不同有机腐熟物与荧光假单胞菌配施对复垦土壤氮素形态和酶活性的影响

[目的]本文旨在探究不同有机腐熟物与荧光假单胞菌配施在矿区复垦土壤的有效合理施用。[方法]以玉米作为供试作物,采用盆栽试验研究不同有机腐熟物(羊粪、牛粪、猪粪、鸡粪)与荧光假单胞菌配施对复垦土壤氮素形态和酶活性影响。[结果]有机腐熟物配施荧光假单胞菌可以在单施有机腐熟物的基础上有效提高复垦土壤各氮素、微生物量碳/氮含量和酶活性。以鸡粪配施荧光假单胞菌对各氮素、微生物量碳/氮含量以及4种土壤酶活性的提升效果最为显著,其与单施鸡粪处理相比,铵态氮含量显著提高13.12%,微生物量碳显著提高20.21%,蛋白酶活性显著提高16.11%。[结论]腐熟鸡粪与荧光假单胞菌配施效果最好,可作为复垦土壤中较为合理的施用方式。

垃圾场复垦土壤重金属铜的含量与分布

本文通过采集某学校污水处理厂垃圾场的复垦土样来测定土壤重金属铜的含量,研究其分布特征,并采用单因子指数法和单一重金属潜在生态风险因子法对重金属铜进行评价。讨论了土壤中重金属铜的可能来源,以期为土壤铜污染的防治和修复提供理论依据。

不同有机肥对煤矿复垦土壤磷吸附解吸特性的影响

【目的】石灰性复垦土壤磷素含量极低且易被其他离子吸附固定,严重影响作物的吸收与利用。研究不同有机肥对石灰性复垦土壤磷吸附解吸特征的影响,为加速培肥煤矿复垦土壤提供技术和理论依据。【方法】在山西省孝义市采煤塌陷区进行了4年的定位培肥试验,共设置了6个处理:不施肥、施鸡粪、施猪粪、施牛粪和氮钾肥、施氮磷钾肥。采集各处理土壤样品进行吸附动力学试验,测定复垦土壤磷最大吸附量、最大缓冲容量、吸附饱和度、解吸率,并分析影响磷吸附解吸的关键因素。【结果】采用Langmuir等温吸附方程可以极好地拟合复垦土壤对磷的吸附(R^(2)=0.924~0.992)。复垦年限和施肥处理以及二者的交互作用均对复垦土壤磷吸附解吸产生显著影响。随复垦年限的增加,土壤磷最大吸附量显著降低,而土壤磷吸附饱和度和解吸率显著增加。与复垦第1年相比,复垦第4年各施肥处理的土壤磷最大吸附量降低了12%~26%,土壤磷吸附饱和度增加了218%~885%,土壤磷解吸率增加了86%~118%。与两个化肥处理相比,3种有机肥处理下土壤磷最大吸附量显著降低了30%,最大缓冲容量降低了31%,土壤磷吸附饱和度增加了34%,磷解吸率增加了16%~24%。而且不同有机肥处理间也存在显著差异,有机肥对磷吸附的影响表现为猪粪>鸡粪>牛粪,对磷解吸的影响表现为鸡粪>猪粪>牛粪。冗余分析(RDA)结果表明,全磷和有机质是影响磷吸附–解吸的主要因素,贡献率分别为74%和13%(P<0.01)。【结论】施肥可以降低采煤塌陷复垦土壤对磷的吸附,增加磷的解吸能力,同一磷水平下有机肥的影响效果显著好于化肥。土壤对磷的吸附–解吸主要受土壤全磷和有机质含量的影响。在增加土壤磷有效性方面,鸡粪的效果优于猪粪和牛粪。随着施肥年限的增加磷吸附饱和度逐渐增加,建议持续监测土壤磷吸附–解吸特性,以警惕有机肥长期施用引起的环境磷流失风险。

