煤矿区复垦土壤传热传质性能实验系统研制及应用

自主设计一套复垦土壤传热传质性能实验系统,对煤矸石充填复垦土壤进行实验,结果表明:底部加热温度50℃,热源对土壤中的温度场、湿度场、CO_2浓度场影响不大,在加热温度为60℃、70℃时,矸石和土壤中的温度场变化明显,距离热源0.2 m处的测点出现湿度峰值,且在与充填物交界处,土壤含水率受底部水分迁移作用影响显著。本系统能够真实模拟重构土壤和填充层内部气、热、水运移规律,可对其影响因素进行系统研究。

基于GNSS-R的煤矿区复垦地土壤湿度反演

为研究煤矿区复垦地土壤湿度快速有效的监测方法,以安徽省淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,利用GNSS-R技术反演其土壤湿度,分析了GPS卫星反射信号的干涉特征参量与土壤湿度参考值的相关性关系,采用线性、指数回归建立基于GPS卫星L1、L2波段的单波段反演模型和L1-L2双波段协同反演模型,并验证模型精度。结果表明,振幅与土壤湿度参考值的相关程度高于相位和频率,其最大相关系数为0.6614;相比于单波段反演模型,L1-L2双波段协同反演模型精度较高,其线性模型为最优反演模型,且R 2为0.8784,RMSE为0.1297%,最大相对误差为0.0261%,平均绝对误差为0.1140%,表明L1-L2双波段协同反演模型在地表5cm内的反演效果较好,可用于煤矿区复垦地土壤湿度的快速监测。

不同有机肥对煤矿复垦区土壤养分及细菌群落结构的影响

【目的】探明在煤矿复垦区施用不同有机肥下土壤养分及细菌群落与功能的变化特征,为复垦区土壤的培肥改良和健康管理提供理论依据。【方法】依托定位培肥试验基地(山西省孝义市偏城村采煤塌陷区),分析连续3年施用不同有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥处理对煤矿复垦区土壤养分、细菌群落结构与功能以及玉米产量的影响。【结果】(1)连续3年定位培肥后,施用有机肥较化肥显著降低土壤pH(降低0.03—0.08单位),而显著增加了土壤有机碳(11.0%—15.5%)、全氮(14.9%—19.1%)、碱解氮(20.3%—43.4%)和速效钾(12.3%—13.6%)含量,其中鸡粪处理对土壤有机碳和碱解氮含量提升最大;施用化肥和有机肥均显著增加作物产量(16.7%—21.1%),其中猪粪对作物产量的提升最大。(2)施用有机肥显著提高复垦区土壤细菌丰富度,并影响细菌群落结构组成。在门水平上,施用有机肥显著增加变形菌门和厚壁菌门的相对丰度,其中猪粪和鸡粪处理下厚壁菌门的相对丰度显著高于牛粪处理。在属水平上,不同有机肥处理均显著增加了列契瓦尼尔氏菌属、鞘氨醇单胞菌属和芽孢杆菌属等有益菌属相对丰度。(3)复垦区土壤细菌生态功能以化能异养、好氧化能异养为主。施用有机肥显著提高化能异养和发酵作用种群的相对丰度,其中猪粪处理下发酵作用种群丰度显著高于鸡粪和牛粪处理。(4)Mantel检验分析结果表明,土壤细菌多样性和功能均与土壤有机碳、全氮、全磷含量呈显著正相关。【结论】施用不同有机肥均可以提高复垦区土壤养分含量,改善土壤细菌群落结构与功能,进而增加玉米产量。但不同有机肥对土壤养分、细菌功能菌群及玉米产量的影响存在差异,其中鸡粪对土壤养分的提升幅度最大,猪粪对有关碳素功能菌群和玉米产量提升幅度最大,而牛粪对土壤养分和产量的提升幅度较低。

