矿区复垦对土壤养分和酶活性以及微生物数量的影响

[目的]研究矿区复垦对土壤养分和酶活性以及微生物的影响,并揭示其时空演变规律。[方法]以安徽省庐江钒矿区碳质页岩风化物区域的复垦土壤为对象,采用野外调查和室内分析的方法,对矿区复垦下的土壤养分、酶活性及微生物数量展开调查。[结果]随着复垦年限的增加,土壤电导率、含水量和全盐含量均明显增加,土壤容重、pH值和总孔隙度则明显降低;随着复垦年限的增加,土壤全钾和有效钾含量均降低,有机质、全氮、碱解氮、微生物量碳和微生物量氮增加,而全磷和有效磷并没有明显的变化趋势,其中土壤微生物量的变化幅度最大,对复垦的响应最为敏感;随着复垦年限的增加,矿区土壤蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和微生物数量均有所增加,但其增加幅度逐渐减小,细菌数量处于绝对优势地位,占到微生物总数的99.3%以上;随着土层深度的增加,土壤酶活性、微生物数量和土壤养分均呈降低趋势,表现出明显的"表聚性",同层相比,基本呈现出:60a40a20a5a规律,局部有所波动。[结论]矿区复垦能够改善土壤质量和土壤肥力;矿区复垦过程中通过影响土壤微生物活动和代谢进而影响土壤养分及酶活性,同时土壤微生物与养分和酶活性等地下生态指标之间在复垦过程中具有统一性。     

草原区露天煤矿排土场复垦土壤质量演替规律与模型

土壤质量变化是衡量排土场复垦土壤生产力大小和土壤环境质量优劣的量度。该文通过典型小区调查的方法,总结了内蒙古伊敏矿区排土场不同复垦年限土壤质量(体积质量、有机质、有效磷、速效钾、全氮、碱解氮、pH值、电导率)的动态演变规律,并运用指数和法构建了研究区土壤演替模型。结果表明:研究区土壤中有机质、速效钾、全氮、碱解氮的含量均呈递增趋势,土壤质量逐渐接近原地貌含量。运用指数和法得出的土壤演替模型表明研究区土壤质量状况已得到改善,逐渐接近原地貌土壤质量。该研究可为草原生态脆弱矿区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。     

矿区复垦地土壤碳氮含量变化特征

为阐明矿区复垦对土壤碳氮含量的影响,以神府东胜矿区马家塔露天矿区复垦地为研究对象,比较了复垦区与原状土壤有机质、全氮、碱解氮含量以及碳氮比变化,同时分析了有机质和氮之间的相关性.结果表明:(1)复垦区表层(0-20 cm)土壤有机质含量显著高于下层(20-40 cm),且有机质分布不均衡.和原状土壤相比,复垦地土壤的有机质含量显著增加,C/N比减小.(2)复垦土壤的全氮和碱解氮含量显著高于原状土壤,碱解氮含量表层显著高于下层,说明复垦后氮素的供应潜力提高.(3)相关分析表明,有机质和全氮之间、有机质与碱解氮之间以及全氮与碱解氮之间均存在显著的线性正相关关系.该研究结果对于评估复垦效应,指导复垦的实践具有重要作用.     

矿区复垦土壤养分变化趋势研究

系统研究了孝义露天铝矿不同复垦年限的土壤养分变化 ,结果表明 :随着复垦年限的增加 ,复垦土壤有机质、全氮、有效磷均呈逐年增加趋势 ,土壤容重逐年下降 ,土壤全磷、全钾、速效钾、土壤 pH、交换量和Cu、Zn、B、Mn、Fe等微量元素的有效态含量变化不明显。研究证明通过种植牧草和大量施用有机肥和化肥 ,可加速复垦土壤的熟化、土壤理化性状逐年改善 ,土壤生产力逐年提高。     

南方稀土矿区植物根际与非根际土壤碳氮含量与pH值变化

[目的]揭示南方稀土矿区根际与非根际养分含量变化,为南方稀土矿区的生态恢复和侵蚀退化区的水土保持提供科学依据。[方法]以福建省长汀县稀土矿治理区为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,选取3个稀土矿开采区进行植物样方调查及土壤取样,对研究区的主要水土保持植物(芒萁、枫香)根际与非根际土壤碳氮含量、pH值变化以及根际与非根际间土壤碳氮含量、pH值的差异性进行研究分析。[结果](1)随着治理年限的增加,芒萁根际土壤的有机碳、全氮含量逐渐升高,硝态氮含量逐渐减少,pH值先增加后减少,铵态氮含量无显著性差异;枫香根际土壤的硝态氮随着治理年限的增加而减少,而有机碳、全氮、铵态氮含量和pH值均无显著性差异。(2)随着治理年限的增加,芒萁非根际土壤的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮均无显著性差异,pH值先增加后减少;枫香非根际土壤的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、pH值均无显著性差异。(3)芒萁根际土壤的有机碳含量显著高于非根际土壤的有机碳含量,全氮、铵态氮、硝态氮和pH值均无显著性差异;而枫香根际与非根际土壤养分含量均无显著性差异。[结论]植被能够改善土壤,但土壤肥力恢复却是一个长期的过程。     