有机肥对煤矿复垦土壤团聚体碳氮磷含量及细菌群落的影响

【目的】施用有机肥可以有效改善煤矿复垦土壤肥力低、团聚体数量少和土壤微生物活性低的问题。研究施用不同有机肥对复垦土壤团聚体中碳氮磷养分及细菌群落变化特征的影响,为复垦土壤合理培肥提供科学依据。【方法】依托山西省孝义市采煤塌陷区进行5年的定位培肥试验,供试作物为玉米。田间试验设施用鸡粪、猪粪、牛粪、化肥4个处理,另设一个不施肥对照。施肥处理每年养分总投入量为N 200 kg/hm^(2)、P_(2)O_(5)100 kg/hm^(2)、K2O 100 kg/hm^(2),有机肥用量以P_(2)O_(5)100 kg/hm^(2)为标准折算,氮、钾不足部分以化肥补充。在第5年玉米收获后,采集0—20 cm土壤样品,以干筛法将土壤样品分为>2 mm、0.25~2 mm和<0.25 mm 3个粒径组,通过常规化学方法测定各粒径土壤团聚体中碳、氮、磷养分含量,采用16S rRNA高通量测序法测定细菌群落及相对丰度。【结果】1)与CK相比,化肥处理显著降低了>2 mm团聚体比例,有机肥处理则提高了>2 mm团聚体比例,其中鸡粪处理的增幅达到显著水平。鸡粪、猪粪和牛粪处理较化肥处理>2 mm团聚体比例分别提高了35.56%、22.32%和20.25%。施肥显著增加了各粒径团聚体中碳、氮、磷养分含量。在>2 mm团聚体中,有机肥处理的可溶性有机碳(DOC)含量较化肥处理平均提升了42%,猪粪处理DOC含量较鸡粪和牛粪处理分别显著提升了28%和40%;在0.25~2 mm团聚体中,有机肥处理的全氮(TN)、全磷(TP)、微生物量氮(SMBN)和微生物量磷(SMBP)增幅平均分别为41%、73%、42%和260%(P<0.05),上述各指标的提升幅度均表现为鸡粪>猪粪≥牛粪;在<0.25 mm团聚体中,有机肥处理对有机碳(SOC)、速效磷(AP)和微生物量碳(SMBC)的增幅平均分别为75%、373%和124%,对SOC和SMBC的提升均表现为猪粪>鸡粪≥牛粪,猪粪处理的SOC含量较鸡粪和牛粪分别高24%和23%,SMBC含量分别高23%和21%,而鸡粪对SMBP的提升幅度最大,牛粪最小,鸡粪SMBP含量较牛粪显著增加了41%。2)放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和拟杆菌门为本研究土壤中的优势菌门。连续5年施肥显著增加了0.25~2 mm团聚体中细菌多样性和丰富度。与CK相比,施肥处理酸杆菌门相对丰度降低了17.8%~110.0%,变形菌门相对丰度提升了8.98%~43.5%,拟杆菌门相对丰度提升了19.9%~56.0%,且有机肥处理的提升幅度达到显著水平。PICRUSt功能预测结果表明,施用有机肥增加了碳氮磷代谢相关功能基因丰度,以鸡粪的增幅最大。【结论】施用有机肥可以改善复垦土壤结构,并增加各粒径团聚体中碳氮磷养分含量。不同有机肥对土壤团聚体中养分及细菌群落的影响不同,其中猪粪对碳含量的提升幅度最大,鸡粪对磷含量及细菌多样性和丰度的提升幅度最大。

