煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,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50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

大通煤矸石充填复垦区不同植被类型土壤碳排放动态

2011年7月至2012年3月,利用LI-8100土壤CO2通量系统测定了淮南市大通煤矸石充填复垦区草地、灌丛、小乔木林、大乔木林土壤呼吸强度及其相关影响因子.结果显示,煤矸石充填复垦区4种植被类型下土壤呼吸强度的昼夜及季节变化均呈单峰曲线形式,最大值出现在夏季的12:00-16:00间,最小值出现在冬季的4:00左右;不同植被类型下土壤呼吸强度差异显著(p＜0.05),且土壤呼吸强度有强到弱的顺序呈现:草地＞灌丛＞小乔木林＞大乔木林.4种植被土壤CO2-C年释放通量分别为(999.74±62.26) g/(m2· a),(908.49±72.41) g/(m2· a),(869.22±56.23) g/(m2· a),(726.10±63.01) g/(m2· a),故考虑植被的碳减排效应,在煤矸石充填复垦区可以多种植乔木、灌木,而尽量少植人工草坪;复垦区土壤呼吸除受植被类型影响外,主要受10 cm土层土壤温度的影响,各植被类型土壤呼吸强度对土壤温度的指数模型均可以解释88％以上的土壤呼吸变异;草地、灌丛、小乔木林、大乔木林碳排放对温度的敏感性Q10值分别为:2.57,2.71,2.96和3.67.     

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。     

复垦不同年限煤矸山土壤重金属污染状况评价

为研究复垦年限对煤矸山土壤重金属的影响,以山西省霍州市曹村煤矿煤矸山复垦3 a,5 a,7 a和9 a农田为研究对象,对复垦地土壤重金属Hg,Cd,Pb,As和Ni的质量分数及其污染状况进行了分析。结果表明:（1）煤矸山复垦农田0—20 cm和20—40 cm土层土壤重金属质量分数有随复垦年限增加而增加的趋势,其中Pb,Cd表现最明显,而Hg的增加趋势主要出现在20—40 cm土层;同时,煤矸山复垦农田土壤重金属质量分数均不同程度地高于当地普通农田,尤其在20—40 cm土层表现更明显;（2）单因子污染指数表明,Hg和As在0—20 cm和20—40 cm土层污染程度随年限没有变化,分别为重度污染和轻微污染,Pb和Cd在0—20 cm也没有变化,分别为轻微污染和轻度污染,但在20—40 cm土层随年限增长达到轻度污染和中度污染;综合污染指数表明,复垦农田在0—20 cm和20—40 cm土层污染指数均表现为随复垦年限增加而增加的趋势,4种复垦年限农田均达到重度污染。研究结果有助于指导煤矸山植被恢复和复垦地的合理利用。     

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。     

煤矸山复垦林地、草地土壤生态肥力差异分析

土壤生态肥力不仅能反映土壤为植物生长提供水、肥、气、热的能力,还可反映土壤健康状况和可持续利用的能力,故能够用于煤矸山复垦地土壤质量评价。以山西省长治市潞安矿区植被复垦后8年的煤矸山为研究对象,比较了复垦为林地和复垦为草地的0～10 cm和10～20 cm土层土壤生态肥力的差异,并分析其原因。结果表明:(1)复垦林地土壤碱解氮和有效磷含量,微生物量碳和氮含量,碱性磷酸酶活性,微生物群落PLFA总浓度和细菌、真菌、放线菌和革兰氏阳性菌群落PLFA浓度均明显高于复垦草地,而土壤微生物丰富度指数、Shannon-Weiner指数低于复垦草地。(2)土壤生态肥力评价结果表明,复垦林地土壤生态肥力水平优于复垦草地,这主要缘于复垦林地中较强的根系作用和较多的根系分泌物形成了有利于营养物质迁移转化以及微生物和酶生长的土壤微环境。本研究可为煤矸山复垦植被的选择和复垦地后期管理提供科学依据。     

土壤氮磷钾与镉空间分布及其相关性研究

土壤氮磷钾及镉的空间分布及其相关性研究对正确有效地实施精准农业具有重要的意义。为揭示西南地区土壤氮磷钾与镉的空间相关性规律,以三台县耕地区的土壤为研究对象,结合经典统计学和地统计学方法,研究0～50 cm土层土壤碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)与镉(Cd)的空间分布特征及其相关性,在此基础上借助反距离加权法(IDW)和Person相关性分析等方法对土壤AN、AP、AK与Cd的相关性进行分析,主要成果:研究区内AN、AP、AK含量随深度增加逐渐减小,且均属于中等变异。Cd随深度有减小趋势,且Cd含量在0～30 cm深度范围内较高,为0.16～0.31 mg/kg,高于背景值0.079 mg/kg。土壤AN、AP、AK与Cd含量在空间上具有相关性且符合一元二次方程。主要表现为AN和AK会促进Cd的累积并抑制作物对Cd的吸收,从而导致土壤中Cd含量升高,AN和AK含量越高,效果越显著,而AP会促进作物对Cd的吸收,导致土壤中的Cd含量降低。     