安太堡煤矿复垦区刺槐径向生长对气候因子的响应

在全球变暖的背景下,区域干旱化程度加强,严重限制了干旱和半干旱地区树木的生长。安太堡矿区位于农牧交错带,生态环境脆弱,对气候变化敏感。通过树木年代学研究方法,建立了安太堡煤矿复垦区人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的树轮宽度标准年表,树轮气候响应分析发现水分是限制研究区刺槐生长的主要因素,上一年9月至当年8月的水文年降水以及主要生长季(6~8月)的降水对树木的生长有重要的促进作用,但是当年9月降水有限制作用;生长季前冬季(12月、1月)的较高温度也是限制刺槐径向生长的重要因素。

晋南煤矿复垦区博落回根系形态特征对氮添加的响应

为研究氮添加对晋南煤矿复垦区博落回(Macleaya cordata)根系形态的影响,揭示博落回根系在不同施氮量下的生长适应策略。本研究在2020—2021年开展了0(CK),75(N1),150(N2),225(N3)和300 kg·hm^(-2)(N4)5个氮水平的控制实验,测定根系形态参数和株高等数据。结果表明:2020年3次采样的博落回根系指标,除平均直径和比根长外,均在N3,N4处理下最大;2021年CK,N3和N4处理的博落回根体积、根表面积均随采样月份表现出“V”型变化,最低值出现在8月;2020年N3,N4处理可以快速促进植物根系生长,到2021年N3,N4处理对植物根系生长的促进作用减弱。本研究认为氮添加于土壤,再反馈于博落回根系需要较长时间,建议在该复垦区开展长期控制实验,得出最优施氮方案。

煤矿复垦区土壤重金属含量时空分布及富集特征研究

为研究煤矿复垦区土壤重金属污染的时空变化及富集特征，以安徽淮南市潘一矿复垦区土壤为例，在2008--2010年期间对复垦区土壤中Cu，Mn，Ni，Pb，Cd，Hg，As七种重金属元素进行了测定，并利用Surfer8．0软件对重金属的水平分布特征进行可视化表达。采用富集因子法来判断土壤中重金属人为污染情况。结果表明：煤矸石充填复垦区土壤，随着覆土年限的增加，除Mn和As元素外，Cu，Ni，Ph，Cd和Hg这5种重金属元素含量均高于淮南市土壤背景值，并出现一定程度的累积；从表层土壤重金属元素的水平空间分布看，煤矸石山的堆积、淋溶和粉煤灰贮灰场的存在对周边土壤造成了一定程度和范围的重金属污染。复垦区土壤剖面上cu，Ni，Pb，cd元素含量呈现表层（0～20em）和底层（80～100em）含量高，中部（20～80cm）含量低的分布规律。分析重金属元素的富集因子，表明复垦区土壤已经受到了煤矿开采和煤矸石充填活动的影响。其中cu，Ni，Pb，Hg和Cd元素已经出现富集，并且Cu，Ni，Pb，Hg元素达到了轻微污染水平，Cd元素达到了显著污染水平。Mn和As元素主要来源于土壤母质，没有受到污染。

煤矿复垦区土壤重金属分布特征与质量评价

为保证煤矿复垦区种植农作物的充填复垦土壤的生态安全,以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,通过对研究区内Cd、Cr、Ni、Pb、Cu、Zn和Hg 7种重金属不同深度含量分析,总结其纵向分布特征,并将研究区土壤重金属含量与淮南市土壤背景值、《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)作比较,分析这7种重金属的污染程度。结果表明,这7种重金属都有不同程度的污染,其中土壤受Cd污染最严重,土壤中重金属垂直方向上无确定分布规律。总体而言,土壤重金属潜在生态风险属于强生态危害。从垂直方向来看,重金属潜在生态风险指数(RI)随着深度的增加出现先下降后升高的趋势,其中40～60cm深度的RI最大。重金属生态危害程度依次为Cd>Hg>Ni>Cu>Cr>Pb>Zn,其中Cd为矿区土壤中最主要的重金属污染生态风险因子。