基于成像高光谱技术的露天煤矿区复垦土壤剖面有机碳和全氮预测及制图

k露天煤矿区复垦土壤在经过开采—剥离—覆盖过程后,其有机碳(SOC)和全氮(TN)的垂直分布发生巨大变化,并且直接决定植被恢复物种的选择和生态恢复效果。因此,在双碳目标下,复垦SOC和TN在0~100 cm剖面的监测及制图,是评估矿区生态恢复及复垦工程固碳的重要基础。相比于传统的化学方法,高光谱技术是一种快速而且无损,已经广泛应用于土壤属性估测的技术,成像高光谱技术相比于点位光谱测量具有图谱合一的优势。因此以我国北方干旱半干旱草原大型露天煤矿复垦土壤为研究对象,采集不同复垦工程、复垦年限的土壤剖面样本,揭示不同复垦年限和复垦方式下土壤剖面SOC和TN垂直分布规律和高光谱特征,通过深度挖掘和筛选SOC和TN特征波段和指数,构建可解释性机器学习模型,从而实现土壤剖面SOC和TN的制图,结果表明:(1)土壤光谱反射率随SOC和TN质量分数的增加而降低,通过集成皮尔森相关性分析和选择连续投影算法,对点状高光谱数据进行降维和去冗余,最终明确表征SOC质量分数的30个特征波段和表征TN质量分数的18个特征,并基于特征波段建立了SOC和TN三维光谱特征指数;(2)通过对比偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林模型(RF)和径向基函数(RBF)神经网络预测模型,发现对光谱数据进行特征波段筛选和变换,可以提高预测精度,其中随机森林模型预测SOC和TN的精度最高,对SOC的预测结果为R^(2)=0.97、RMSE=7.5 g/kg、LCCC=0.84、bias=3.70,TN预测结果为R^(2)=0.78、RMSE=0.33 g/kg、LCCC=0.74、bias=0.19;(3)利用SHAP可解释机器学习模型方法对输入特征进行重要度排序,发现提出的三维光谱指数对模型预测的贡献大于大部分特征波段;(4)使用最佳模型可以快速绘制出成像高光谱图像中每个像素的SOC和TN质量分数,实现矿山土壤剖面中SOC和TN质量分数的制图和可视化。基于成像高光谱技术绘制露天煤矿区复垦土壤剖面可以揭示复垦土壤形成和演化过程,阐明复垦年限、复垦植被类型在剖面演替过程中的驱动力,为露天煤矿区复垦土壤碳汇潜力的动态监测以及土壤固碳技术的效益评价提供重要的数据来源和技术支持。

有机肥对矿区复垦土壤团聚体活性有机碳含量的影响

土壤团聚体作为土壤最重要的结构单元,储存着土壤中大多数的有机碳,对复垦土壤质量和肥力产生重要影响。为了研究不同有机肥对土壤团聚体活性有机碳的影响,依托山西省孝义市采煤塌陷区定位培肥试验平台,研究施用不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥对复垦土壤团聚体分布、活性有机碳含量的影响。结果表明,施肥处理和复垦年限影响着土壤团聚体的分布,随着复垦年限的增加,施肥处理提高了土壤>2.00 mm和0.25~2.00 mm团聚体数量,显著降低了<0.25 mm团聚体数量(36.34%~76.46%)。施肥处理和复垦年限均影响土壤各粒径团聚体总有机碳、易氧化有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳和轻组有机碳含量(<0.25 mm团聚体易氧化有机碳除外),而施肥处理和复垦年限互作仅影响0.25~2.00 mm团聚体总有机碳含量、>2.00 mm和0.25~2.00 mm团聚体微生物量碳及轻组有机碳含量;随着复垦年限的增加,有机肥均显著提高了各粒径团聚体活性有机碳含量,其中猪粪处理更显著,且在0.25~2.00 mm团聚体中活性有机碳含量最高。总之,随着复垦年限的增加,有机肥处理下>0.25 mm团聚体数量增加,并且提高了土壤团聚体活性有机碳含量。

复垦土壤净氮矿化、硝化速率及氮相关酶活性对不同有机肥的响应

为研究相同氮素水平下,不同有机肥对复垦土壤氮素矿化及相关酶活性的影响,试验以煤矿复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,在300 mg/kg氮水平下设置5个处理:不施肥(CK)、化肥、鸡粪、猪粪、牛粪,分析0~126 d不同处理土壤净氮矿化、硝化速率及相关酶活性的变化情况。结果表明,各施肥处理土壤铵态氮含量随着培养时间的延长呈先下降后平稳的趋势,而硝态氮含量随培养时间延长呈先上升后平稳的趋势;不施肥处理土壤的净氮硝化和矿化速率在整个培养期间变化不大,而化肥、鸡粪、猪粪处理土壤的净氮硝化和矿化速率随培养时间延长呈下降趋势,牛粪则呈相反的变化趋势。各处理土壤铵态氮含量、硝态氮含量、氮素净矿化、硝化速率从大到小排序均为:化肥>鸡粪>猪粪>牛粪>不施肥,且各处理间差异显著。与化肥相比,施用有机肥显著提高了土壤脲酶、蛋白酶、天冬酰胺酶活性,对谷氨酰胺酶活性影响不大,但化肥处理抑制了谷氨酰胺酶活性。综上所述,施用化肥和有机肥均能促进土壤中氮素的矿化,有机肥与化肥相比还可以提高土壤中与氮素转化相关酶的活性。

