安太堡露天矿植被恢复过程中土壤生态肥力评价

平朔安太堡露天矿位于山西省西北部,地处黄土高原生态脆弱区,采煤造成了土地的严重损毁及植被的无存。自1989年以来,在平朔安太堡露天矿采煤废弃地开展土地复垦与生态重建工作已有20余年,现已形成2000 hm²不同复垦模式的人工生态林。对安太堡露天矿复垦地不同植被恢复模式土壤理化性质、酶活性和微生物区系进行分析和土壤生态肥力评价,为人工诱导和支持下的生态脆弱矿区采煤废弃地的生态恢复重建提供类比试验数据。结果表明:不同植被恢复模式中土壤理化性质、酶活性和微生物区系存在明显差异,通过主成分分析对各植被恢复模式的土壤肥力进行了综合评价,油松—刺槐混交林土壤肥力最高,人工植被恢复显著地改善了土壤生态环境,促进了土壤养分的提高。     

矿区复垦植被土壤涵养水源功能的研究

从矿区复垦林地土壤的物理性状、蓄水性能及渗透性能和枯落物持水量等方面探讨了复垦矿区复垦植被的涵养水源功能.结果表明:随着复垦年限的增加,与新造地相比,土壤的物理性状都有很大的改善,而且植被对平台土壤的改善效应更明显;平台上土壤饱和蓄水量从大到小依次为刺槐×柠条>刺槐林>草地;斜坡上土壤饱和蓄水量依次为草地>刺槐林>柠条林.枯落物的持水量依次为草本>刺槐>油松.因此,乔灌草配置,针阏叶林混交,增加物种多样性,才能有效地改善土壤的保水蓄水能力,特别在复垦初期.     

不同复垦模式及复垦年限对土壤微生物的影响

为了研究不同复垦年限及复垦植被模式对复垦土壤生物肥力的影响,通过野外调查和采样分析,对平朔安太堡露天煤矿不同复垦年限及复垦植被模式下和原地貌（对照）土壤中细菌、放线菌和真菌3种微生物的数量及变化进行了研究。结果表明：1）从微生物总数来看,随着复垦年限的增加,微生物总数呈增加的趋势,复垦13a的土壤微生物总数达到了624.35×105～1 448.19×105 cfu/g,平均可达1 183.01×105 cfu/g（除自燃地外）,最高的和原地貌已相当。2）在不同复垦年限及复垦模式复垦地0～20 cm表层土壤微生物三大类区系组成中,细菌数量占绝对优势（95%以上）,放线菌数量次之,真菌数量最少。3）不同复垦植被配置方式对复垦土壤微生物数量的增加作用不同。在同一地点不同复垦模式复垦7 a的土壤中微生物数量的变化趋势是紫穗槐＞沙枣＞沙棘。不同复垦模式复垦13 a,从微生物角度评价它们的生态效益是：云杉×油松×落叶松＞刺槐×油松×榆树＞刺槐×柠条＞冰草×刺槐×柠条。4）从土壤微生物与复垦土壤养分的相关系数来看,细菌数量和微生物总数与土壤有机质、碱解氮含量呈显著正相关。     

植被类型对煤矿区复垦土壤根际微生物的影响

煤矿开采改变了矿区土壤条件、地表植被覆盖和微生物生存环境。植被由于生长条件和根际分泌物的不同,影响根际土壤微生物的组成和多样性。以山西省晋华宫煤矿复垦区侧柏、云杉、樟子松、油松、桧柏5种复垦植被为研究对象,分析其土壤理化性质、根际土壤酶活性和微生物群落结构的差异性,并计算综合土壤肥力指数以反映不同复垦植被的生态恢复效果。结果表明：不同植被对土壤物理和化学性质、土壤酶活性、根际微生物多样性和群落结构具有显著影响,樟子松林具有最高的全碳、全氮含量,为微生物提供更多的碳氮等养分,导致其具有显著高的微生物丰度和多样性;不同植被类型间微生物群落差异性显著,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是优势菌门,全硫、容重和碱性蛋白酶是影响土壤根际微生物群落结构的关键因子;土壤综合肥力指数表明樟子松林和云杉林优于其他植被。综上,不同植被对矿区生态恢复的效果具有一定差异,樟子松林和云杉林有助于提高根际土壤细菌多样性和土壤肥力,研究可为半干旱区煤矿复垦区生态恢复的植被选择提供科学依据。     

