晋陕蒙露天煤矿排土场不同新构土体土壤蒸发特征研究

为研究不同新构土体改良模式下的土壤蒸发特征,采用微型蒸发器田间自然条件下测定土壤水分蒸发过程,分析了不同土体重构模式的日蒸发量、累积蒸发量上差异。结果表明,相对于沙黄土,沙黄土、砒砂岩掺混(7︰3,w/w)的新构土体土壤蒸发降低了14.81%(P0.05),风化煤对沙黄土蒸发特征无明显影响,但显著提高了沙黄土、砒砂岩掺混的新构土体蒸发10.3%(P0.05),而砒砂岩防渗层和工业防水布等不同防渗措施土体之间蒸发差异不显著,但防渗层可以有效截留水分在蒸发过程中较长时间供给土体。试验表明砒砂岩、防渗层等措施下的新构土体土壤蒸发较小,并较长时间内保证土壤水分供给,在旱区矿区排土场具有一定的实践推广意义。     

晋陕蒙矿区排土场不同改良模式下土壤养分效应研究

探究晋陕蒙矿区排土场不同改良模式下土壤养分效应及差异。在内蒙古准格尔旗永利煤矿排土场,选取砒砂岩沙黄土混掺(FS)、风化煤沙黄土混掺(WC)、沙黄土(SL)三种人工熟化的新构土体,与周边以长芒草为主的原地貌土壤(OL)以及新建排土场(CK)作对比,分析3种改良模式下0～20 cm表层土壤中有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷的含量变化及改良效果差异,并采用加权综合法对几种土壤类型的养分质量进行综合评价。结果表明:(1)不同改良模式排土场相比新建排土场,土壤各养分含量均有显著提高,原地貌土壤在0～10 cm和10～20 cm两个土层中,有效磷含量较对照分别降低了0.36 mg·kg-1和0.9 mg·kg-1。(2)重构小区中不同改良模式下土壤有机碳、有效磷、硝态氮均已超过原地貌土壤养分含量,土壤铵态氮基本达到原地貌水平,土壤全氮尚未恢复至原地貌水平。(3)由5种土壤养分指标计算出的土壤质量指数在0～10 cm土层中的变化范围是0.16～0.79,在10～20 cm土层中的变化范围是0.16～0.55,几种土壤类型的土壤质量指数排序为WCFSSLOLCK。总体而言,不同改良模式土壤养分质量以风化煤掺混土体最高,其次是砒砂岩掺混土体,沙黄土高于原地貌土壤,对照质量最差。     

砒砂岩区排土场新构土体保水效应研究

以晋陕蒙露天煤矿区排土场为研究对象,利用土壤水分定位试验观测数据,研究了不同复配方式人工新构土体水分时空变化规律。结果表明:(1)排土场土体年内变化周期可分为雨季丰水期(7月—10月)和旱季贫水期(11月—翌年6月),土壤水分主要受自然降雨、蒸散、底层渗漏的影响;(2)与无防渗层土体相比,7月—10月雨量丰沛期防渗层的水分蓄积作用明显,较对照高9.65%~13%,防渗层处理的土体底层体积含水量增加了21.6%,砒砂岩防渗层、工程防渗布在蓄积水分上并没有显著差异;(3)风化煤增加了表层土体蒸发损失,不利于土体的持水性的提高;砒砂岩增加了土体剖面持水能力,相对于沙黄土,复配土体0~30 cm层次土壤体积含水量增加约3.36%~9.57%,30~40 cm底层约增加11.16%~13.65%。综合来看,砒砂岩掺混显著增强了土体的持水蓄水能力,防渗层有效截留渗漏水分并持续供给土体,对涵养土壤水库有积极作用。     