济宁引黄复垦区不同年限土壤养分变化预测

在济宁市梁山县选择引黄充填复垦典型复垦地块,并选择一块具有相同耕作方式的未塌陷地作为参照,通过分析复垦样地多年来的观测数据,构建不同土壤养分指标与年限间的回归方程,研究同一复垦方式不同复垦年限的土壤养分变化,并对耕层土壤养分恢复时间进行预测。结果表明:(1)随着复垦年限的增加,土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈增加的趋势,至复垦5a时,土壤有机质、碱解氮、速效钾基本趋近于对照地块含量,有效磷含量虽总体呈上升趋势,但复垦5 a后0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤有效磷含量分别为6.34、6.21、5.93 mg·kg~(-1),仅达到对照地块的60%;(2)预测引黄充填复垦耕层土壤有机质、碱解氮和速效钾含量在5～6 a后可恢复至对照耕地水平,复垦地块耕层土壤有效磷含量如要恢复至对照耕地水平需要15 a。引黄充填复垦地块耕层土壤的供磷能力明显较弱,可通过改善农艺措施和后期合理增施磷肥或有机肥料来提升土壤质量。     

准格尔旗矿区不同植物叶片的生态化学计量学研究

以不同恢复年限下煤矿复垦区3种共有植物油松、沙棘、苜蓿的叶片作为研究对象,通过对其碳、氮、磷含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、植物养分状况及不同植物与氮磷限制率的关系,以期为该复垦区植物的选择及复垦效果评价提供科学合理的建议与参考。结果表明:矿区植物叶片碳、氮、磷含量平均值分别为488.33,24.87,1.39 g/kg,三种植物叶片碳含量随着恢复年限的增加均有所增加,其中油松叶片碳含量显著高于沙棘和苜蓿叶片碳含量（p < 0.05）,沙棘和苜蓿叶片氮含量显著高于油松叶片氮含量（p < 0.05）;矿区植物叶片C∶N,C∶P和N∶P平均值分别为26.76,374.72,18.32,在生活型方面三种植物叶片N∶P大小表现为灌木>草本>乔木,油松生长受到氮元素的限制,沙棘和苜蓿生长受到磷元素的限制;植物叶片氮含量与磷含量、C∶N,C∶P和N∶P呈极显著相关（p < 0.01）。该研究结果有助于进一步了解准格尔旗矿区碳、氮、磷元素在不同植物间的相互作用规律与机制,对指导矿区植被恢复中树种选择有一定意义。     

恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响

[目的] 研究恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响,为深入探讨高寒矿山排土场植物演替趋势,优化高寒矿山排土场植物恢复工艺方法提供科学指导。[方法] 以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为1～12 a范围内的10个矿山排土场边坡为研究对象,通过样方法调查排土场植物物种组成和多样性特性,并进一步调查土壤化学特性,明确了排土场Patrick丰富度指数等4个α植物多样性指数以及全氮等8个土壤化学特性指标与恢复年限的关系。[结果] 随着恢复年限的增大,天然植物不断侵入,排土场植物的科、属、种数呈现出逐渐增加的趋势,各年限排土场物种组成和群落特征存在一定的差异性。排土场Patrick丰富度指数随着恢复年限的增大呈幂函数增长趋势;Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数随着恢复年限增大呈先增大后减小趋势,且均符合二次函数关系。随着排土场恢复年限的增大,土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效磷含量均呈先增大后减小趋势;速效钾和有机质含量呈幂函数增长趋势;pH值呈逐渐降低趋势。排土场植物4个多样性指数与土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和有机质含量呈不同程度的正相关关系,而与速效磷和pH值呈负相关关系。[结论] 恢复期为12 a时,试验区排土场植物仍处于演替发展阶段,未达到稳定状态;排土场植物演替和土壤养分之间存在明显的相互作用;建议矿区排土场植物恢复选用高氮高磷低钾型缓释复合肥。     