秦岭北坡4种植被类型的土壤养分状况和微生物特征比较研究

通过实地调查和试验分析,研究了秦岭北坡杨树人工林、刺槐人工林、油松人工林和荒坡等4种植被类型的土壤养分状况和微生物特征.结果表明:①4种植被类型土壤养分存在差异,杨树人工林与刺槐人工林土壤养分含量均较高,油松人工林养分含量相对较低.荒坡最低.②4种植被类型中,土壤微生物数量以细菌最多,其次为放线菌,真菌最少.除真菌数量外,细菌、放线菌和微生物总量依次为杨树人工林最多,刺槐人工林较多,再次为油松人工林,荒坡最少.③4种植被类型土壤养分含量与土壤微生物数量基本均随土层加深表现为减少趋势,表明土壤微生物数量与土壤养分含量有关.④4种植被类型中土壤养分含量和土壤微生物数量比较研究表明,人工林能够较好地改善土壤状况,阔叶林改善土壤状况较针叶林更为有效.     

黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律

恢复受损的土壤和植被是矿区生态恢复的关键,植被恢复过程的实质是植被-土壤复合生态系统相互作用的过程。该文通过典型小区调查的方法,选择山西平朔州安太堡露天煤矿复垦排土场为研究区,分析了不同复垦年限（3、5、10、12和17 a）土壤环境因子和乔木林地植被生物量的动态演变规律,建立了黄土区露天煤矿排土场复垦土壤环境因子和乔木林地植被生物量Logistic演替模型,并构建了土壤-植被交互影响的偏微分方程组。相关系数及显著性检验表明所建立的土壤各环境因子演变模型和乔木林复垦地的植被生物量演变模型有效,能够很好地反映排土场的土壤因子和植被生物量的动态演变过程;随着复垦年限的增加,研究区土壤环境因子质量不断提升并逐渐接近原地貌,土壤因子和植被生物量都呈S型变化,符合Logistic生长演替模型;土壤环境因子与植被生物量二者交互作用明显,符合Kolmogorov捕食模型。该研究可为黄土区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。     

黄土区大型露天煤矿复垦24a土壤碳氮组分特征

研究大型露天煤矿典型植被恢复模式下土壤碳、氮组分特征,为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤碳、氮固持过程及复垦土壤成土过程提供依据.以黄土区典型露天煤矿—平朔露天煤矿的复垦24a的刺槐-油松混交林(RP)、刺槐纯林(RM)、白杆-青杆-沙棘混交林(PPH)、沙棘纯林(HM)4种典型植被恢复模式样地及未复垦样地(UR)、原地...     

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。     

复垦年限及植被模式对煤矿复垦土壤微生物多样性的影响

了解露天煤矿区复垦状况及其对土壤微生物的影响机制,对于估算受损生态系统的恢复程度至关重要。该文以采用多种模式复垦的安太堡露天煤矿为研究区域,通过野外调查与采样分析,借助于Biolog EcoPlatesTM方法对复垦区和原地貌(对照)表层土壤中的微生物功能多样性状况进行了探索,评价了复垦年限和复垦植被模式对土壤微生物特征的恢复效应;并从土壤物理化学性质(土壤容重、pH值、土壤有机碳、总氮、速效氮、速效磷和速效钾)和生物性质(土壤微生物量碳和微生物量氮)中筛选可反映土壤微生物功能多样性变化的代表性指示物质。结果表明:1)露天煤矿复垦年限和复垦植被模式均对土壤微生物的功能多样性有明显影响。复垦年限越长的样地中土壤微生物有较高的活性和均匀度,但丰富度较低;若样地的复垦年限较长,复垦植物种植模式对土壤微生物多样性的作用强于复垦时长对其的影响。2)从土壤微生物多样性恢复层面分析,单一植物复垦配置的优化次序为杏树、榆树和柠条,混交林配置较优的选择为柠条×刺槐。3)土壤微生物生物量碳的含量与土壤微生物功能多样性指标Shannon-Wiener指数(ρ=–0.69,P0.01)和McIntosh指数(ρ=–0.69,P0.05)显著负相关,在一定程度上可作为复垦区生物多样性指示物质。研究成果将为露天煤矿及其所在区域的生态恢复、治理和监测提供参考。     

