煤矸石山植被恢复影响因子初探——以山西省阳泉市280煤矸石山为例

对山西省阳泉市280煤矸石山小气候特征、地形条件、煤矸石理化性质、水分和生物特点进行了调查分析.结果表明.煤矸石山的小气候特征表现为以干热和干旱为主.煤矸石自燃致使地温产生较大异常,局部自燃的煤矸石坡面地表温度远高于植物生长的正常温度范围.煤矸石山坡度大,堆积松散,易产生坡面侵蚀.表层煤矸石经侵蚀后,植被根系周围缺乏附着物,生长势逐渐变弱.煤矸石物理特性与黄土相比,其持水能力差,有效水分含量低,缺乏下层水分补给,直接影响到植物正常生长.自燃后的煤矸石pH值降低,表层煤矸石养分状况差,微生物种类和数量均偏少.煤矸石山植物生长状况显示,地表温度、侵蚀状况、酸性和含水量是影响植物生长的重要因子.地温高于50 ℃或pH值小于5的地区植物均不能生长.植物盖度在含水量小于15%的区域较含水量为20%的区域下降约10%～20%.在侵蚀区植物盖度下降约30%.     

温度对煤矸石山水分及植物生长的影响——以山西省阳泉市煤矸石山为例

 采用野外调查试验、取样和室内分析的方法,研究煤矸石山温度对水分及植被生长的影响。结果表明:煤矸石山温度在垂直方向随着深度的增加有上升趋势,与自然黄土荒坡变化趋势相反,且覆土后的煤矸石山较自然恢复煤矸石山温度变化剧烈;在垂直0～80cm的范围内,自然恢复、覆土50 cm和覆土100cm煤矸石山相邻土层（10cm）温度升高值分别为0.68、2.20和2.97℃;覆土煤矸石山水分含量在垂直方向因温度升高逐步下降,其水分含量较自然恢复煤矸石山平均高出10%～15%;在山西省阳泉市煤矸石山适宜生长的耐高温植物有灰绿藜、茵陈蒿、蒺藜、马齿苋、臭蒿、狗尾草、沙打旺和鬼针草,4种植物对温度敏感程度由高到低依次为紫穗槐>刺槐>臭椿>侧柏。     

磷石膏改良剂对江苏如东滨海盐土理化性状及小麦生长的影响

江苏沿海地区有大量的滨海盐土,植物难以生长,如能改良,是一种重要的农业资源。本文以如东滩涂滨海盐土为研究对象,采用室内盆栽试验,研究施用磷石膏改良剂对滨海盐土的改良效果。结果表明：磷石膏改良剂能有效的促进小麦的生长,改良剂5的小麦株高比对照2增加47.4%和68.3%,生物量分别增加66.7%和74.4%;随着磷石膏改良剂的用量增加,土壤的养分含量逐渐提高,特别是速效磷,改良剂5比对照1分别增加245.8%和463.4%;土壤盐分由原来的有害氯化钠盐占主导转变为对植物无害的硫酸盐,优化了土壤盐分组合;同时土壤的PH下降,与对照1比,下降幅度分别为7.4%和13.7%,且PH值与磷石膏改良剂的用量呈负相关,说明磷石膏对滨海盐土有很好的改良效果。     

矿山废弃地植物种植模式对土壤改良效果

为探讨不同植物种植模式对矿山废弃地土壤肥力快速改良的效果,选取8种典型的植物种植模式(黑麦草、草木樨、沙打旺、小冠花、紫穗槐、紫穗槐+小冠花、紫穗槐+黑麦草和草木樨+黑麦草)。通过野外土壤采样与室内养分测定并结合主成分分析方法,对不同植物及种植模式下的土壤肥力进行了相关分析。结果表明:不同种植模式均能较好的改善土壤水分状况,土壤含水率平均值比对照高8.7%;不同种植模式下土壤含水率随着土层深度的增加,总体呈增加—减少—增加—稳定的变化趋势;植物对土壤蓄水保水效果的改良主要体现在0—40cm的土层;土壤中的各养分指标质量分数总体表现为0—10cm土层大于10—20cm土层,呈现出一定的表聚效应;植物生长初期,不同种植模式对矿山废弃地土壤的改良效果依次为沙打旺草木樨黑麦草草木樨+黑麦草紫穗槐+小冠花紫穗槐+黑麦草紫穗槐小冠花,单播种植模式相对优于混播种植模式。研究结果可为今后矿山废弃地重构土壤的水分变化研究、优良种植模式选择及土壤肥力的快速改良提供参考。     

