充填过程中分层压实,当矸石堆至设计标高时,对矸石山平整覆土进行绿化或者土地复垦。将矸石山治理由防火灭火转变到污染防治,改善生态,美化景观,消除其对周围环境的不良影响。

海孜煤矿煤矸石充填复垦技术研究

以海孜煤矿为例,针对长期开采造成的大面积塌陷区,以及煤矸石利用率低,大量压占土地现象严重等问题,根据因地制宜的原则,对选定的四个项目区进行煤矸石充填复垦工程。工程结束后,将恢复建筑用地30.55hm2,耕地367.44hm2,同时消耗煤矸石3153t,既解决了土地利用紧张的问题,又有利用保护环境,防治环境污染,具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

施肥对复垦土壤微生物代谢功能与苗期玉米生长的影响

利用Biolog-ECO技术、WinRHIZO扫描仪及其图像分析技术,研究了对照CK(施肥量为0)、施复合肥F(施肥量为600 kg·hm^-2)、施有机肥O(施肥量为7500 kg·hm^-2)、有机无机肥配施OF(施肥量为复合肥300 kg·hm^-2+有机肥3750 kg·hm^-2)处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落代谢功能及苗期玉米根系形态等特征,结果表明:不同施肥处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落功能多样性差异显著,OF处理下土壤微生物多样性Shannon-wiener指数与Simpson指数最高,分别为3.22和0.96,Eveness指数最低,为0.21,而CK处理与之相反,Shannon-wiener指数与Simpson指数最低,分别为3.07和0.95,Eveness指数最高,为0.23;影响该区域土壤微生物群落代谢功能多样性的关键碳源包括6种氨基酸(L-精氨酸、L-天冬酰胺酸、L-苯基丙氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸)、4种酯(D-半乳糖酸γ内酯、丙酮酸甲酯、吐温40、吐温80)、1种胺(腐胺)、5种酸(D-半乳糖醛酸、2-羟苯甲酸、4-羟基苯甲酸、r-羟基丁酸、D-苹果酸)、3种糖(-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸盐、a-环状糊精)、3种醇(I-赤藻糖醇、D,L-a-甘油、D-甘露醇);OF处理下玉米根系形态参数如根长、根体积、根系分形维数及玉米生物性状如生物量、茎粗、株高等与CK处理差异最为显著,说明OF处理有利于煤矸石复垦土壤质量的恢复与提高,利于煤矸石复垦区玉米生长。

煤矿复垦地不同覆土厚度对小麦产量影响研究——以淮南煤矸石充填耕地复垦地为例

在淮南新庄孜煤矸石充填耕地复垦地中以覆土厚度水平作为控制因素研究其对小麦产量的影响及其相关性。在一定覆土厚度范围内,不同覆土厚度对小麦产量产生了显著性影响;小麦产量与覆土厚度有高度的线性正相关。其主要原因是底层充填煤矸石颗粒粗糙、坚硬,没有粘性呈分散状,机械阻力大,保水保肥能力弱;覆土厚度薄的地块与厚度厚的地块相比能储存持有的养分水分少进而影响其养分水分的提供。

采煤塌陷区湖泥充填复垦土壤的营养元素研究

试验比较了某矿区原地貌样地与塌陷样地以及湖泥充填复垦5a、12a样地土壤有机碳、全氮、全磷、全钾含量以及pH值的变化过程。测量的土壤深度为60 cm,每20 cm一层,比较了4个样地0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤养分的变化。结果表明:4个样地土壤剖面各层从上到下SOC、土壤全氮、全磷、全钾含量均呈递减趋势。0～20 cm,湖泥充填复垦12年样地土壤剖面各层SOC、土壤全氮、全磷、全钾含量均优于原地貌样地。20～40 cm、40～60 cm湖泥充填复垦12年样地土壤剖面各层SOC、土壤全N、全P、全K含量基本能够达到原地貌样地含量水平。湖泥充填复垦5年样地土壤剖面各层SOC、土壤全氮、全磷、全钾含量均低于原地貌样地,但相对矿区塌陷样地有很大改善。4个样地的土壤表层pH值差异不明显且均在中性范围内,适合植物和微生物的生长发育。

大通煤矸石充填复垦区不同植被类型土壤碳排放动态

2011年7月至2012年3月,利用LI-8100土壤CO2通量系统测定了淮南市大通煤矸石充填复垦区草地、灌丛、小乔木林、大乔木林土壤呼吸强度及其相关影响因子。结果显示,煤矸石充填复垦区4种植被类型下土壤呼吸强度的昼夜及季节变化均呈单峰曲线形式,最大值出现在夏季的12:00—16:00间,最小值出现在冬季的4:00左右;不同植被类型下土壤呼吸强度差异显著(p<0.05),且土壤呼吸强度有强到弱的顺序呈现:草地>灌丛>小乔木林>大乔木林。4种植被土壤CO2—C年释放通量分别为(999.74±62.26)g/(m2.a),(908.49±72.41)g/(m2.a),(869.22±56.23)g/(m2.a),(726.10±63.01)g/(m2.a),故考虑植被的碳减排效应,在煤矸石充填复垦区可以多种植乔木、灌木,而尽量少植人工草坪;复垦区土壤呼吸除受植被类型影响外,主要受10cm土层土壤温度的影响,各植被类型土壤呼吸强度对土壤温度的指数模型均可以解释88%以上的土壤呼吸变异;草地、灌丛、小乔木林、大乔木林碳排放对温度的敏感性Q10值分别为:2.57,2.71,2.96和3.67。

粉煤灰和煤矸石充填复垦基础研究

目前粉煤灰和煤矸石充填复垦已得到广泛开展,其存在的问题也日益突出。阐述了粉煤灰和矸石的各种理化性质、充填方法及复垦种植形式、充填后土壤存在的问题及应对策略,以期为土地复垦提供参考。

不同充填基质对复垦覆土层影响的研究进展

充填复垦采煤沉陷地是实现矿区可持续发展的重要途径,不同的充填基质会影响覆土层的容重、结构、养分含量、重金属含量及农作物的生长。为采煤沉陷地的复垦提供参考依据,综述了煤矸石、粉煤灰和污泥等不同充填基质对覆土层物理性状、覆土层养分含量、覆土层重金属含量和农作物的影响与适宜覆土层厚度的研究进展,提出了覆土充填复垦采煤沉陷地时应注意的问题及防护措施。

煤矸石深埋充填采煤塌陷区复垦造地技术研究

张双楼煤矿本着减少煤矸石占地量、增加耕地有效面积、合理利用土地资源原则,积极探索煤矿塌陷区治理新途径,采取煤矸石深埋充填复垦塌陷地新技术,高质量地复垦了采煤塌陷地151亩。项目施工过程中严格按照以实际地形为基础,结合煤层地质及矿山开采情况,科学合理地编制土地利用现状和规划用地结构平衡表;复垦造出的耕地十分平整,达到耕地平整度标准;耕作层平均厚度在1.2 m左右,符合农作物根系活动所需土壤厚度要求;工程取得了良好的效果,为今后类似塌陷区治理提供了科学借鉴。