砒砂岩风化物对土壤水分特征曲线及蒸发的影响

运用高速离心机法和室内模拟蒸发的方法,对比研究了红色(RS)、灰色(GS)和白色(WS)三种颜色砒砂岩风化物在不同添加比例条件下对沙黄土和风沙土水分特征曲线、供水能力和干旱过程中失水过程的影响。研究表明:砒砂岩风化物的添加对沙黄土和风沙土水分特征曲线有较明显的影响。砒砂岩风化物的持水能力均高于沙黄土和风沙土,砒砂岩风化物添加提高了风沙土和沙黄土的持水能力,降低了沙黄土和风沙土失水速率;较低比例的砒砂岩风化物提高了沙黄土和风沙土的比水容量,但对风沙土和沙黄土低吸力段供水能力的提高作用并不明显。整个蒸发期间,砒砂岩风化物降低了沙黄土的标准蒸发量,而对于风沙土,其作用是蒸发前期降低,中后期增加。红色、灰色、白色三种砒砂岩风化物分别使风沙土的蒸发失水比提高了11.59%、10.14%和0.01%,添加三种砒砂岩风化物后的处理的最终平均含水量分别是风沙土的4倍、2.33倍、1.33倍,使沙黄土的蒸发失水比降低了13.33%、13.33%、29.52%,最终含水量降低了45.83%、54.17%、66.67%。因此,从提高土壤持水能力方面考虑,砒砂岩可以用于当地矿区和排土场区土壤改良,以促进生态修复。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土储水能力影响的研究

为探析砒砂岩对于风沙土储水能力的影响,在毛乌素沙地设置不同比例砒砂岩与沙复配成土试验小区(砒砂岩与沙的体积比分别为1∶1,1∶2,1∶5),进行单季玉米种植,并分别于2013—2015年连续3年对0—120cm深度内土壤水分进行动态监测。结果表明:从2013—2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土储水量从100mm左右提升至200mm以上,并可逐步调节土壤水分至不亏缺状态,显著提升土壤的保水蓄水能力,有利于作物生长需求;土壤储水以40cm以下中深层土壤储水能力改善作用最为明显,且经多年种植,0—40cm和80—120cm土层逐步成为土壤水分较为稳定的土层,利于作物根系对水分的吸收利用;砒砂岩与沙1∶1~1∶5范围内,随砒砂岩所占比例提高,复配土储水特征的改善作用有增强趋势,但趋势不显著。     

砒砂岩-黄土沟谷土壤含水量的时空变化

以晋、陕、蒙交界地区常见的砒砂岩-黄土丘陵沟谷为研究对象,分别于2005年7月和lO月对沟谷不同部位土壤含水量进行了测定.结果表明,其时空变化特征明显.(1)沟谷不同部位土壤平均含水量大小为7月份:沟谷底部14.44%,阳坡顶部9.29%,阴坡顶部9.01%,阴坡中部8.25%,阳坡中部6.36%;10月份:沟谷底部9.96%,阴坡顶部9.81%,阳坡中部9.48%,阴坡中部9.09%,阳坡顶部8.06%.(2)砒砂岩平均含水量季节变幅小,属稳定型;黄土及有冲积层的黄土平均含水量季节变化较大,属波动型.(3)在砒砂岩剖面上,泥岩含水量显著大于砂岩,砒砂岩坡面平缓的地段贮水能力比陡的地段大.(4)在黄土剖面上,明显出现土壤干层现象,在夏季、秋季降雨较少的情况下,土壤水分会严重降低,土壤水分处于负补偿状态,土壤干层距地表更深.在半干旱地区的砒砂岩-黄土丘陵沟壑区,黄土剖面土壤干层的发生是一个自然现象,随降雨量的多寡,呈消长状态.     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

黄土区夏闲期土壤呼吸变化特征及其影响因素

本文以1984年设立在黄土旱塬区长期田间定位试验为平台,于2009年采用动态密闭气室法(Li-8100,USA),监测了不同施肥措施下旱地冬麦种植系统中休闲期(7月至9月)土壤呼吸、10cm土层的温度和含水量变化,研究了休闲期土壤呼吸变化特征及其与环境因子的关系。结果表明:黄土旱塬农田休闲期土壤呼吸速率变化剧烈,最大值为5.05μmol m-2s-1,最小值为0.06μmol m-2s-1,平均值为2.00μmol m-2s-1,变异系数为116.5%;整个休闲期不同施肥处理的土壤呼吸速率大小为:化肥有机肥配施处理(NMP)有机肥处理(M)化肥氮磷处理(NP)化肥氮处理(N)和不施肥处理(CK);2009年7月7日至9月11日间NPM、M、NP、N和CK处理土壤CO2-C排放量分别为2.0、1.6、1.2、0.8和0.8 Mg hm-2;土壤呼吸与土壤水分为极显著抛物线关系(p0.01),可解释55%以上的土壤呼吸变异性;土壤呼吸与土壤温度呈显著线性相关(p0.01),但仅能解释呼吸作用变异性的19%~39%;土壤呼吸对耕作的响应强度与微生物量碳极显著线性正相关(p0.01),与土壤有机碳显著线性正相关(p0.05),与全氮、可溶性碳无明显关系(p0.05);降雨对土壤呼吸的促进或抑制主要取决于降雨前的土壤水分状况。长期水分亏缺降雨,降雨可明显促进土壤呼吸,而土壤水分充足时,降雨抑制土壤呼吸,其影响大小与土壤有机碳、全氮、土壤可溶性碳和微生物量碳密切相关。休闲期土壤呼吸受土壤水分、土壤干湿变化、土壤温度、翻耕及土壤有机碳水平等因素的影响。     

