煤矿区复垦土壤压实时空变异特征

为了揭示煤矿区复垦土壤压实状况的时空变异规律,该文以未塌陷土地为对照,通过实地测定,分析5个复垦年限水平和垂直方面的土壤压实度变异特征。结果表明：复垦土壤表层压实度以复垦1 a（正在复垦）的最大,达到 2050 kPa,随着复垦年限增加逐渐减少,复垦5 a的最小（50 kPa）,基本达到未塌陷土地的压实度。表层土壤压实度空间变异最大的是复垦5 a的土地（变异系数为68.40%）,其次是未塌陷土地（52.58%）,最小的是正在复垦的土地 （22.01%）。从各层的变异情况看,正在复垦的土地各个层次土壤压实度都较大且变异系数较低,其他复垦年限土壤压实度上面3层较小但变异大,至第4层（22.86～30.48 cm）达到较高值,且变异较小,之下压实度基本稳定。     

矿山复垦土壤生产力指数的修正模型

分析了土壤生产的ＰＩ与ＦＰＩ模型的缺陷,建立垦土壤生产力机理模型的基础上,担子同复垦土壤生产力指数的修正模型ＭＰＩ,ＭＰＩ考虑了影响土壤生产力的因子间的相关性和时空变异性,通过实验说明了ＭＰＩ的优越性,并提出了ＭＰＩ评价复垦质量时应注意的问题。     

机械压实过程中复垦土壤紧实度影响因素的模拟分析

机械碾压造成的土壤压实是土地复垦中面临的主要问题之一,影响土壤压实程度的因素很多,除土壤自身的因素以外,还包括压实机械、压实次数以及土层厚度等。该文基于统计学的理论,采用2×5×4的混合试验设计并建立模拟实验区,使用重锤模拟分析了2种压实机械、不同压实次数(1、3、5、7、9次)和不同土层厚度(0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40 cm)上土壤紧实度的变化情况,并在SPSS中进行变量的方差分析和多重比较,试图找到机械压实过程中影响土壤紧实度的因素及其变化水平。结果表明:增加压实机械的承重轮面积能够有效降低对土壤的压实作用;压实机械、土层厚度和压实次数都是影响土壤紧实度的显著性因素且各因素的贡献率(97%)远高于随机误差;自卸汽车在第5次压实之后就已经使上层土壤紧实度达到最大值,而履带式推土机需要压实7次,土地复垦中应尽量选择履带型机械,碾压次数控制在5~7之内;机械压实的过程中,各土层厚度之间土壤紧实度的大小关系并不是一成不变的,中间层次(10~30 cm)的土壤由于同时受到来自上下2个方向的作用力,紧实度相对较高;不同次数的压实对土壤紧实度的影响深度和程度不同,在一定范围内,随着压实次数的增加,单次压实对土壤紧实度的影响逐渐减小。     

采用探地雷达频谱分析的复垦土壤含水率反演

快速、准确、无损获取采煤塌陷区复垦土壤含水率分布情况是实现精准灌溉的基础和关键.该研究以安徽省淮北市某塌陷复垦区土壤为研究对象,借助探地雷达系统对试验区土壤进行探测,并对周围未复垦区域设置对照组,通过线性调频Z变换频域细化法(Chirp-Z-Transform,CZT)寻找特征频率,结合瑞利散射原理分析不同土壤体积含水...     

探地雷达测定土壤含水率研究综述

准确快速测定土壤含水率,在理论研究与实际应用中都具有重要意义。在综合分析烘干法、中子法、时域反射法和遥感4种土壤含水率测定方法的优缺点基础上,指出探地雷达是一种适合于中尺度的土壤含水率测定的技术。对探地雷达以及探地雷达测定土壤含水率的技术原理与方法进行全面介绍,并以介电常数与土壤含水率的关系模型为主,对国内外这方面的研究工作以及存在的问题进行了总结。最后指出,探地雷达测定土壤含水率是一项非常有前景的技术,但目前国内在这方面的研究工作与国外相比远远不够,今后应加强这方面的研究工作。     