高潜水位煤矿区完整复垦周期的土壤碳演变特征

在济宁高潜水位矿区的充填复垦区内,分析完整复垦周期的土壤碳演变特征。通过从塌陷地(M1)、复垦年限为0,3年的复垦耕地(M2、M3)以及正常耕地(M4)采集土样并检测土壤全碳(TC)、有机碳(SOC)、有机碳密度(SOCD)、有机碳组分(WDOC、POC、MOC、LFOC、HFOC、MBC)及稳定性同位素(δ13C),研究不同复垦周期阶段下土壤碳空间特征的变化情况。研究表明:(1)塌陷地的TC、SOC、SOCD和各有机碳组分含量较低。经过复垦措施期后,SOCD在复垦当年就恢复到正常耕地的水平,TC和SOC含量随着复垦年限不断增加。WDOC、POC、LFOC、MBC等组分恢复速率较快,MOC和HFOC恢复周期较长。(2)TC、SOC、SOCD和各有机碳组分的恢复速率随着土层深度的增加逐渐减缓。(3)复垦土壤的δ13 C均值在不同深度间的差异较小,而标准差和变异系数偏大,说明复垦土壤层次不明显且同一层次间土壤来源混乱。从整个复垦周期来看,复垦工作虽具有"碳汇"作用,但会对土壤层次造成破坏。建议进行塌陷地治理时,尽量采用对土层扰动较小的复垦方式,对表土剥离和回填工序进行优化和监督,从而达到更好的恢复效果。     

复垦类型对煤矸山土壤微生物功能菌的影响

土壤微生物功能菌的数量变化关系到土壤生态系统的维持与改善,因此研究其数量特征对查明复垦煤矸山土壤质量恢复状况具有重要意义。以山西省霍州市煤矸山复垦农田、果园和林地为研究对象,分析3种复垦类型土壤微生物功能菌数量变化特征及其影响因素。结果表明:(1)3种复垦样地农田土壤含水量、速效钾含量较高;果园土壤有机质和有效磷含量最高;林地p H值较低,但碱解氮、微生物量碳、氮含量最高。(2)3种复垦样地功能菌总量表现为林地农田果园,其中好氧固氮细菌表现为农田林地果园;氨化细菌为林地果园农田;好气纤维素分解菌林地农田果园;有机磷、无机磷细菌为果园林地农田。(3)相关分析表明,氨化细菌和好气纤维素分解菌受土壤性质的影响最大;主成分分析表明,土壤pH值和微生物量碳、氮含量对功能菌数量影响的贡献率最大。     

辽东山区天然次生栎林土壤有机碳含量及其与理化性质的关系

通过对设置在辽东山区本溪市草河口镇和庄河市仙人洞镇两个典型天然次生栎林(Quercus spp.)样地内的土样进行分层(0—10,10—20,20—30,30—40cm)采集和室内分析,研究了0—40cm土层土壤有机碳、全氮、全磷等含量的剖面分布特征,探讨了有机碳与理化性质间的关系。结果表明:土壤有机碳及全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量的含量均随土层加深而降低,而土壤容重随土层加深而增加,由t检验和方差分析得知,各指标含量在土层间差异均达到5%显著水平;土壤有机碳与粉粒、pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、阳离子交换量间均呈显著正相关(r=0.430 9~0.919 0,n=44,P0.01),与土壤容重、砂粒间均呈显著负相关(r=0.388 3~0.670 6,n=44,P0.01),而与黏粒间无显著相关性;由逐步回归分析得知土壤碱解氮、碳氮比、全钾、pH、全氮与有机碳间关系最为紧密。土壤有机碳与其他理化性质间关系密切,且以全氮、碱解氮、碳氮比、全钾和pH对其影响最大;同时,各指标均具有明显的剖面分布规律。     

围封禁牧对退化草原土壤性状的影响

以希拉穆仁草原为研究对象,通过对比分析不同围封年限草原土壤机械组成、含水率、容重、孔隙度、有机质含量、碱解氮及速效磷、钾等各项指标,探讨了围封对低山丘陵退化草原土壤性状的影响。结果表明,随着围封年限的增加,草原0-20 cm土层土壤黏粒含量、孔隙度逐年增大,容重和含水率逐渐降低。随着围封时间的延长,土壤速效钾含量逐年降低,土壤有机质、速效磷、碱解氮含量逐渐增加。回归分析结果表明,土壤有机质、碱解氮、速效磷以及速效钾含量的变化同围封年限有显著的相关性。由此可见,围封是促进退化草原土壤改良及植被恢复的一项有效措施。     