山西省孝义矿区不同植被恢复方式下土壤呼吸、温度和水分季节特征

对山西省孝义露天煤矿覆土,种植百脉根、苜蓿、柳树—圆柏混交林和油松林土壤的容重、pH值、有机碳、总氮以及土壤呼吸、温度、和水分的季节变化进行了测定,并对土壤呼吸与土壤温度、水分之间的关系进行了模拟分析。结果表明,不同的植被恢复方式对土壤容重、有机碳、碳氮比和土壤呼吸年均值影响较大,而对土壤pH值和总氮未产生显著影响。土壤温度季节变化曲线为单峰,高斯拟合结果为极显著水平相关;土壤水分随季节波动较大;土壤呼吸季节变化近似于单峰曲线,但高斯拟合的相关性并不显著。苜蓿地土壤呼吸与土壤温度单因子的高斯拟合,以及与土壤温度和水分的双因子拟合系数较高,而百脉根和油松林土壤呼吸与土壤水分相关性强。     

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。     

Assessment of Seasonal and Site-Specific Variations in Soil Physical, Chemical and Biological Properties Around Opencast Coal Mines

Coal mining adversely affects soil quality around opencast mines. Therefore, a study was conducted in 2010 and 2011 to assess seasonal and site-specific variations in physical, chemical, and biological properties of soil collected at different distances from mining areas in the Jharia coalfield, India. Throughout the year, the soil in sites near coal mines had a significantly higher bulk density, temperature, electrical conductivity, and sulfate and heavy metal contents and a significantly lower water-holding capacity, porosity, moisture content, pH, and total nitrogen and available phosphorus contents, compared with the soil collected far from the mines. However, biological properties were site-specific and seasonal. Soil microbial biomass carbon (MBC) and nitrogen (MBN), MBC/MBN, and soil respiration were the highest during the rainy season and the lowest in summer, with the minimum values in the soil near coal mines. A soil quality index revealed a significant effect of heavy metal content on soil biological properties in the coal mining areas.     

Variations in pore distribution of reconstructed soils induced by opencast mining and land rehabilitation based on computed tomography images

Opencast coal mining is an anthropogenic activity that changes the antecedent soil profile, and it was important to understand the distribution characteristics of soil pore and then select suitable land rehabilitation measures. To better quantify the pore distribution characterization of reconstructed soils in opencast coalmine dumps, high-resolution and non-destructive computed tomography (CT) method was used to study the effect of opencast coal-mining and land rehabilitation on the soil pore distribution by scanning soils from the Antaibao Opencast Coal-mine in China. The soils were taken from the dump platforms with different rehabilitation time and an unmined site. ImangeJ 2 was used to process the scanned images and the soil pore densities and porosities of different pore sizes were used to analyze the distribution characteristics of soil pore. Opencast mining activities decreased soil pore density and soil porosity, especially in macropores. Compared to unmined soils, the total porosity of the non-rehabilitated soils reduced by 25.0%, 20.5%, 17.7% at the depths of 0–25, 25–50, 50–75 cm, respectively. Vegetation rehabilitation should be used to develop soil pore structure and improve the proportion of different pore sizes.     