复垦土壤盐分污染的微波频谱分析

复垦工程完成后,复垦土壤的结构、层次等受到破坏,易发生盐碱化,微波的穿透性为土地质量的监测提供可能。该试验通过对复垦土壤在不同水分条件下,不同盐分污染程度的探地雷达探测,旨在揭示盐分污染下,微波信号的变化规律。结果表明：中心频率为400 MHz的天线在不同程度的盐分污染下,主频发生偏移,出现在250 MHz。随着盐分污染的加重,出现双峰现象,次主频出现在530 MHz,且随着盐分污染的加重次主频的相对振幅逐渐加强,不同的水分含量系列下,出现相同的现象。由于探地雷达可以快速、大面积的无损探测,因此,能够及时提供复垦土壤盐分变化的信息,可以对复垦土地的质量实时监测、及时治理。     

机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响

在高潜水位矿区复垦施工现场,运用多重分形理论研究不同碾压次数下复垦土壤粒径分布特征,以阐明机械压实对复垦土壤粒径分布非均匀性和异质性的影响。结果表明:机械碾压在46.8%~99.9%程度上解释0~20和20~40 cm土层土壤粒径分布特征的变化,随着碾压次数增加,复垦土壤颗粒呈细粒化趋势,容量维D(0)随之减小,表征粒径分布范围减小;奇异谱对称性Δf随之增加,表征粒径分布不对称性增加;信息维D(1)、信息维/容量维D(1)/D(0)、关联维D(2)和奇异谱谱宽Δα随之波动变化,表征粒径分布集中程度、局部密集程度和均匀性波动变化。研究发现D(1)和D(1)/D(0),D(2)和Δα相关系数分别0.767(P0.01)和-0.488(P0.05),在表征复垦土壤粒径分布集中程度和均匀性上具有相似作用,多重分形参数可多角度描述机械碾压过程中土壤粒径分布的细微差别,其中D(0)、Δα和Δf能够灵敏反映复垦土壤紧实度变化,这为深入研究复垦土壤压实问题提供一种精确分析方法。     

基于高频探地雷达的土壤表层含水量测定

高精度快速探测土壤表层水分状况,对于精准农业生产、水资源精确管理及防治坡耕地水土流失具有重要意义。现有探地雷达(ground penetrating radar,GPR)低频探测技术不能满足表层土壤含水量高精度要求,需要发展和应用高精度探测技术。本研究采集江宁某蔬菜地水稻土表层(0~20cm)土壤(粉砂质黏壤土),通过室内模拟试验,利用高频(1 GHz和2 GHz)探地雷达在不同土壤含水量状况下进行探测,获取GPR数据图像信息,提取电磁波谱特征参数,分析其与土壤含水量之间的定量关系。结果表明:1 GHz和2 GHz频率GPR探测的土壤介电常数ε与实测土壤含水量θ拟合的ε~θ模型决定系数R2分别为0.94与0.97,高频探地雷达技术预测粉砂质黏壤土表层土壤含水量是可行的;与低频探地雷达技术相比,高频探地雷达技术能够高精度探测表层土壤含水量。     

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。     

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。     

平朔矿区露天煤矿排土场复垦类型及微地形对土壤养分的影响

研究土地复垦类型及微地形对土壤养分的影响对于指导土地复垦实践,控制复垦土地水土流失等具有重要的理论意义和实际应用价值。以平朔露天煤矿排土场为例,借助数理统计方法分析评价复垦类型与微地形因子(高程、坡度、坡向)对土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷及速效钾含量的影响。结果表明:(1)复垦类型对各项土壤养分含量影响较为显著,不同的复垦类型中,各项土壤养分含量排序均为耕地林地草地;其中,土壤有机碳、全氮、全磷及速效钾含量,耕地分别为草地的2.15~2.68倍,林地的1.48~1.78倍,对于土壤有效磷,耕地中的含量为71.24mg/kg,为草地的11倍,林地的4倍;(2)坡度与土壤养分含量之间存在显著的相关性(p0.05),而高程、坡向与土壤养分含量的相关性较弱,表明排土场复垦区土壤养分受坡度影响较大,而受高程与坡向的影响较小;(3)复垦类型与坡度的交互作用对土壤养分含量产生一定的影响:同一复垦类型的不同坡度的土地养分含量存在差异,耕地的土壤养分含量随着坡度的增大在降低;同一坡度,不同的复垦类型条件下,土壤养分差异显著,总体趋势为耕地林地草地。     