复垦煤矸山不同利用类型土壤微生物群落分析

土壤微生物是表征土壤质量状况的重要指标,因此研究其群落特征对指导煤矸山植被恢复具有重要意义。以山西霍州曹村矿煤矸山为对象,分析了农田(WL)、果园(PO)和草地(GL)3种土地利用类型0~10 cm和10~20 cm土层土壤微生物群落结构。结果表明:(1)3种复垦样地土壤微生物总数、微生物总浓度和微生物群落浓度均低于普通农田(CK),表明该煤矸山复垦地土壤质量状况仍未达到与普通农田相当的水平。(2)从土壤微生物群落结构看,3种土地利用类型中革兰氏阳性菌、细菌和放线菌所占比例无显著差异,而革兰氏阴性菌和真菌占比有显著变化。(3)在3种样地中,WL和PO样地中的优势菌种均为细菌16∶0、真菌18∶1 w9c和革兰氏阳性菌i15∶0、a15∶0;而GL样地中的优势菌种为细菌16∶0、真菌18∶1 w9c和革兰氏阳性菌i15∶0。     

两种利用类型煤矸山复垦重构土壤贮水特性研究

土壤贮水能力是复垦地植被恢复和生态重建的基础。因此开展煤矸山复垦重构土壤贮水能力研究对于指导煤矸山植被复垦具有重要意义。以长治王庄煤矸山复垦6 a的林地（SL）和草地（GL）为对象,分析了2种利用类型煤矸山复垦重构土壤1 m土层贮水状况。结果表明:（1）复垦林地（SL）和复垦草地（GL）土壤容重分别较普通林草地（CK）高12.7%和19.0%（p > 0.01）。两种复垦地土壤容重的剖面变化有别于普通农地,并且其差异主要体现在60 cm以上土层。（2）SL样地和GL样地土壤总孔隙度分别较CK样地低20.5%和30.9%,非毛管孔隙度分别较CK低80.0%和74.9%,而土壤毛管孔隙度分别较CK样地高14.1%和2.4%,因此,两种复垦地土壤饱和贮水量和非毛管贮水量明显低于普通农地,但毛管贮水量高于普通农地。（3）SL样地和GL样地1 m土层土壤平均含水量和总贮水量分别较CK样地高7.8%,12.3%和23.5%,34.9%,但两种复垦地与普通农地1 m土层含水量和贮水量的差异在60—100 cm最大。     

大型煤矸石山植被重建的土壤限制性因子分析

煤矸石是我国第一大固体废弃物,巨量煤矸石堆积压占了大量土地,并影响矿区及周边水土环境,煤矸石山的植被重建是解决上述问题的经济而有效的途径。国内外研究与实践表明,表层土壤特性是矸石山植被重建成功与否的决定性因素。由于表层物料组成以及所处地域等因素,目前对煤矸石山各限制性因子及其重要性看法有所不同,从而影响了措施设计及植被效果。本文以抚顺西露天煤矿等煤矸山为例,对大型煤矸石山植被恢复的诸多限制性因素进行了分析论述,认为表层风化物的主要限制性因子依次为质地、水分、养分、pH、盐分、表层温度、重金属等,这与以往研究有所不同,体现了该煤矸石山的区域特色。研究结果可为制定适宜的煤矸石山及其类似废弃物堆场的植被恢复措施提供依据。     

不同植被下复垦土壤腐殖质与Cd形态的关系

[目的]揭示不同植被下土壤腐殖质与镉(Cd)形态的关系,为控制复垦土壤中Cd的活性提供理论依据。[方法]选择淮南市大通区煤矸石充填复垦区3种典型植被恢复模式下(模式A丁香+刺槐、模式B石楠+小巢菜、模式C臭椿+小巢菜)人工恢复7a的土壤,用tessier五步提取法和腐殖质修改法测定其Cd的化学形态及腐殖质组分,运用多元统计分析方法探讨复垦土壤中腐殖质与Cd的有效态间的相互作用。[结果](1)矿区复垦地C(臭椿+小巢菜)植被配置模式的土壤腐殖化程度较A,B模式高;(2)矿区复垦地C植被配置模式下Cd的可交换态含量显著低于其他2种配置模式;(3)矿区复垦区土壤中Cd的有效态与富里酸(FA)的含量显著正相关(p0.01)。[结论]通过适宜的植被模式C(臭椿+小巢菜)调节复垦土壤腐殖质的组成和性质,可以进而控制土壤镉的潜在生物有效性。     