鸡西矿区矸石山基质改良研究

以黑龙江省鸡西煤矿区为研究区,利用鸡西本地河道清淤土和电厂粉煤灰两种固体废弃物作为改良剂进行矸石山基质改良研究。结果表明:改良后基质的pH值平均由对照的8.26下降到6.90;饱和含水率平均比对照提高了59.84%,持水时间比对照延长了11.5 d;速效氮含量达到316.05 mg/kg,比对照提高了4.38倍;速效磷含量达到24.224 mg/kg,比对照提高了43.53倍;对家榆、紫穗槐、紫花苜蓿的高生长、地径生长和冠幅增长等都有显著的促进作用。利用河道清淤土和电厂粉煤灰联合配施具有良好的基质改良效果,为东北地区矸石山基质改良提供了一条有效途径,也为固体废弃物合理再利用提出新的途径。     

华北地区煤矸石绿化基质配比试验研究

以煤矸石山的生态恢复为目的,将煤矸石粉粒作为改良煤矸石山绿化基质的主要组成部分,同时添加土壤、保水剂、缓释肥和菌肥,作为基质组成的4个因素,各因素均设4个水平,选用L16（44）正交表安排每类基质中各组成部分的水平,在各基质中播种紫穗槐,通过分析紫穗槐的出苗率和壮苗指数,判定得到适合于煤矸石山绿化的基质为：煤矸石粉粒和土壤的体积比为2：1,每m3的煤矸石粉粒和土壤的混合物中添加保水剂和菌肥的质量分别为2kg和680g。采用这种基质配比方式,对于满足植物正常生长,降低煤矸石山改良的成本,具有一定的参考意义。     

2种盐土改良剂对苏北滨海盐碱土壤盐分及植物生长的影响

通过田间小区试验,研究一种新研制的盐碱土壤调理剂和牛粪对苏北滨海盐碱地土壤盐分和植物生长的影响。结果表明:(1)2种改良剂能在一定程度上降低土壤盐分,0-15cm改良效果优于20cm。(2)从单因素试验来看,新研制的盐土改良剂A2的改良效果最好,7-11月份土壤表层脱盐率分别为53.28%,47.02%,49.07%,47.76%,改良效果持久稳定。牛粪比这种新型改良剂的效果好,B2、B3的改良效果相当,7-10月份土壤表层的脱盐率范围为49.20%~62.35%。(3)2种改良剂交互作用下,最优化处理组合为A2B3,7-11月份土壤表层的脱盐率分别为63.70%,64.88%,49.38%,41.52%。(4)单施和混施改良剂均能不同程度地提高作物株高和茎粗。(5)施加改良剂能减缓Na+对植物的盐害,增加对K+、Ca2+的吸收,对Mg2+没有显著影响。总之,新型改良剂起到了有效降低盐碱土含盐量、促进海蓬子生长等作用,具有良好的改土效应,与牛粪混施,在一定程度上可以增强改良效果。     

腐植酸共聚物土壤改良剂对土壤化学性能的影响

研究了以腐植酸共聚物作为土壤结构改良剂改良赤红壤后对该土壤化学性能的影响。实验结果表明,改良后的土壤比表面积、电荷量、阳离子交换量随共聚物在土壤中施入量的增加而增大,土壤的酸性减弱,pH提高。共聚体系中丙烯酸组分投料比的增加对土壤比表面积的影响不同于对电荷量及阳离子交换量的影响。     