适宜铝土矿复垦土壤改良的固氮豆科植物筛选及固氮效应研究

【目的】筛选适合改良铝土矿复垦土壤的豆科植物,为矿区农业可持续发展提供参考依据。【方法】在广西平果铝土矿复垦土壤上盆栽田菁[Sesbania cannabina(Retz.)Poir.,SC]、箭筈豌豆(Vicia sativa L.,VC)、紫云英(Astragalus sinicus L.,AS)、光叶紫花苕(Vicia villosa Roth var.,VR)、紫花苜蓿(Medicago sativa L.,MS)、柱花草(Stylosanthes guianensis,SG)和小冠花(Coronilla varia L.,CV)7种豆科植物,测定各豆科植物的生物量、是否检出根瘤、营养元素含量、固氮效率、生物固氮量及土壤营养元素、钙和镁离子(Ca^(2+)和Mg^(2+))及总铝(Al)和活性铝(Al^(3+))含量,通过主成分分析,筛选出适合铝土矿复垦土壤改良的豆科植物;建立偏最小二乘法路径模型(PLS-PM),探究影响铝土矿复垦土壤豆科植物生物固氮量的因素。【结果】在7种豆科植物中,光叶紫花苕的地上部生物量(0.344 g/pot)最大,紫云英的地下部生物量(1.961 g/pot)最大,小冠花的地上部生物量(0.387 g/pot)和地下部生物量(0.099 g/pot)均最小;田菁的氮(N,7.98%)、磷(P,2.999 g/kg)和钾(K,19.828 g/kg)含量均最高;在结瘤情况方面,仅田菁、紫云英和小冠花结有根瘤,其余豆科植物均未结出根瘤,其中,田菁的固氮效率(80.01%)和生物固氮量(0.077 g/pot)均最高。以植物养分含量、生物量、生物固氮量和固氮效率为评价因子对3种结瘤豆科植物进行的主成分分析结果表明,田菁的综合得分最高(2.30分)。PLS-PM路径分析结果表明,在铝土矿复垦土壤上种植豆科植物的生物固氮量受植物养分含量和土壤Al^(3+)含量直接影响,pH、土壤养分、植物类型通过影响植物养分含量和土壤Al^(3+)含量间接影响豆科植物的生物固氮量。【结论】田菁、紫云英和小冠花能在铝土矿复垦土壤中结瘤,提高铝土矿复垦土壤的pH、速效K、Al^(3+)和有机质含量及其本身的生物固氮量。综合评价认为,田菁是最适合在铝土矿复垦土壤中种植的豆科植物,可作为铝土矿复垦区土壤固氮培肥的豆科植物推广应用。

徐州高潜水位区采煤塌陷地及其复垦土壤碳变化

在全球“碳中和”背景下,土壤碳积累与转化研究成为学术界研究的热点问题。潜水影响下的采煤塌陷地复垦恢复过程中土壤碳库变化及机制较为复杂。复垦土壤碳动力学过程研究是实现复垦土壤生态系统科学恢复的重要基础。利用年龄时间序列方法和定位监测法分别于2012年和2020年采集徐州柳新镇高潜水位煤矿区塌陷地不同复垦年限的土壤,对土壤总碳(C_(TC))、总有机碳(C_(TOC))、总无机碳质量分数(C_(TIC)),总碳库(S_(TC))、总有机碳库(S_(TOC))和总无机碳库储量(S_(TIC))进行了测算,同时分析了各类碳与相关土壤性质的关系。结果表明:(1)研究区未塌陷地土壤(CK)S_(TC)、S_(TOC)和S_(TIC)分别为268.34、81.63、186.70 t/hm^(2)。土地塌陷引起土壤碳质量分数及碳库储量下降,主要表现为S_(TIC)和C_(TC)下降,S_(TOC)变化不明显。(2)复垦土壤恢复过程中土壤碳质量分数及碳库储量变化呈正二次方程曲线特征,0~20 cm层土壤C_(TC)和C_(TIC)在复垦14~18 a达到最大,并超过CK。土壤S_(TOC)在复垦13~14 a可以超过CK。(3)新复垦土壤0~40 cm层内碳质量分数及碳库储量在上下层次间差异不显著。复垦后恢复过程中,以表层(0~10 cm)土壤碳质量分数和碳库储量增加量最大,C_(TIC)在剖面上的变化特征不明显。(4)土壤C_(TOC)和S_(TOC)及C_(TC)均与土壤孔隙度、土壤黏粒、分形维数(D)及>3.2 mm团聚体质量分数呈显著正相关,与土壤密度、紧实度、pH及2~0.50 mm团聚体质量分数呈负相关关系。塌陷地复垦土壤在恢复过程中表现出巨大的固碳潜力。高潜水位地区,土壤水分通过影响土壤通气状况、团聚体形成及颗粒变化来影响复垦土壤碳固定和转化。塌陷地复垦耕作利用通过土壤翻耕、破碎、有机肥配施及潜水位调节,改善了土壤结构及通气状况,促进了植物及土壤微生物生长,增加了土壤有机碳来源,推动了复垦土壤有机碳积累。