风化煤玉米秸配施熟化土壤的生物学效应研究

以黄土母质生土为材料,通过盆钵试验,研究了腐殖酸类物质风化煤与玉米秸配施在土壤熟化培肥过程中对土壤微生物量及生物活性的综合影响。结果表明,施用风化煤,特别是与玉米秸配施,对土壤生物量C和土壤呼吸强度、纤维分解强度等表征土壤生物学性状的指标均有不同程度的促进作用,互作激发效应较明显,有较好的实际应用价值。经统计优选,在本试验条件下,对土壤微生物及其活性具有较佳效应的方案为风化煤施用量24150～32400kg/hm2,同时配施玉米秸35550～41550kg/hm2,尿素1080～1290kg/hm2。     

适量砒砂岩改良风沙土的吸水和保水特性

该文研究了不同砒砂岩改良风沙土模式下的土壤入渗特征、饱和导水率和水分特征曲线,分析了不同模型对砒砂岩改良风沙土水分特征曲线的适用性和不同改良模式的土壤水力学特征,以期为评价砒砂岩改良风沙土水力学特性以及筛选合理改良模式提供科学依据。结果表明:砒砂岩可以有效降低风沙土的入渗率和饱和导水率,增加风沙土的饱和含水量和滞留含水量,增强风沙土的持水能力。VGM(m,n)模型可以拟合砒砂岩改良风沙土土壤水分特征曲线。同一改良模式下,土壤的入渗率、饱和导水率和饱和含水量随容重增大呈减小趋势;容积含水量在低吸力段随容重增大逐渐减小,在中高吸力段逐渐增大。砒砂岩和风沙土以25∶75比例混合的复配模式,可以有效改良风沙土的吸水和保水特性,可在实践中推广。     

风化煤施用对复垦土壤理化性质酶活性及植被恢复的影响研究

针对黄土高原气候特征以及露天矿区复垦土壤存在的土壤土体松散、抗蚀能力弱、有机质含量低、养分贫乏等问题,利用风化煤为修复介质,通过室内模拟分析试验,研究了种植不同品种紫花苜蓿后,冻融交替作用和水分状况对矿区复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响。结果表明,合理施用风化煤对露天煤矿复垦土壤物理、化学、生物学性质有明显的改良效果。各个指标间存在显著的相关性,有机质含量的提高能够促进其他物理、化学、生物学指标的改善,团聚体百分含量最大达到95．80％,较对照增加1．20％;脲酶活性最高达到0．181（NH4-Nmg·g^-1·24h^-1）,较对照增加88％。土壤水分状况对复垦土壤性质影响显著,含水量10％处理的土壤水稳性团聚体百分含量显著高于含水量5％和15％的处理,适当的水分条件,对改良效果有明显的促进作用。经历冻融交替作用后,施用风化煤对紫花苜蓿种植区土壤的理化性质、酶活性均有显著的良性影响。研究结果显示施用风化煤可有效促进矿区土壤的结构改良及生态重建。     

砒砂岩类型区筑坝材料可行性分析

对黄河中游砒砂岩分布区的黄土、沟床沙、红砒砂岩风化物、白砒砂岩风化物的有机质与易溶盐含量、颗粒组成、渗透性、可塑性、抗剪强度等指标的测定分析表明,黄土、沟床沙、红砒砂岩风化物这三种材料是良好的筑坝材料,并可作为防渗材料;白砒砂岩风化物属不良级配土,但与红砒砂岩风化物混合可互补不足,仍可作为筑坝材料。     

黄土丘陵区坡地侵蚀对土壤呼吸的影响

以黄土丘陵区两种肥力水平的坡地土壤为研究对象,采用人工模拟侵蚀(表土剥离0,5,10cm)和动态密闭气室法(Li-8100,USA),探讨了坡地不同侵蚀强度下土壤呼吸的变化特征及水热因子对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)一定温度和湿度条件下,强度侵蚀显著降低土壤呼吸速率(P<0.05),其影响程度与土壤肥力有关,高肥土壤侵蚀5cm后呼吸速率较未侵蚀土壤降低了32%,而低肥土壤呼吸速率降低了14%;(2)两种肥力土壤呼吸的侵蚀效应在干湿交替前后表现出不同的变化规律,降雨使土壤呼吸速率激增,且放大了表土流失的侵蚀效应;(3)观测期内土壤呼吸速率与土壤湿度呈显著正相关,而与土壤温度无明显相关性,说明短期内影响侵蚀土壤呼吸速率日际变化的主要因子为土壤湿度;(4)在计算坡面CO2排放时若忽视侵蚀的影响,将可能高估侵蚀引起的原位碳排放效应。严重表土流失可能通过影响土壤呼吸而改变陆地生态系统碳平衡。