不同措施对河套灌区重度盐渍土改良效果

为了探究不同灌溉模式施加不同改良剂对河套灌区重度盐渍土的改良效果,设置秸秆深埋(SL)、石膏+有机肥(SF)、对照(CK)3个处理,对河套灌区重度盐渍土土壤盐分在0-70 cm剖面上的分布特点进行研究。结果表明:不同灌溉模式,SL和SF处理在0-15 cm土层均有效降低土壤pH,随改良时间延长改良深度增加pH持续降低,有一定的长效性,滴灌SL与SF处理pH较CK分别下降0.35,0.49,黄灌下降0.42,1.33,对30-70 cm土层影响较小。SF处理碱化度第2年下降达43%,SL处理为40%,滴灌更利于碱化度降低。从抑制盐分积累来看,SL与SF处理能有效抑制盐分0-15 cm土层聚集,黄灌SL与SF处理较CK分别下降13.60%,7.70%,滴灌分别下降31.60%,6.90%,SL处理抑盐效果较显著。土壤盐基离子表明,不同灌溉模式,SL与SF处理均显著降低0-15 cm土层Na~+与HCO_3~-的含量,滴灌降低比例高于黄灌,随着改良时间延长效果越显著,15-70 cm土层无明显变化。石膏加有机肥的施入提高0-70 cm土层SO_4~(2-)、Ca~(2+)及Cl~-的含量。通过对比分析,对河套灌区重度盐渍土治理而言,秸秆深埋和石膏+有机肥均能有效抑制重度盐渍土土壤积盐,有效降低pH及碱化度。整体来看,滴灌模式下石膏+有机肥改良效果优于秸秆深埋。     

矿地酸性土壤水土保持植物修复技术

矿地酸性土一般土层浅薄,蓄持水能力极弱,pH值偏低,严重制约着植物的生长。为筛选出能直接在矿地酸性土中种植的水土保持植物,试验研究了象草和香茅两种植物在矿地酸性土和改良土壤上的生长状况,以及施加改良剂对矿地酸性土pH值的改良效果,结果表明:两种植物均可以作为矿地酸性土上的水土保持先锋草种,且香茅优于象草;加施土壤改良剂能使矿地酸性土的pH值明显提高,扩大了植物的选择范围;在矿地酸性土上直接种植时优选香茅,加施改良剂后优选象草。     

煤矸石山风化堆积物水分动态研究

以位于贵州省赤水市的"黔北20万吨/年竹浆林纸一体化工程项目"为例,研究了低山丘陵区开发建设项目中的水土保持和生态建设问题.针对该工程水土流失的现状和特点,结合竹原料林基地建设,提出了水土流失的防治原则和采取的防治对策.实施水土保持方案后,能有效控制工程区的水土流失,恢复和改善项目区的生态环境,保障了工程建设的安全,实现了社会、经济、环境的协调与可持续发展.     

不同风化年限的淮南矿区煤矸石理化性质变化规律

堆存于地表的煤矸石在遭受风化以后,其物理和化学性质可在短时间内发生较大变化,这些变化往往具有一定规律。该文选取淮南矿区潘北、潘一及新庄孜煤矿5个不同风化年限的煤矸石采样区进行分层采样。通过对135个样品的相关理化性质测试,对比分析了不同风化程度下煤矸石主要理化性质变化规律。结果表明,煤矸石在电导率、pH值和阳离子交换量等理化性质的变化具有一定规律:随着风化年限的增加,煤矸石电导率与pH值降低,阳离子交换量则不断增高。新鲜煤矸石的3项指标在2a内具有较快的降低速率,其中电导率在2 a内可降低30%,pH值下降接近10%,此后的降低变化速率则较缓慢。阳离子交换量在2 a内可增加17%,在后期的变化中则表现为缓慢上升趋势。在剖面变化特征方面,通过对30和30~60 cm之间的上下两层对比分析发现位于上层的电导率与pH值普遍略高于下层,阳离子交换量则为上层略低于下层。其中p H值的上、下两层的变化差距较小,仅在0.1~0.3之间。煤矸石的电导率、pH值,以及阳离子交换量等3项指标的时空变化均与风化作用的时间或风化程度密切相关。从植物生长条件角度出发,上述理化指标的变化均有利于煤矸石的复垦利用。     

河南平顶山煤矸石山植被恢复的适宜性评价研究

煤矸石山植被恢复适宜性评价是对煤矸石山植被恢复适宜程度进行的评价,同时是开展煤矸石山植被恢复的工作基础。以河南平顶山一矿煤矸石山为评价对象,将不同海拔高度、不同光照条件下的矸石山划分为6个单元,因地制宜地选择了土层厚度、田间持水量等7个评价因子,应用主成分分析法对研究对象进行植被恢复适宜性评价。评价结果表明：一矿煤矸石山植被恢复的主要限制因子为土层厚度、田间持水量和有机质含量,各评价单元适宜性得分分别为：A1区域为2.68、A2区域为1.84、B1区域为2.97、B2区域为1.98、C1区域为3.11、C2区域为2.97,由此得出海拔低的区域比海拔高的区域更适宜植被恢复,矸石山阴面区域比阳面区域更适宜植被修复的结论。     