山西平朔露天矿区复垦农用地表层土壤质量差异对比

以复垦农用地为研究对象,以原地貌未受损农用地和排土场未复垦地作为对照,共选择18个样地,对比研究复垦农用地、未复垦地及原地貌未受损农用地的土壤容重、田间持水量、pH值、有机质、全氮、全钾、有效磷、速效钾的差异,揭示复垦农用地土壤重构的过程及变异的规律。结果表明：（1）复垦农用地土壤容重、田间持水量、pH值、全钾、有效磷、速效钾的均值都略高于未受损农用地;而复垦农用地有机质、全氮的均值都略低于未受损农用地。（2）复垦农用地和未受损农用地在0-10cm的土壤容重及pH值均略低于10～20cm土层;0～10cm的土壤肥力指标均值略高于10～20em土层。（3）在0～10cm土层,复垦耕地和复垦林地的相关土壤理化性质要优于未受损耕地;在10—20cm,复垦林地土壤理化性质基本上优于未受损耕地。（4）复垦13年的耕地土壤容重、速效钾与未受损耕地差异不显著;复垦22年林地的单个土壤理化指标基本上优于复垦19年林地,复垦19年林地的单个土壤理化指标基本上优于未受损林地。     

煤矸石土壤砷污染相关性分析

在对内蒙古自治区某矿区周边土壤环境总砷含量、全磷、有机质、含水率等项目测定的基础上,分析了土壤总砷含量、有效砷含量与土壤理化性质指标的相关性。同时,通过模拟研究区降水特点和降水量,采用淋溶试验装置,对由煤矸石和自然表层土壤组成的两组混合样品在不同pH值条件下砷的析出规律进行了实验研究。结果表明,研究区土壤有效态砷与总砷含量存在显著正相关关系;总砷含量与pH值、全磷存在一定的正相关性,与有机质和水解性氮之间的相关性不显著;土壤有效态砷含量与有机质含量呈正相关关系,与pH值呈一定的负相关关系。混合土层中砷的淋出量随淋溶液pH值的增加呈降低趋势,pH值越低,砷淋出量越高。     

秦岭火地塘林区不同海拔森林土壤理化性质

为了探究海拔高度与土壤理化性质之间的关系,对秦岭火地塘林区不同海拔高度土壤理化性质进行研究。在不同海拔高度设置样地,对土壤进行分层取样,室内测定土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷和有效钾含量。结果表明：（1）在不同采样深度下,随着土壤深度增加,除土壤pH值逐渐升高外,有机质、全氮、有效磷和有效钾的含量逐渐降低,其他指标无明显变化规律;（2）土壤pH值、有机质、全氮和有效磷含量与海拔之间有显著的相关关系,土壤pH值随海拔升高先逐渐升高,最高点出现在海拔1 800～2 000m,后随海拔升高逐渐降低;有机质、全氮含量随着海拔升高而升高;有效磷含量随海拔升高而下降;有效氮、全磷、全钾和有效钾的含量和海拔之间不存在明显的相关关系。该林区应结合当地森林植被类型状况,针对不同海拔林地土壤的特点,调整林分模式,改善林地土壤性质,以维护该区林地的可持续发展。     

生物炭对我国南方红壤和黄棕壤理化性质的影响

为了探讨生物炭对不同土壤的改良效果,采用盆栽试验,研究了施用生物炭对我国南方两种代表性土壤(红壤和黄棕壤)理化性质的影响及其动态变化差异。结果表明:强酸性红壤施用生物炭能明显提高pH而降低其酸度,同时增加土壤的有机质、速效磷、速效钾和碱解氮含量,且随着生物炭施用量(生物炭量/土壤量:0、0.5%、1.0%、2.0%)的增加,改良效果不断加强;弱酸性黄棕壤施用生物炭也提高了土壤pH、有机质、速效磷、速效钾含量,但对该土壤中的碱解氮含量无明显影响。不同生物炭用量的效应存在较大差异,在2.0%时对两种土壤各理化性质影响均表现为最明显,红壤pH平均增加0.61,有机质、速效磷、速效钾、碱解氮分别平均提高203.4%、369.3%、368.0%、30.4%,而黄棕壤pH、有机质、速效磷、速效钾分别平均增加0.55、124.2%、57.5%、50.3%。因而,相同用量的生物炭对红壤的改良效应好于黄棕壤,且施用生物炭对两种土壤速效钾含量影响最大,其次是有机质、pH、速效磷、碱解氮。     

