采煤塌陷地复垦土壤质量研究进展

土地复垦是补充耕地的重要措施,同时也是改善煤矿区生态环境的主要途径。该文对复垦土壤质量进行了综述,主要对土壤重构的方法;重构土壤的物理、化学性状的变化;重构土壤生物活性等方面进行分析。目前土壤重构的方法分为充填重构和非充填重构,非充填重构包括土地平整、修筑梯田、挖深垫浅、深沟台田等方法;充填重构根据充填材料的不同分为粉煤灰、煤矸石、河湖泥和垃圾充填。重构土壤的理化性状的变化主要集中在土壤容重、含水率、结构和主要养分变化的研究上,在粉煤灰、煤矸石充填的土壤上有重金属污染的可能性。部分研究证明重构土壤的微生物     

高潜水位矿区不同复垦方式下土壤热导率及其影响因素

以东部高潜水位采煤塌陷复垦耕地为研究对象,研究挖深垫浅复垦、充填复垦、预复垦3种复垦方式下土壤热导率的分布及原因。在3种复垦方式典型样地上开挖剖面,分别取0—20,20—40,40—60cm土层土样,经实验分析观测土壤热导率及相关物理指标。结果表明:(1)复垦方式、剖面层次和二者交互作用均是使热导率产生显著差别的因素(p0.01),对土壤热导率总体变异的贡献率分别为86.8%,89.6%,71.9%;(2)土壤热导率随土壤剖面深度增加呈先增加后降低的型变化趋势;(3)复垦可以显著(p0.05)影响土壤热导率大小,并增加其在不同剖面层次上分布的差异;(4)在含水量和温度差异不大的条件下,土壤容重在1.205~1.593g/cm3时,砂粒含量为影响热导率的主要因素,当土壤容重在1.604~1.813g/cm3时,容重为影响热导率的主要因素。与未塌陷耕地相比,复垦土壤热导率偏低,在土层间分布差异性增加,因此应综合考虑容重和质地,从降低土壤容重的角度入手,改良复垦土壤热导率。     

五阳矿区采煤塌陷地复垦土壤的质量变化研究

在潞安矿业集团五阳矿区采煤塌陷地上,按照混推和剥离两种复垦技术,分复垦种植l年、3年和5年进行采样,对不同复垦技术及时间条件下土壤养分(有机质、氮、磷、钾)和重金属元素(镉、铅、铬、汞)含量以及物理性质(容重、毛管持水量、总孔隙度、团粒结构)进行采样分析研究。结果表明:1剥离复垦耕地的土壤肥力基本保持不变,耕层养分高于底层,并呈逐年上升趋势;2混推复垦耕地的土壤肥力低且不匀,必须采取措施尽快提高地力;3土壤重金属元素含量的变化主要受矿区粉尘和污水影响,与土地复垦技术和年限关系不大;4平川地区采煤塌陷地的复垦采用剥离复垦的效益较好。这为合理确定矿区土地复垦的技术和地力恢复时间提供一定的借鉴。     

高潜水位采煤沉陷区复垦与湿地生态保护——以徐州九里高潜水位采煤沉陷区治理为例

高潜水位煤矿开采导致开采区地表沉陷、积水,其生态系统由原有的陆生生态系统演替为水陆相互作用的综合生态系统。采煤沉陷区治理需要兼顾开发复垦和矿区生态保护的要求,结合挖深垫浅、疏排积水等复垦方式增加耕地,同时要维护、增强采煤沉陷湿地的生态功能,以建立采煤沉陷区资源开发、土地复垦、生态保护统一的综合利用体系。     

高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度评价

土地损毁程度评价是采煤沉陷区土地复垦方案编制和受损农民补偿标准制定的重要依据。该文以东滩煤矿为例,在系统梳理已有研究的基础上,构建评价指标体系,划分评价单元,采用基于模糊意见集中决策的序关系分析法(G1法)确定指标权重,针对高潜水位矿区的特点,将极限条件法和可拓评价方法相结合,对其2014—2018年开采造成的采煤沉陷区的土地损毁程度进行评价,结果表明:拟损毁的土地面积总共为1 675 hm~2,其中轻度损毁面积为968.2 hm~2,中度损毁面积为379.53 hm~2,重度损毁面积为327.27 hm~2。与简单的以积水状况确定损毁程度的经验方法比较表明,经验做法往往低估了高潜水位采煤沉陷区土地的损毁水平。该研究为东滩煤矿科学合理编制土地复垦方案、确定受损农民补偿标准提供了支持,为同类型的其他高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度的评价提供了借鉴。     