不同地点和复垦方式煤矸石山土壤中丛枝菌根真菌群落变化

以山西省大同市晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山以及忻州窑自然恢复煤矸石山为研究对象,采用IlluminaMiSeq高通量测序技术对三座煤矸石山土壤AM真菌群落组成进行分析,并测定其土壤理化性质,以探究不同地点煤矸石山不同复垦方式下土壤中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AM真菌）群落组成的差异及其土壤影响因子。结果表明：晋华宫人工复垦煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山AM真菌多样性指数（Chao指数和香农-威纳指数）存在显著差异,但晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山AM真菌群落的多样性指数差异不显著。试验共检测到67个AM真菌OTUs,可鉴定到3个AM真菌属级分类单元,其中球囊霉属（Glomus）在晋华宫人工复垦煤矸石山、晋华宫自然恢复煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山中均为最优势菌,多样孢囊霉属（Diversispora）、类球囊霉属（Paraglomus）仅出现在晋华宫自然恢复煤矸石山。多元置换方差分析和多维尺度分析结果表明,晋华宫两种恢复方式的煤矸石山之间AM真菌群落组成差异不显著,而晋华宫与忻州窑两个地点的煤矸石山AM真菌群落组成差异显著。AM...     

矸石添加对铜尾矿中香根草生长及生理生态的影响

为了探索矸石作为改良剂用于尾矿生态修复,通过盆栽试验,将矸石按一定比例(0,1%,2.5%,5%,10%和15%)添加入铜尾砂,基于铜尾砂理化性质变化,探索矸石对尾砂中香根草生理生态的作用特点。结果表明:矸石添加入铜尾砂后,提高了基质pH、有机质和营养元素含量,降低了有效态重金属浓度(Cd、Cu、Pb和Zn),改善了尾矿贫瘠环境。随矸石添加比例增加,香根草体内重金属浓度呈下降趋势,生物量和光合色素含量呈现低促高抑性变化。同时,可溶性蛋白质和脯氨酸含量随矸石添加比例增加而增加,MDA随添加比例增加而降低,低添加比例的矸石选择性提升了SOD和CAT酶活性,增强了香根草清除体内多余活性氧的能力。矸石加入铜尾砂可稳定铜尾矿中有效态重金属,也能在一定添加比例内,提高香根草抵御铜尾矿胁迫环境的能力。     

黄土区大型露天煤矿煤矸石自燃对复垦土壤质量的影响

为了研究煤矸石自燃对复垦土壤质量的影响,以复垦13 a的平朔安太堡露天矿区南排土场1420平台正常复垦土壤与自燃退化土壤为研究对象,分析研究了煤矸石自燃对复垦土壤的理化性质、重金属含量、土壤微生物区系和土壤酶活性的影响,并选取原地貌土壤为参照。研究结果表明, 煤矸石自燃对复垦土壤的物理性状影响很大。土壤体积质量、总孔隙度、毛管孔隙度与非毛管孔隙度、田间持水率发生突变。南排1420煤矸石自燃复垦土壤的体积质量显著比正常平台和原地貌土壤的要小,总孔隙度要大,而且主要是非毛管孔隙度,表层土壤和20～40 cm的土壤的非毛管孔隙度高达42.08%和39.49%,远高于正常平台和原地貌土壤,而毛管孔隙度仅有16.41%和15.60%,远低于正常平台和原地貌土壤,田间持水率仅为14.92%和13.11%,为正常平台复垦土壤的47.76%和39.95%。煤矸石自燃可以降低复垦土壤的有机质、速效磷质量分数以及pH值,而提高复垦土壤表层速效钾的质量分数。煤矸石自燃可增加复垦土壤0～20 cm中Pb、Cr、Hg的质量分数,特别是Cr和Hg的质量分数略高出土壤环境质量一级标准。煤矸石自燃对土壤微生物数量影响甚大,煤矸石自燃复垦土壤微生物数量极少,仅为正常平台复垦土壤的0.82%,其中细菌为正常平台复垦土壤的0.80%,放线菌为1.64%,真菌为1.24%。煤矸石自燃可大大降低复垦土壤的过氧化氢酶和蔗糖水解酶活性,特别是蔗糖水解酶活性,而表层复垦土壤的脲酶活性略有提高。总之,煤矸石自燃造成复垦土壤极度退化,大大降低了复垦土壤的质量。     

