煤矸石充填复垦重构土壤重金属含量高光谱反演

为研究煤矸石充填复垦土壤重金属含量快速有效的监测方法,以淮南创大生态园煤矸石充填复垦田间试验小区为研究区域,首先采用化学方法监测土壤(0~20cm)重金属(Cu,Cr,As)含量,然后采用ASD(analytical spectral devices)FiSpec4型高光谱仪测量土壤样品的反射光谱,提取光谱特征,并对光谱进行一阶微分变换、二阶微分变换及倒数对数变换;将变换后的各光谱特征参数与监测的土壤重金属含量进行相关性分析,并依据相关性分析结果选择显著相关的波段作为相关因子供建模使用。采用多元逐步回归(stepwise multiple liner regression,SMLR)分析、偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)及人工神经网络(artificial neural network,ANN)三种方法分别建立基于光谱反射率估算土壤重金属含量的预测模型,并采用回归模型进行精度评定,然后确定各重金属含量的最佳预测模型。实验结果表明,经过微分变换的光谱波段与土壤重金属含量达到了显著相关;重金属Cu和Cr的一阶微分光谱的人工神经网络模型为最佳预测模型,重金属元素As的二阶微分光谱的偏最小二乘回归模型为最佳预测模型。

淮南市大通矿区煤矸石充填复垦地修复效果研究

为研究废弃矿区煤矸石充填复垦地复垦效果,选取淮南市大通废弃矿区复垦地为研究试验区,对大通矿区复垦地及周边未塌陷地土壤理化性征开展研究,同时分析两地自然生长的一年蓬、葎草、蒺藜、苘麻4种苗木叶片中叶绿素总量、可溶性蛋白质、脯氨酸、过氧化氢酶含量的差异,运用主成分分析法对各植物生长状况进行综合、定量评价。结果表明:大通矿区复垦地区和未塌陷地土壤容重、含水量、微量、中量元素差异较大;大通复垦区与未塌陷地土壤有机质皆处于6级水平;大通复垦区速效氮、速效磷含量处于6级水平,速效钾含量处于5级水平;未塌陷地速效氮含量处于5级水平,速效磷、速效钾处于4级水平;由植物生长主成分得分可知,未塌陷地区葎草、蒺藜、苘麻生长状况皆好于复垦区,未塌陷地一年蓬生长位次低于复垦区一年蓬生长位次。

唐山地区采煤沉陷区矸石充填复垦安全性分析

利用矸石充填复垦是平原矿区采煤沉陷地复垦耕地的常用方法之一,但矸石充填复垦用于农业种植的土体污染问题受到广泛关注。文中通过对矸石充填土壤剖面中涉及食品安全的典型污染元素Cd、Cr、Cu、Ni、Pb进行了研究。结果表明,唐山地区煤矸石作为充填材料复垦耕地对土壤层不存在重金属污染风险,可用于农作物种植。

改性蛭石-蒙脱土对煤矸石充填复垦区镉污染土壤的修复分析

为了解改性蛭石-蒙脱土在修复镉污染土壤中的作用,利用二氧化锰改性蛭石-蒙脱土,以镉富集能力较为强劲的青菜为供试品,对山西省忻州市煤矸石充填复垦区镉污染土壤进行了科学探究。实验结果可得出,二氧化锰改性后蛭石-蒙脱土可以有效修复煤矸石充填复垦区镉污染土壤。

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.

煤矸石充填复垦地土壤理化性质的时空变化特征

为研究煤矿区煤矸石充填复垦地土壤理化特性的时空变化,以淮南张集矿煤矸石复垦区为研究对象,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 cm、50~60 cm、60~70 cm、70~80 cm、>80 cm(依次命名为A^E)共5类试验地块,分别于2012年与2016年对复垦区土壤容重、水分、pH值、养分等因素进行研究,并分析煤矸石作为充填基质的复垦效应,采用模糊综合评判法评判各复垦地块土壤质量。结果显示:土壤容重随复垦时间增加呈现下降趋势;土壤含水量随时间呈上升趋势;2016年各地块土壤pH值较2012年皆呈现下降趋势,且复垦地养分含量普遍高于2012年对应的复垦地;从2012—2016年,复垦地块各理化指标变异系数显著减小;2016年A、D两地块的土壤质量综合指标值较2012年分别下降了38.7%、13.12%,B、C、E则上升了68.71%、9.61%、27.0%。

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。

基于高通量测序的复垦土壤细菌多样性研究

土壤微生物的多样性是土壤生态系统健康的重要标志,可以反映复垦土壤质量的修复水平。该研究通过高通量测序方法,对徐州市不同复垦年限的煤矸石充填复垦地与对照地的细菌多样性进行研究,分析煤矸石充填复垦对土壤细菌群落多样性的影响。结果表明:(1)煤矸石充填复垦地与对照地相比,细菌群落多样性指数减小36.1%～50.8%,丰富度指数减小50.0%～61.4%,细菌群落的多样性降低。(2)复垦地与对照地的细菌群落差异度为97.1%,煤矸石充填复垦对土壤细菌群落结构的垂直分层影响较大。(3)硬壁菌门、变形菌门、绿弯菌门和放线菌门菌群为主要优势菌群,随着复垦年限的增加,复垦地的微生物群落特征将越趋于正常土壤的水平。(4)硬壁菌门菌群与硝态氮、有效磷、速效钾和有机质呈负相关,但不显著;γ-变形菌纲菌群与硝态氮、有效磷、速效钾和有机质呈负相关,α-变形菌纲菌群与硝态氮、有效磷和有机质呈负相关,β-变形菌纲菌群与有机质和速效钾呈显著正相关;绿弯菌门菌群与速效钾和有机质呈显著正相关性;放线菌门与有效磷、有机质、速效钾呈负相关,硝态氮对其影响很小。

淮南潘集矿区土壤重金属污染及生态风险评价

以淮南潘集矿区为研究区域,分别采集该区域煤矸石充填复垦地和未沉陷农田土壤样品,分析Pb、Cd、Cr、Zn、Cu、As、Hg 7种重金属元素含量,并在此基础上对土地受重金属污染程度和由此产生的潜在生态风险进行了评价。结果表明:煤矸石充填复垦地与未沉陷农田的土壤重金属含量没有显著差异,复垦后不同土地利用方式下各重金属指标也不存在显著差异;7种重金属含量间无显著正相关关系,推测无明显同源性;研究区域内普遍存在Zn、Cr复合污染现象,单因子污染指数Zn>Cr>Cd>As>Cu>Pb>Hg,综合污染程度介于重度污染和中度污染之间;潘集矿区复垦土地和未沉陷农田土壤中全部7种重金属元素的潜在生态危害系数均小于40,属于轻微生态危害。

安徽省淮南市采煤沉陷生态修复区表层土壤有机碳分布

以采煤沉陷生态修复区为研究对象,分析了不同煤矸石充填复垦区表层土壤有机碳的分布特征,及其与土壤理化性质的相关性。结果表明,各生态修复区表层土壤有机碳含量由大到小依次为大通矿生态修复区〉潘一矿生态修复区〉新庄孜矿生态修复区〉创大生态园修复区;不同覆土厚度复垦土壤表层有机碳含量为5.56-9.31 g/kg,覆土较薄的地块（0-20 cm）有机碳含量最高,为9.31 g/kg;土壤微生物生物量碳含量与有机碳含量呈极显著正相关,且对工程措施（煤矸石充填复垦）响应较有机碳更加剧烈,可以将微生物生物量碳作为土壤有机碳库动态变化的敏感性指标。

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.