有机肥配施菌剂对复垦土壤有机碳和碳库管理指数的影响

为了提高矿区复垦土壤的肥力,探究不同施肥方式对复垦土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响,通过田间试验方法,采用双因素(复垦年限×施肥处理)随机区组设计,以山西省晋中市榆次区后沟村采煤矿区定位复垦试验田土壤为研究对象,分析复垦1年与2年不同施肥处理对复垦土壤总有机碳、活性有机碳组分、碳库管理指数的影响。结果表明:有机肥+菌剂(MB)处理可有效提高土壤有机碳组分、微生物量碳有效率、水溶性有机碳有效率、碳库管理指数,其中,复垦2年的MB处理土壤微生物量碳较相应年限单施有机肥(M)处理显著提高13.1%。此外,复垦土壤总有机碳与微生物量碳、水溶性有机碳之间关系密切,水溶性有机碳对土壤碳库管理指数的影响最大(P<0.001)。冗余分析表明,2个复垦年限之间有机碳库的赋存特征存在明显差异,复垦2年的有机碳库含量显著优于复垦1年的(P<0.05),复垦2年土壤碳库管理指数以有机肥+菌剂处理最高。综上所述,复垦2年MB处理对复垦土壤有机碳组分及土壤碳库管理指数的提升效果最好,该结果为有机肥与菌剂配施在农业生产上的应用提供了理论依据和研究基础。

基于探地雷达的复垦土壤沉降规律研究

依据探地雷达信号实现对复垦土壤沉降过程的表征对于土壤沉降过程分析具有一定意义。本文通过获取45d内的雷达时域信号进行分析,利用傅里叶变换和短时傅立叶变换对土壤内分界面处的反射波进行信号提取,跟踪峰值频率随复垦后时间的变化情况。研究发现随着复垦后时间的推移,分界面处的振幅信息随着沉降过程处于动态变化之中;根据频域的电磁波衰减特征,土壤在沉降过程的不同阶段电磁波衰减程度差异较大;在土壤的瞬时沉降阶段,电磁波衰减程度逐渐增大,分界面处的频率分量持续减小,在土层的固结作用中,电磁波衰减程度会略有下降,分界面处的频率分量也会有所增加,在沉降结束后保持在较为稳定的频率范围;根据雷达信号变化规律,土壤在复垦后30d内以瞬时沉降为主,而在后15d内以固结作用为主。

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。

复垦土壤重金属污染潜在生态风险评价

为揭示矿区复垦土壤中重金属元素潜在的污染特征,采用Hakanson潜在生态风险指数(The Potential Ecological Risk Index),对安太堡露天煤矿复垦土壤中Cd,Cr,Cu,Pb,Hg,As等6种污染元素进行了分析,研究了露天煤矿复垦土壤重金属污染程度及潜在的生态危害性。结果表明:安太堡露天煤矿不同复垦时间和复垦模式下不同层次的复垦土壤的综合污染程度范围为8.29～16.90,平均值为10.72,处于中等的污染程度。重金属潜在风险指数在131.43～331.03之间,平均191.68,生态风险达到了中等程度,特别是复垦13年的南排1420退化平台,综合潜在生态风险指数为331.03,达到了较高程度。0～40cm土层的潜在生态风险综合评价属于中度的潜在生态风险。Hg是主要的污染因子,其对潜在的生态风险指数所贡献的比例达到了72.5%～84.62%。其余重金属的生态风险较低。因此,在安太堡露天煤矿复垦土壤中,Hg是最主要的潜在污染因子,应采取一定的措施,防止Hg的污染。应用该体系对复垦土壤重金属污染生态风险评价所得的结论同其它研究结果互为补充和借鉴。