煤矿复垦区不同种植方式下土壤重金属含量及形态分布特征

以徐州市典型煤矿复垦区柳新镇四种不同种植方式下(水稻、稻麦轮作、杨树以及棉花黄豆)的土壤为研究对象,根据Tessier连续提取法进行重金属形态分析,对土壤重金属污染水平进行评价.结果表明:四种种植方式下的重金属含量均未超出国家土壤环境质量二级标准,相较于当地土壤背景值,四种种植方式下的土壤Pb和棉花黄豆种植下的Cu出现了偏中度污染;水稻和稻麦轮作种植方式下生物潜在可利用态Pb分配系数较高,需注意Pb污染对土壤环境的影响,杨树和棉花黄豆种植方式下要把Cr、Cu、Ni、Pb作为预防对象;根据内梅罗污染指数,土壤重金属综合污染水平为杨树>水稻田>棉花黄豆>稻麦轮作,均表现出轻度污染.

煤矿复垦区林龄与叶位对沙棘果叶含水量的影响

沙棘是我国北方矿区植被恢复重建采用的主要树种之一。沙棘果实含水量是果实利用价值的重要指标之一,叶片含水量又影响沙棘的光合生长。因此,对沙棘果叶含水量影响因素进行研究具有一定意义。通过煤矿复垦区沙棘不同林龄与叶位对果叶含水量的影响进行分析,结果表明:1)不同林龄沙棘果叶含水量存在显著差异。中国沙棘叶片含水量随着林龄的增加,呈现先增大后减少的趋势;5 a林龄为其变化拐点;果实含水量变化趋势与叶片含水量相反,呈显著负相关。大果沙棘叶片含水量随着林龄的增加,出现先增大后减少的趋势,但降低趋势不明显;林龄为6 a的大果沙棘叶片含水量最高;大果沙棘果实含水量随着林龄的增大,出现先增大后显著降低的趋势;5 a林龄大果沙棘果实含水量最大。2)低林龄和高林龄的中国沙棘叶片含水量<大果沙棘,中林龄中国沙棘叶片含水量>大果沙棘;大果沙棘的果实含水量均>中国沙棘。3)不同叶位沙棘叶片含水量存在显著差异。方位对中国沙棘叶片含水量影响较大,且阳面叶片含水量较阴面高;叶片分布部位对大果沙棘叶片含水量影响较大,且上部叶片含水量显著>中下部。同一方位,中国沙棘在上部东南方向叶片含水量显著<大果沙棘,而在下部东南方向则显著>大果沙棘;阴面的中国沙棘叶片含水量<大果沙棘,阳面反之。

煤矿复垦区土壤理化性质对沙棘果叶含水量的影响研究

沙棘是煤矿复垦区植被恢复和生态环境建设的先锋树种之一。果实含水量是沙棘果实利用价值的重要指标之一,而叶片含水量又影响沙棘的光合生长。因此,对沙棘果叶含水量进行研究具有一定意义。文中采用灰色关联分析法,探究煤矿复垦区林地土壤理化性质对沙棘果叶含水量的影响,得出如下结论:①在土壤物理性质中,土壤容重与中国沙棘、大果沙棘果实含水量的关系最密切,影响较大;毛管孔隙度与中国沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;土壤含水量与大果沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;②在土壤化学性质中,有机质与中国沙棘、大果沙棘果实含水量关系最密切,影响较大;有效磷与中国沙棘叶片含水量关系最密切,影响较大;pH与大果沙棘叶片含水量最密切,影响较大。该研究结论能为今后煤矿复垦区植被恢复重建、沙棘经济林营造以及调节沙棘果叶含水量提供数据支撑和科学依据。

煤矿复垦区土壤肥力状况分析及评价——以新庄孜矿为例

通过对安徽淮南新庄孜矿复垦区的土壤含水量、容重、孔隙度和有机质、速效磷、速效钾含量等9项土壤养分指标进行测试与统计分析,以对复垦区土壤肥力现状进行科学合理的评价。结果表明,复垦区土壤有机质属于较缺水平,速效磷和速效钾属于中等水平。在农业生产上应对土壤进行增肥,对表层土进行翻耕作业。