淮南矿区煤矸石风化物特性及有机碳分布特征

以淮南矿区潘一矿煤矸石山为研究对象,通过对煤矸石风化物的理化特性、电镜扫描(SEM)、能谱(EDS)和总有机碳(TOC)含量分析,初步研究了煤矸石风化物有机碳分布和释放规律,以及煤矸石山堆积淋溶作用对周边土壤溶解性有机碳(DOC)含量的影响。结果表明,从山顶、山腰到山脚煤矸石风化物中的总有机碳(TOC)含量依次减小,随着采样深度的增加总有机碳(TOC)含量逐渐变大。煤矸石风化物中总有机碳含量与煤矸石风化物粒径大小呈正相关,与煤矸石风化物的风化程度成负相关。不同粒径煤矸石风化物淋滤液中溶解性有机碳(DOC)的含量随着淋溶时间增大而减小,在96h淋滤液中溶解性有机碳含量趋于稳定,且值较为接近。距离山脚2~100m内,随着采样距离的增加土壤中溶解性有机碳含量(DOC)呈减少趋势。在距离煤矸石山80~100m处土壤溶解性有机碳含量接近正常农田土壤含量。     

基于植被重建的宁东矿区煤矸石山立地类型及其特征

[目的]研究煤炭开采形成的煤矸石山占压土地并造成的地表植被破坏,正确划分煤矸石山立地类型,为矿区生态恢复与重建提供依据。[方法]以宁东矿区煤矸石山为研究对象,选取微地形、海拔、覆土厚度、土壤质地等10个立地因子进行调查分析,利用主成分分析和聚类分析等方法,划分煤矸石山立地类型。[结果]应用主成分分析法确定出主导立地因子为:微地形、覆土厚度、土壤质地;再依据主导因子对研究样地进行聚类分析划分出宁东矿区煤矸石山3个立地类型组,5个立地类型亚组,8个立地类型。煤矸石山平台面积较大,边坡坡度32°～40°之间,覆土厚度多在30 cm以上,土壤田间持水量16.82%～34.85%,全K含量34.29～46.61 g/kg,属于极高水平,全P含量0.31～0.62 g/kg,为中下或低水平,而土壤有机质、全N含量均属于极低水平,煤矸石山土壤偏碱性。[结论]在宁东矿区煤矸石山重建时应因地制宜,覆土砾石含量较少时,选择以乔木为主的乔灌型混交模式,或以灌木为主的灌木林或灌草型;砾石含量较多时,选择以草本为主的灌草型;土壤为轻砾石土时,撒播草籽。     

煤矿复垦区重构土壤溶解性有机碳空间分布特征

为探究煤矿复垦区重构土壤中溶解性有机碳(DOC)含量的空间分布特征,以淮南潘一矿区煤矸石山和周边复垦区林地土壤为研究对象,从空间分布和颗粒组成上,分析了煤矸石山山顶、山腰和山脚的煤矸石风化物及周边林地土壤中DOC的含量。结果表明:自上而下山顶、山腰、山脚的煤矸石风化物中DOC含量呈递减趋势,并随采样深度的增加而增大;但林地土壤中DOC含量随采样深度的增加而减少。不同粒径颗粒物中DOC含量分布不同,煤矸石风化物和林地土壤均以细砂(0.2~0.05 mm)DOC含量最高,石砾(10~2 mm)DOC含量最低。在雨水淋溶作用下,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量贡献较大,距离山脚1~100 m范围,随着距离的增加,土壤中DOC含量由325.46 mg/kg减少至177.89 mg/kg,煤矸石风化物对周边土壤DOC含量的贡献率由85.78%降低到1.54%,在距离山脚100 m处土壤中DOC含量已接近正常对照土壤含量。     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。