矿区复垦土壤种植小麦的重金属安全性

为分析矿区充填复垦土壤种植农作物的生态安全性,以中国徐州市柳新矿区复垦场地为例,对照当地农田土壤,对充填场地种植小麦不同部位As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn7种重金属元素含量进行检测,分析了Cd、Cr在成熟小麦不同器官中的分布、富集情况,并利用单项污染指数法和综合指数法对小麦籽粒进行了风险评价。结果表明,三场地中Cd和Hg在未成熟苗中的含量小于成熟茎中的含量,Cr、Cu和Zn则与之相反,Pb和As的含量规律性不太明显;复垦场地小麦未成熟根的重金属含量都小于成熟根中的含量;比照地中除Cr和Zn之外,其余元素在未成熟根中的含量均大于成熟根的含量;参照粮食污染限量标准,小麦籽粒中Cd和Cr含量均超标。风险评价显示三场地小麦籽粒中Cd、Cr单项污染指数达到轻度至重度水平,综合污染指数处于轻度污染至中度污染水平之间。该研究对矿区粮食安全的监控具有重要的实际应用价值。

矿区复垦土壤质量评价方法

以徐州矿区为例，建立了一套系统、完整、客观的矿区复垦土壤质量评价指标体系，提出了用复垦土壤质量评价指数来评价复垦土壤质量及其相关参数值确定的方法，为复垦工程验收提供了复垦土壤质量评价的理论依据和简单、易操作的数学评价方法．

生物菌肥对采煤塌陷复垦土壤生物活性及盆栽油菜产量和品质的影响

通过盆栽试验,采用完全随机区组设计,研究了与化肥、有机肥配施下,不同生物菌肥用量对矿区复垦地土壤微生物生化强度和酶活性以及油菜产量和品质的影响。结果表明:施用生物菌肥能够明显增强土壤生化作用强度,提高土壤酶活性;菌肥处理土壤的呼吸强度、氨化作用强度、硝化作用强度和过氧化氢酶活性均显著高于对照(P<0.05);当菌肥用量大于0.04g·kg-1(土)时,菌肥处理的土壤脲酶和蔗糖酶活性与对照差异显著(P<0.05)。此外,施用菌肥还可以提高油菜产量,改善油菜品质;菌肥处理的油菜单株干重、硝酸盐和还原糖含量与对照差异显著(P<0.05);菌肥用量大于0.04g·kg-1(土)时,油菜Vc含量与对照存在显著差异(P<0.05);菌肥用量小于0.08g·kg-1(土)时,单株鲜重与对照差异不显著。本研究表明施用生物菌肥对塌陷复垦土壤生物活性有促进作用,并能够改善油菜品质。

不同植被恢复模式下煤矸石山复垦土壤性质及煤矸石风化物的变化特征

为了探讨植被恢复模式对煤矸石山复垦土壤和矸石风化物的影响,对煤矸石山6种主要植被类型(刺槐林、刺槐-柠条混交林、榆树-紫穗槐混交林、侧柏-刺槐混交林、荆条林、紫花苜蓿草丛)下土壤和煤矸石风化物的理化性状及重金属进行了比较研究。结果表明:(1)煤矸石山上种植植被可使土壤容重、土壤持水量和孔隙度明显改善。乔木模式更明显。矸石山植被恢复后,可明显增加土壤养分含量。不同植被模式下,土壤养分增加存在显著差异。侧柏-刺槐和榆树-紫穗槐混交模式效果较好。(2)植被对煤矸石风化物容重和机械组成改善作用依次为针阔混交林>乔灌林>乔木纯林>灌木林>草本。植被促进有机质与全氮积累依次为:侧柏-刺槐>刺槐>刺槐-柠条>榆树-紫穗槐>荆条>紫花苜蓿。荆条林下煤矸石风化物全P含量最大。荆条林与侧柏-刺槐混交林利于速效P积累。对速效K积累有利的是荆条林与榆树-紫穗槐混交林。(3)植被种植可以减少煤矸石风化物中重金属含量。榆树-紫穗槐混交模式对减低超标重金属Cd的效果好,其次是针阔混交林(侧柏-刺槐)。对于超标重金属As而言,侧柏-刺槐模式优于其它植被模式,基本达到重金属As不超标。