煤矸石组分与表土质地对充填重构土壤导气率的影响

研究煤矸石组分及表土质地对煤矸石重构土壤导气率的影响,探讨重构土壤这种差异显著的非均质土壤导气内在机理,为进一步研究复杂的非均质土壤导气特性提供理论基础。通过在煤矸石中掺杂不同粒径碎石来改变其组分,并利用3种不同质地的土壤在土柱内进行土壤剖面重构,采用一维瞬态法测量其导气率。结果表明:(1)不同碎石粒径和质量分数对混合基质饱和含水量影响不同,掺杂2~5mm粒径碎石,随着质量分数的增加,饱和含水量逐渐增加,从7.29%增加到12.9%;掺杂5~10mm粒径碎石,饱和含水量随着质量分数的增加先增加后减少,分别为7.28%,8.5%,6.9%。(2)煤矸石的导气率远大于土壤,并且煤矸石的导气率对水分的敏感度随质量含水量的增加而增加,而土壤的导气率对水分变化的敏感度均随质量含水量的增加而降低。(3)碎石的存在为大孔隙的产生创造条件的同时也会减少了土壤通气断面,阻隔空气传输的通道。(4)重构土壤导气率受表土质地和底部填充介质的共同影响,覆土土壤导气率决定了重构土壤的导气率大小,而充填基质导气率决定了充填介质对重构土壤导气率影响的系数(Ska)。Ska与充填介质导气率呈显著相关,可以通过指数函数进行拟合(R2=0.93)。通过充填介质及覆土土壤的导气率可以对重构土壤导气率进行估算,简化了重构土壤导气率的测定过程。     

风化煤对苏打盐化土盐分运移的影响

针对山西省大同盆地中度苏打盐化土,利用山西灵石风化煤作为改良材料,进行室内培养试验和原状土柱模拟试验,研究风化煤不同施用量对苏打盐化土的pH、电导率(EC)、水溶性全盐量、水溶性Na~+的影响,以及风化煤对水溶性全盐量、水溶性Na~+在土壤中运移规律的影响。研究表明:通过培养试验发现15g/kg的风化煤处理的效果最佳,pH和碱化度(ESP)分别降低4.1%和34.6%。通过风化煤和纯水淋洗的共同作用下,试验中5个处理土壤0—10cm的pH值分别降低3.0%,7.2%,9.6%,10.6%和9.1%。风化煤15g/kg的处理,使0—10cm土壤中盐分占总盐分的比例从39.0%下降到11.8%。15g/kg的处理,能降低土壤中28.4%水溶性Na~+。结果表明,在大同盆地苏打盐化土改良,风化煤能有效降低土壤表层pH、水溶性盐分和水溶性Na~+,最佳用量是15g/kg。     

植物修复镉污染土壤的差异性研究

以茶花凤仙和百日草为供试植物,对不同镉浓度条件下两种植物的生物量、镉含量及其对镉的吸收、富集状况进行了研究.结果表明,不同程度镉浓度处理的土壤中生长的茶花凤仙和百日草对镉的吸收和富集特性不同,生物量随土壤镉浓度的升高而升高,但达到一定浓度时,生物量又随土壤镉浓度的升高而降低.茶花凤仙在低浓度区域,富集镉的能力要强于百日草,但是在高浓度区域时,茶花凤仙富集镉的效果却低于百日草的富集效果.本试验中所选的两种植物,百日草和茶花凤仙均没有达到超积累植物要求的标准.     

秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究了重金属镉污染水稻土和人为模拟镉污染土壤上不同种类和不同量的作物秸秆还田后,土壤中可提取态镉的动态变化规律以及对白菜生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,秸秆还田显著提高了2种镉污染土壤的pH值。镉污染水稻土上还田玉米和菜豆秸秆显著提高了土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量,秸秆还田后2周时醋酸铵提取态镉含量增加了17%~33%,随时间延长,土壤中可提取态镉增加变的不明显。模拟镉污染土壤上还田玉米和菜豆秸秆对土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量影响不明显。镉污染水稻土上秸秆还田量2%时显著降低了白菜体内镉含量,还田菜豆秸秆和玉米秸秆白菜体内镉含量分别降低了18%和27%。还田玉米秸秆影响了白菜生长,降低了白菜的产量;模拟镉污染土壤上还田菜豆秸秆对白菜生长和镉含量影响不明显,但还田2%玉米秸秆降低了白菜生物量,增加了白菜镉含量。     

Soluble Phosphorus Released by Poultry Wastes in Acidified Aqueous Extracts

Abstract

Research has shown that measured water‐soluble phosphorus (WSP) from poultry litter might have been less than that released in the field. The effects of acidified extractions on soluble P (SP) concentrations were studied, and a buffer was selected to measure SP at pH 6.0, which is a target value for soil management in Georgia.