植被恢复对黄土高原露天矿区土壤碳氮磷功能微生物类群的影响

黄土高原矿区生态脆弱,植被恢复与土壤微生物介导的养分循环密切相关。厘清植被恢复对土壤碳氮磷功能微生物类群的影响及调控作用,对重建矿区生态恢复力及自维持机制至关重要。采用高通量qPCR芯片技术、随机森林模型和结构方程模型揭示黄土高原安太堡露天矿复垦排土场柠条(灌丛,BL)、油松(针叶林,CF)、刺槐(阔叶林,BF)、油松+榆树(混交林,MF)等4种植被恢复模式及毛白杨林(CK)对土壤理化性质、酶活性、碳氮磷功能微生物类群的影响及互馈机制。结果表明:BL、BF和MF对土壤养分积累优于CF,不同恢复处理过氧化氢酶(CAT)活性均显著高于CK,但β-葡萄糖苷酶(BG)活性和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性却显著下降;植被恢复显著改变碳氮磷相关功能微生物类群丰度,但变化趋势几乎一致;碳氮磷相关功能微生物类群与土壤硝态氮(NO₃^--N)呈显著正相关,与铵态氮(NH₄⁺-N)呈显著负相关,参与碳循环、硝化过程和有机磷矿化的功能微生物类群与有效磷(AP)呈显著正相关;植被恢复通过直接影响CAT和AP来调控碳氮磷循环,或...     

平朔矿区开采受损及治理区土壤养分特征对比分析

[目的]了解山西省朔州市平朔矿区土壤养分分布的空间规律,为以后施肥决策提供依据,加速改善矿区土壤状况。[方法]以平朔矿区为研究区域,分别采集开采未损区、开采受损区、受损治理区3个区域的土壤样本各30组,再通过试验测得土壤的养分含量并用R和Sufer等进行分析处理获取不同区域的养分变化情况,最后根据样本各养分因子的隶属度值和权重系数对土壤养分情况进行了综合评价。[结果]通过和土壤养分含量分级与丰缺度标准相对比,结果表明平朔矿区的养分丰缺度为急缺或缺状态,除pH值外其他养分指标变异系数及含量波动大,尤其开采未损区。土地复垦虽然可以一定程度地改善矿区的受损土壤,但是受损治理区土壤要想恢复到开采前状态,还需要很长时间。[结论]平朔矿区的采矿和土地复垦对土壤养分含量和土壤养分分布有重要影响。     

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。     

不同培肥方式对复垦土壤玉米养分吸收及肥料利用率的影响

为研究不同培肥处理对平朔露天煤矿复垦土壤作物养分含量及肥料利用率的影响,进行了玉米盆栽试验,结果表明:不同培肥处理对玉米植株的N,P,K含量均有提高作用,玉米N,P,K在根、茎、叶器官分配顺序为叶 > 茎 > 根;有机肥、菌肥和配施低浓度化肥处理对玉米N素含量增加最明显,有机肥、菌肥和化肥配施各处理对玉米P和K含量增加最明显,其次对玉米N,P,K含量增加较明显的为有机肥配施菌肥处理,而单施有机肥处理对玉米N,P,K含量增加效果最差;有机肥、菌肥和化肥配施处理对玉米N,P,K肥利用率高于有机肥配施菌肥处理更高于单施有机肥处理,此研究为恢复矿区复垦土壤肥力水平提供理论依据。     