小五台山不同海拔土壤理化性质垂直变化规律

以河北小五台山不同海拔18块样地土壤为研究对象,分析和比较了不同海拔下土壤物理性质、持水能力、养分特征等14项指标,研究小五台山不同海拔土壤理化性质的垂直变化规律。结果表明:(1)随海拔的升高小五台山土壤容重逐步降低,总孔隙度逐步升高,毛管孔隙度变化不明显;随土层深度增加土壤容重变大,总孔隙度降低。(2)土壤含水量、毛管持水量、最大持水量、田间持水量随海拔升高逐渐升高,随土层深度增加逐渐降低,这种降低趋势随海拔增加逐渐扩大。(3)土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮含量随海拔升高而逐渐升高,随土层深度增加而降低;土壤全钾含量随海拔升高表现为"先升后降"的抛物线型,在2 100～2 200m达到峰值。0—20cm土层速效钾和速效磷含量随海拔升高没有明显变化趋势;20—60cm土层速效钾含量随海拔升高而升高,40—60cm速效磷含量随海拔升高而降低。(4)土壤有机质、全氮、碱解氮含量有明显的"表聚现象",且海拔越高越明显;土壤全磷和速效钾含量也有明显的"表聚现象",海拔越高越不明显;土壤速效磷含量存在一定的"表聚现象",但并不明显;土壤全钾含量没有"表聚现象"。     

植被毯覆盖对旱区露天煤矿土壤生态化学计量及酶活性的影响

为阐明不同材质植被毯覆盖对干旱地区露天煤矿土壤养分及酶活性的影响,以宁夏贺兰山自然保护区大峰矿为研究对象,分析秸秆、椰丝及秸秆-椰丝3种不同材质植被毯覆盖后矿区土壤有机碳、全氮、全磷、脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶及生态化学计量比特征。结果表明：1）植被毯覆盖增加土壤表层有机碳和总氮含量且最大值为椰丝植被毯覆盖土壤,总磷含量无明显变化,10～20 cm土壤有机碳、总氮、总磷含量无明显变化;2）植被毯覆盖增加C/P、N/P且最大值同样为椰丝植被毯覆盖土壤,C/N无明显变化;3）植被毯覆盖土壤脲酶和碱性磷酸酶活性显著高于裸地,且0～10 cm大于10～20 cm,蛋白酶活性无显著变化,过氧化氢酶活性仅有椰丝植被毯的0～10 cm显著高于10～20 cm;4）土壤酶活性与环境因子的相关性和冗余分析结果显示：土壤TP、C/N是制约酶活性的主要影响因子,而N/P、TN是驱动酶活性的主要因子。三种植被毯覆盖后,土壤表层养分含量增加,同时增加了土壤表层的C/P和N/P,且促进表层土壤酶活性。此外,4种酶活性之间也存在显著正相关关系（P<0.01）。相对于秸秆、秸秆-椰丝植被毯,椰丝植被毯提供土壤养分的能力更强。土壤酶活性与环境因子的相关性和冗余分析结果显示：土壤TP、C/N是制约酶活性的主要影响因子,而N/P、TN是驱动酶活性的主要因子。上述结果表明,植被毯覆盖后增加了土壤表层养分,同时促进表层土壤的酶活性。研究结果能够为旱区露天煤矿土壤植被毯生态修复技术的实施提供一定理论依据。     

Accumulation of carbon,nitrogen and phosphorus during soil formation on alder spoil heaps after brown-coal mining,near Sokolov (Czech Republic)

The accumulation of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) and their vertical distribution in the soil profile in relation to site age were studied in a chronosequence of 19 sites on reclaimed spoil heaps from open-cast coal mining, near Sokolov (Czech Republic) and compared to a semi-natural alder forest in the vicinity of the mining area. The reclaimed sites were located on tertiary clay or quaternary gravel–sand spoil material and afforested with alder species (Alnus glutinosa, A. incana) 4–65 years ago.Rapid accumulation of C and N in the soil profile was registered within 15 years after reclamation. The rate of increase in C and N contents in the whole profile and the thickness of the litter and fermentation layers was slower in 25-year-old and older reclaimed sites. The soil of the semi-natural alder forest was richer in C and N in the 5–10-cm layer compared with 40-year-old (clays) and even with 65-year-old (gravel–sand) reclaimed soils. N accumulated more slowly in comparison with C, especially in deeper (5–10 cm) parts of the profile. Accumulation of organic C resulted in a decrease in substrate pH from alkaline, which was characteristic of young sites, to slightly acidic on older sites. The pH decreased gradually with increasing site age in all soil layers but increased with depth in the soil profile. In contrast to C and N, P content did not significantly change with site age in any layer of the soil profile. The highest amount of P was found in the fermentation layer, but there was no difference to the other layers. The soil profile of the semi-natural sites was richer in P in comparison to 40-year-old reclaimed ones.