煤矿复垦区沙棘人工林土壤水分时空分布特征研究

【目的】探明煤矿复垦区沙棘人工林土壤水分时空分布特征,促进人工林培育过程中的水分管理。【方法】以鄂尔多斯市煤矿复垦区沙棘人工林为研究对象,开展了不同林龄的中国沙棘和大果沙棘人工林土壤水分时空分布特征研究。【结果】①随着林龄的增加,中国沙棘和大果沙棘林地土壤水分呈"减小-增加-减小"趋势;不同林龄中国沙棘和大果沙棘林地土壤水分存在显著差异(P<0.05),其中6 a林龄的中国沙棘林地土壤水分显著高于其他林龄林地土壤水分(P<0.05),3 a林龄的大果沙棘林地土壤水分显著高于其他林龄林地土壤水分(P<0.05)。②在0~100 cm土层中,6 a林龄的中国沙棘各土层之间土壤水分差异不显著,其余林龄中国沙棘和大果沙棘林地各土层之间土壤水分均存在显著差异(P<0.05)。③中国沙棘林地随着距树干距离的增加土壤水分呈增加趋势,大果沙棘林地随着距树干距离的增加土壤水分呈减小趋势。【结论】煤矿复垦区沙棘林地土壤水分差异较大,生产中需要根据具体的林龄、树木品种和土壤空间差异,采取适宜的水分管理措施。

煤矿复垦区不同修复年限林下草本群落特征及其与土壤耦合关系

为了解鄂尔多斯聚鑫龙煤矿不同修复年限林下草本植物群落特征及其与土壤因子的耦合关系,以修复年限为3~7年的林下草本植物群落与土壤因子为研究对象,并以人工草地和撂荒地作为对照,调查不同样地草本群落物种组成及其土壤理化性质,并利用灰色关联耦合模型法对草本植物群落与土壤因子的关系进行研究,探明二者的响应机制。结果表明:1)研究区共调查草本植物种类55种,其中主要以禾本科、菊科和豆科为主,三者共占比为60%。2)随着修复年限增加,林下草本植物种数呈现先减少后增加的趋势,且逐渐接近于人工草地的植物种数;草本群落的Margalef指数和Shannon-Wiener指数均呈现出先下降后上升的趋势,而Pielou指数和Simpson指数变化不明显。3)研究区草本植物群落多样性与土壤粉粒、砂粒、pH和土壤容重关系较为密切。4)研究区草本植物的多样性与土壤的耦合协调程度随修复年限增加呈现“升高-降低-升高”的变化趋势,其中修复7年样地的草本植物与土壤耦合度最高(0.72),为中度协调。研究表明研究区林下草本植物多样性与土壤系统的协调程度表现出良性发展的趋势,但还未达到最佳的协调程度。

煤矿复垦区土壤肥力分析与评价——以大通湿地生态复垦区为例

对安徽淮南大通湿地生态复垦区的土壤含水量、容重、孔隙度和有机质等9项土壤养分指标进行测试与统计分析,以此对生态区土壤肥力进行科学、合理的评价。结果表明,生态区土壤营养元素的缺乏状况比较严重,应对土壤进行增肥,以利于植物的生长。

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

【目的】土壤有机碳作为土壤肥力的核心,其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征,可为煤矿区土壤修复提供理论依据。【方法】田间试验在山西煤矿复垦区进行,复垦始于2014年,种植作物为大豆(1年)和玉米(2年)轮作,采样时(2018年)种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复(ZH)、不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥配施化肥(MNPK)。使用物理-化学联合分组方法,将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分,分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量,计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。【结果】相较于自然恢复处理,CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%,有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下,游离活性有机碳含量分别为2.11和1.68 g/kg,物理保护有机碳含量分别为0.70和0.49 g/kg,均显著高于CK和NPK处理;化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外,各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异,施用有机肥主要增加了大团聚体(游离活性态和物理保护态)的质量比例,改善了土壤结构。相关分析表明,游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系(P<0.01),其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值,最高的为游离粗颗粒有机碳组分,达到39.7%,游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%;而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。【结论】施肥和轮作与自然恢复状态相比,短期可显著提高土壤有机碳含量,施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升,单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高,需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。