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。     

粤北铅锌矿区土壤生态系统微生物特征及其重金属含量

粤北大宝山金属矿产资源的开发给生态环境带来了严重危害。对该铅锌矿区土壤的微生物特征进行研究。结果表明:五节芒植物中的元素含量表现为Zn>Pb>Cu>Cd,Zn与土壤元素的相关性最为显著,其次为Pb。与对照土壤相比,矿区土壤的微生物基础呼吸作用增强,但微生物生物量却显著降低,微生物生理生态参数Cmic/Corg、qCO2值明显升高。随着矿区土壤的重金属含量增加,矿区(1#、2#)土壤的生化作用强度明显下降,生化作用表现为与土壤重金属含量呈显著负相关。与非矿区(6#)土壤相比,其中土壤氨化作用、硝化作用、固N作用和纤维素分解作用强度分别下降43.19%～70.01%,70.71%～92.02%,58.54%～87.76%和55.00%～79.60%。生化作用表现为与土壤中重金属含量呈显著负相关。土壤微生物活性下降是矿区土壤生态系统遭受破坏的重要标志之一,也是矿区土壤微生物生态演变的重要因素之一。土壤微生物活性降低削弱了矿区土壤中C、N营养元素的循环速率和能量流动。     

Interaction between an acidic mine water and an agricultural soil material

A column filtering experiment was conducted to investigate interaction between an acidic mine water and an agricultural soil material during percolation of the mine water through the soil column. The results show that the mine water-borne mineral acid, Cu, Pb, Zn and Cd was markedly held by the soil during the earlier stage of the experiment. Approximately 1/3 of the retained acid was only physically held by the soil while the remaining 2/3 of the retained acid was either physiochemically or chemically bound to soil colloids. There was a tendency that the retained acid decreased with increasing depth of the soil column. Except for Cd, the capacity of soil to remove these heavy metals from the mine water persisted longer, compared to mineral acid. In contrast with mineral acid, the concentration of retained heavy metals increased with increasing depth, suggesting that these metal ions are less competitive than major acidic cations such as Al³⁺, H⁺ and Fe³⁺ for available adsorption sites in the upper soil layers. Mine water-borne Cu, Cd and Pb were immobilized predominantly in exchangeable and oxide-bound forms while mine water-borne Zn was immobilized mainly in carbonate- and organic-bound forms. During mine water infiltration, some soil-borne metals were mobilized and leached out of the soil under acidic conditions during the latter stage of filtration operations. Unlike Cu, Pb, Zn and Cd, mine water-borne Fe was transformed into colloidal Fe oxides/hydroxides which were carried by the downflowing water. A large proportion of mine water-borne Mn was only physically held, probably not necessarily in soluble forms but in colloidal forms.     

露天煤矿开采项目水土流失量预测——以内蒙古锡林郭勒盟胜利矿区一号露天煤矿为例

以内蒙古锡林郭勒盟胜利矿区一号露天煤矿为例,分析了露天煤矿水土流失的成因,划分了水土流失预测单元和预测时段。介绍了该项目水土流失预测的内容和采用的方法,得出了水土流失强度和水土流失量预测的结果。通过分析,揭示出露天煤矿水土流失的危害,为其治理奠定了基础。     

基于EMD的平朔矿区生态足迹变化及动力学预测分析

生态足迹是一种度量人类对自然利用程度的综合指标,它受到人口、土地、科技、消费等众多社会、经济和自然因素的影响,在时间和空间上具有多尺度特征。在计算平朔矿区1989—2010年人均EF的基础上,采用EMD和动力学预测方法,研究矿区人均EF的长时间序列演化规律,结果表明,矿区人均生态足迹存在一个4.68 a左右的准周期波动;从人均EF波动的趋势量分布来看,1989年以来平朔矿区的人均生态足迹不断增长,且年平均增长率为1.787 4%,但2001年以后的10 a间,由于矿区加强了土地复垦和生态重建工作,人均EF的年平均增长率下降为0.046 7%;预测结果表明,虽然矿区人均EF依然呈上升趋势,但年均增长率减缓,模型预测2020年平朔矿区人均生态足迹为2.566 hm²/cap;研究结果有助于了解矿区未来资源的利用情况和区域生态压力面临的问题,为有关部门制定和实施相应的可持续发展战略措施提供理论参考。     

露天煤矿开采项目水土流失量预测——以内蒙古锡林郭勒盟胜利矿区一号露天煤矿为例

以内蒙古锡林郭勒盟胜利矿区一号露天煤矿为例,分析了露天煤矿水土流失的成因,划分了水土流失预测单元和预测时段。介绍了该项目水土流失预测的内容和采用的方法,得出了水土流失强度和水土流失量预测的结果。通过分析．揭示出露天煤矿水土流失的危害,为其治理奠定了基础。