煤矿区井采土地复垦成本评价指标体系构建

以煤矿区井采为研究对象,建立了以自然环境条件、采矿条件、煤矿赋存条件3项为约束层,地形坡度、土地利用规划、煤层厚度等11个影响因子构成指标层的土地复垦成本评价指标体系,采用德尔菲法、层次分析法及YAAHP(V 6.0)软件确定了各项指标因子的权重。通过权重比较得出约束层的影响程度:煤矿赋存条件> 采矿条件> 自然环境条件,煤矿赋存条件中影响程度依次是:煤层厚度> 煤层倾角> 深厚比;采矿条件中各因子影响程度依次为:顶板管理方法> 采煤工艺> 采动程度;在自然环境条件下,土地利用规划> 有效土层厚度> 年降水量=土壤质地> 地形坡度。该评价指标体系的完善,为煤矿井采复垦成本修正系数的确定奠定基础。     

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.     

黑龙江垦区水土保持治理模式初步探讨

针对黑龙江垦区地貌特征及开垦年限等因素,根据多年水土保持工作经验初步提出符合黑龙江垦区实际的水土流失治理九个模式。通过推广这些治理模式,可以使垦区的水土流失现状得到有效控制。     

不同复垦年限煤矸山土壤微生物功能菌变化及其影响因素

研究不同复垦年限煤矸山土壤微生物功能菌差异及其影响因素有助于揭示煤矸山复垦土壤质量变化情况,为煤矸山植被复垦提供理论指导。以山西省曹村煤矿复垦4 a（R_4a）,6 a（R_6a）和8 a（R_8a）煤矸山为研究对象,分析了3种复垦年限土壤好氧固氮菌、氨化细菌、纤维素分解菌、有机磷细菌和无机磷细菌数量变化及其与土壤理化性质的关系。结果表明:随着复垦年限的增加,功能菌总量呈增加趋势;好氧固氮菌、氨化细菌、有机磷细菌、无机磷细菌均呈增加趋势,但纤维素分解菌呈先升后降的趋势。相关分析表明,氨化细菌和纤维素分解菌受土壤理化性质的影响最大;主成分分析结果表明,有效磷、碱解氮、含水量是影响微生物功能菌的主要因子。     

神府东胜煤田复垦区土壤入渗特性的试验研究

土壤入渗性能是最基本的土壤物理特性之一。复垦区土壤的结构组成复杂,入渗特性有别于非矿区土壤。本文以神府东胜煤田马家塔复垦区为研究对象,利用圆盘入渗仪分别测定了复垦区乔木、林地、荒地、灌木林地和草地的土壤入渗特性,用经典统计学方法对复垦区土壤入渗性能的空间变异性进行了分析。实测结果表明,不同土地利用方式下的土壤入渗特性有较大的差异;在测定范围内,乔木林地、荒地、草地和灌木林地的稳定入渗率均表现出0 cm>—3 cm>—15 cm的规律性,其中草地稳定入渗率随吸力的变化更明显。研究表明:乔木林地稳定入渗率和累积入渗量的变异系数分别为0.58和0.49.属于中等变异。     

植被复垦对露天煤矿排土场土壤化学及生物学特性的影响

为探讨农牧交错带煤矿排土场不同植被复垦模式对土壤肥力的影响,以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被类型(山杏+苜蓿(A1)、杨树+苜蓿(A2)、杨树+沙棘(A3)、杨树+披肩草+苜蓿(A4)、未复垦(CK))土壤为研究对象,通过简单相关分析和通径分析研究浅层(0—20cm)土壤化学性质和酶活性与土壤微生物量间的相关关系,揭示不同植被复垦下土壤微生物量差异的驱动因子,并采用土壤恢复指数(RI)评价不同植被复垦对露天煤矿排土场土壤质量的影响。结果表明:(1)与未复垦(CK)相比,不同植被复垦样地土壤有机质含量、碱解氮含量、土壤酶活性和微生物量均显著增加(p<0.05),但pH无明显变化规律且差异不显著(p>0.05),并且0—10cm明显高于10—20cm土层。(2)土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性和有机质含量呈显著或极显著正相关关系,与pH和有效磷含量则均未表现出相关性。由于土壤微生物量碳和氮对有机质含量和蔗糖酶活性变化比较敏感,因此对土壤性质变化具有指示作用。(3)不同植被复垦土壤恢复指数在0—10,10—20cm土层分别表现为A3>A2>A4>A1和A3>A2>A1>A4。因此,杨树+沙棘(A3)和杨树+苜蓿(A2)复垦方式对矿区排土场土壤质量的改善较好。