粉煤灰复垦区杨、柳、榆、刺槐的生物量

粉煤灰复垦区杨、柳、榆、刺槐的生物量刘雅荣，刘建伟，王世绩，冷国友，周树理，程锦山关键词煤矿复垦区，杨，柳，榆，刺槐，生物量淮北地区煤矿开采后，形成大面积的塌陷区，造成可利用的土地面积减少，生态环境恶化。据统计，类似淮北的情况，全国以每年２万ｈｍ２的...

淮南大通矿区复垦土壤微生物量碳氮的分布特征

通过野外调查和室内分析,研究了淮南大通煤矿复垦区表层(0—10cm)土壤理化性质及微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)的分布特征。结果表明,耕地(油菜地、小麦地、蔬菜大棚)土壤有机碳、氮、磷等含量均高于林地,而土壤pH值则相反。土壤SMBC含量依次为:蔬菜大棚>油菜地>小麦地>林地>对照样,蔬菜大棚显著高于其他农业用地方式。土壤SMBN则为:蔬菜大棚>小麦地>油菜地>林地,林地土壤微生物量氮显著低于其他农业用地方式。林地土壤微生物商最高,表明在有机质积累的同时林地更有利于土壤微生物活动。土壤微生物量碳氮之间显著相关,进一步证实土壤微生物量碳、氮可以作为表征土壤肥力的敏感因子。

露天煤矿复垦土地植被覆盖度监测及影响因素分析

随着国家经济发展模式的转型和生态文明建设的推进,许多无法满足环保要求、技术转型困难的露天煤矿需要进行整改。煤矿复垦区的植被覆盖度监测是考量生态恢复情况的重要指标。本文分析现阶段进行植被覆盖度监测的主要方法及影响因素,希望能够为露天煤矿还耕还林,恢复生态建设提供参考。

煤矸石充填复垦区小麦中重金属Zn的富集特征

[目的]研究煤矸石充填复垦区小麦中重金属Zn的富集特征。[方法]通过对煤矸石复垦区内及其周边小麦中重金属Zn的测定与分析,确定随着与复垦区距离的增大重金属Zn在水平方向上的迁移规律,研究Zn在小麦不同成长期和不同部位中的富集效应,并采用内梅罗指数法评价小麦的Zn污染状况。[结果]返青期,小麦叶片和根系中的Zn含量随着与复垦区距离的增加呈减少趋势,小麦叶片积蓄Zn的能力比根系强。抽穗期,小麦叶片、根系中的Zn含量随着与复垦区距离的增加呈减少趋势,但在距复垦区5-50 m处有一个明显的高峰,这可能与该处施用了过量的化肥有关;而麦穗中Zn含量的变化趋势不明显;小麦植株各器官对Zn的富集能力表现为：叶〉根〉穗。不管是小麦根系还是叶片,Zn含量大小均表现为：返青期〉抽穗期。复垦区内及其周边小麦中重金属Zn含量未超过国家标准,没有被Zn污染。[结论]该研究为今后煤矿区的复垦工作和农作物耕作制度的选择提供了科学依据。

淮南矿区土壤重金属污染的植物修复技术及植物优选

为了解12种野生草本植物在环境净化上的应用潜力,测定了复垦区土壤中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb和Cd的含量。结果表明:复垦区土壤中重金属元素Cr与Cd对根区土壤的污染最重,野生草本植物对重金属的富集系数依次为Cd>Cu>Cr>Ni>Zn>Pb,对重金属富集系数加和值最高的为鬼针草、狗尾草及钻叶紫苑,除麦冬、狗尾草和钻叶紫苑外,其他9种植物对6种重金属都有较强的转移能力。结论:最适宜煤矿复垦区草本植物修复的种类为菊芋和鬼针草。