我国南方红壤矿山复垦土壤的微生物特征研究

通过对浙江哩铺铜矿废弃地复垦土壤的微生物特征研究表明 :与对照土壤相比 ,矿区复垦土壤微生物区系发生明显改变 ,微生物总数下降了 6 8.4 %～ 80 .3 2 %。微生物特征发生了显著的改变 ,微生物基础呼吸作用增强 ,但微生物生物量却显著降低 ,微生物生理生态参数 Cmic/Corg、q CO2 值明显升高。矿区土壤在重金属胁迫下 ,削弱了土壤中 C。

废弃地复垦土壤重金属空间格局及其与复垦措施的关系

基于经典统计学、变异函数理论以及经验贝叶斯克里格法,以西南地区某历史遗留硫磺矿废弃地为研究对象,从点与区域两方面系统分析其复垦土壤重金属空间分布特征,揭示其与复垦措施的量化关系。结果表明,经典统计学、变异函数理论以及经验贝叶斯克里格法相结合方法用于揭示硫磺矿废弃地复垦土壤重金属空间分布格局是可行和科学的。该硫磺矿废弃地复垦土地的5种土壤重金属的变异系数均较大,这与复垦土壤无序、易变以及空间均匀性和突变性统一的特征相符合。土壤重金属富集系数均在2以上。在历史矿山开采、复垦措施和地形地貌的共同作用下,不同土壤重金属在全局空间上具有一定的相似,在南北和东西方向均基本呈现两头低和中间高的倒U字形趋势。绝大多数复垦土壤重金属的块基比在50%,复垦过程中覆土、培肥和土壤pH值调节措施等随机因素在各重金属的空间变异中占主导作用。无论是何种重金属,一区东部、二区北部、四区西部均呈现较高的重金属含量;一区和二区西部、三区北部地区含量相对较低。复垦为林地和草地的重金属平均含量均高于耕地,对于复垦为耕地后续需进一步防控重金属污染,特别是Cd元素;随着有效土层厚度的逐渐增加,土壤重金属总体呈下降趋势。有效土层厚度在30~100 cm之间土壤重金属无明显差异,建议研究区复垦覆土后有效土层厚度达到100 cm以上。随着土壤pH值变小,复垦土壤重金属总体呈上升趋势,通过调控pH值来降低土壤重金属含量需要持续保证在一定范围,建议研究区pH值持续控制在7~8。

菌剂与肥料配施对矿区复垦土壤白三叶草生长的影响

采用盆栽试验研究了矿区复垦土壤菌剂与肥料的不同配施对白三叶草(Trifolium repens Linn)生长的影响。结果表明:双接种VA菌根真菌(Glomus mossea)和根瘤菌(Rhizobium)能显著提高白三叶草根瘤数、根瘤鲜重和固氮酶活性,根瘤数在有机肥双接种与无机肥双接种处理之间差异不显著,而根瘤鲜重和固氮酶活性差异显著;肥料与各菌剂组合处理中,有机肥双接种处理的白三叶草分枝数、干物质重最大;在白三叶草生长40 d和150 d时,双接种处理的叶片数均为各处理中最大值;接种VA菌根真菌、根瘤菌和双接种均可增加白三叶草根系的菌根侵染率和土壤孢子数,总体表现为双接种处理>接种VA菌根真菌>接种根瘤菌,有机肥相应处理>无机肥相应处理>对照;肥料与菌剂的配合施用可有效提高植物对土壤氮、磷、钾养分的吸收。在矿区复垦土壤上有机肥与VA菌根真菌和根瘤菌菌剂配施能显著促进白三叶草的生长,是提高矿区复垦土壤植被恢复中比较适宜的组合方式。