Soluble P concentrations were extracted from poultry wastes at three pHs: 1) at natural pH, using deionized water (DI_w); 2) after titrating DI_w suspensions with 0.5N hydrochloric acid (HCl) to pH end‐points 3.0, 4.0, and 6.0; and 3) at pH 6.0 with buffers of sodium (Na) acetate, potassium hydrogen phthalate (KHP), 2‐(N‐morpholino) ethanesulphonic acid (MES), Na cacodylate, imidazole, N‐(2‐acetamido)‐2‐aminoethansulphonic acid (ACES), N‐(carbamoyl‐methyl) iminodiacetic acid (ADA), bis‐(2‐hydroxyethyl) imino]‐tris‐[(hydroxymethyl) methane (Bistris), and 1,4 piperazine‐bis‐(ethane sulphonic acid) (PIPES).

Total SP increased 60% to 140% in suspensions acidified with HCl to pH 6.0 compared to suspensions at pH≥8. Dissolved unreactive P responded more (2× to 30×) than molybdate reactive P (20–100%). Buffers extracted more soluble minerals than suspensions acidified with HCl, probably because of their complexation ability. The most effective buffer was MES, because its effects seemed mainly due to acidification.     

Microbiological Properties in Earthworm Cast and Surrounding Soil Amended with Various Organic Wastes

Abstract

Changes produced in the microbiological properties of earthworm Lumbricus terrestris casts and surrounding soil by the addition of various organic wastes such as wheat straw (WS), tea production waste (TEW), tobacco production waste (TOW), cow manure (CM), and hazelnut husk (HH) were evaluated in an incubation experiment. Twenty‐one days after organic waste treatment, analyses of microbial biomass (Cmic), basal soil respiration (BSR), metabolic quotient (qCO₂), and enzyme activities (dehydrogenase, catalase, β‐glucosidase, urease, alkaline phosphatase, and arylsulphatase) were carried out on collected cast and soil samples. Addition of organic wastes to the soil increased values of Cmic, BSR, and enzyme activities in soil and earthworm casts, indicating activation by microorganisms. Except for catalase activity, these values of microbiological parameters in casts were higher than in surrounding soil at all waste treatments and control. The addition of organic wastes caused a rapid and significant increase in organic carbon, total nitrogen, and microbiological properties in both soils; this increase was especially noticeable in soils treated with TEW.     

不同种养废弃物还田对复垦宅基地土壤酶活性和微生物数量的影响

以成都平原复垦宅基地土壤为对象,研究3类种养废弃物(秸秆、猪粪和菌渣)与化肥配施下土壤酶活性、微生物数量的动态变化及其相关性。结果表明:(1)3类"种养废弃物+化肥"配施相比空白(CK)和常规施肥(CF)方式,均能显著提高复垦宅基地土壤微生物数量和土壤酶活性。(2)小麦成熟期,0—20,20—40cm土层土壤微生物总数分别在猪粪还田(MCF)和菌渣还田(FCF)下达到最大值26.89×10~6 cfu/g和17.82×10~6 cfu/g。MCF和FCF处理下3种微生物(细菌、真菌和放线菌)数量都显著高于SCF处理,但MCF和FCF处理之间基本无显著差异。(3)归一化的土壤酶活性值除在0—20cm土层MCF处理达到最高值0.140外,其余均在FCF处理下达到最大。在小麦成熟期,土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性基本呈现出FCFSCFMCF的规律(除0—20cm土层土壤脲酶)。(4)5种处理下的土壤酶活性、微生物数量、土壤有机碳及全氮之间均表现出显著相关。(5)0—20cm土层种养废弃物配施处理下微生物数量、脲酶及蔗糖酶活性在小麦生育期内呈倒"U"型变化趋势,过氧化氢酶活性呈不断上升的趋势;20—40cm土层微生物数量和土壤酶活大致呈递增趋势。(6)综合分析表明,"菌渣+化肥"配施处理(FCF)为成都平原复垦宅基地土壤培肥较适宜方式。