采煤塌陷地复垦方式对土壤理化特性影响研究

研究了采煤塌陷区适农土地表土剥离复垦和混推复垦对复垦后土壤理化性质的影响.结果表明:与复垦前比较,两种方式复垦后表层土壤养分含量均有所下降;与混推复垦比较,剥离复垦后表土养分含量稍高,但其养分含量变异也较大.由于复垦过程中机械压实作用,复垦后土壤容重和硬度增大、孔隙度减小,剥离复垦后0～20 cm耕层土壤容重、土壤硬度明显低于混推复垦,前者的土壤孔隙度明显高于后者(p＜0.05).混推复垦土壤剖面毛管持水量高于剥离复垦.     

采煤预塌陷区超前复垦适宜性评价及复垦方向划定

为有效指导矿区复垦规划设计与复垦工程施工,从表征地形地貌、区位条件、土壤条件和人文条件的4个方面选取10项指标构建了土地复垦适宜性评价体系,基于ArcGIS栅格分析功能,系统运用三角模糊层次分析法、灰色关联度法和改进的极限综合评价法,以赵固一矿为例,实现了对采煤塌陷地超前复垦适宜性评价,并在此基础上对各复垦方向进行等级划定。结果表明:1)将塌陷地按照宜耕、宜园、宜林3个复垦方向,分别划分为4个适宜等级:高度适宜、中度适宜、勉强适宜和不适宜。不同复垦方向对生态环境的适宜程度存在差别,主要表现为林地园地耕地;2)基于GIS将研究区划分为属性基本一致的102个评价单元,综合考虑适宜性评价结果及区域自然经济和基础设施条件,将研究区划分为4个复垦分区,10个分区等级:其中耕地适宜区面积1 296.09 hm2,占总面积的62.95%,主要分布在中西部塌陷地轻中度损毁地带;园地适宜区面积为16.29 hm2,占比0.79%,零星散布于轻中度损毁区;林地适宜区面积689.49 hm2,占总面积的33.48%,主要分布于中东部塌陷地轻中度损毁地势起伏较大的区域;不适宜区面积57.15hm2,占总面积的2.78%,主要集中分布在中部重度积水区北侧边缘区域。该文的评价方法兼顾了不同复垦方向评价指标的贡献度差异和评价者的主观模糊性,采用GIS技术减弱了人为干扰,使评价单元划分更加合理,较传统评价方法具有更好的适用性,评价结果更加科学、可靠。     

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。     

高潜水位采煤塌陷区重构土壤水分运移规律模拟研究

以江苏省徐州市贾汪矿区为研究区,通过野外采样与室内土柱试验模拟不同土壤重构模式,对固定地下水位不同重构模式下土壤水分运移过程进行了观测。试验设置土柱上层0—50cm为土壤充填,50—80cm为不同表土替代物充填。按照下层50—80cm充填物的不同,设置4组处理,其中处理1为对照组(土壤充填),处理2(粉煤灰充填)、处理3(煤矸石充填)、处理4(煤矸石-粉煤灰混合物充填)为试验组。结果表明:(1)重构土壤上层含水率与下层相比变化明显,底层含水率临近于饱和含水率,变化微小;(2)在不同充填物的分界线处含水率变化明显,充填物类型对土壤水分垂直变化有较大影响;(3)煤矸石、粉煤灰混合物充填重构模式含水率变化规律与土壤充填模式最为一致,且饱和含水率最为接近,具有良好的保水、透气性,是高潜水位采煤塌陷区土地复垦最理想的土壤重构模式。本研究可以为高潜水位采煤塌陷区土地复垦的土壤重构以及盐渍化控制等提供一定的理论依据和技术支撑。     

高潜水位平原采煤沉陷区耕地损毁程度评价

中国煤炭与耕地分布复合区面广量大,煤炭开发不可避免地造成耕地减产或绝产。该文针对高潜水位平原型采煤沉陷区,在明确评价单元的目的性和尺度差异性基础上,基于农用地分等理论并兼顾采煤沉陷特点,构建了包括耕地土壤特征、耕地环境变化和耕地配套设施3个准则层、15个指标的评价指标体系;基于最差因子判别法与综合指数法,提出了耕地损毁指数模型。通过案例进行应用与验证,结果表明:沉陷盆地上坡、中坡、下坡及坡底的损毁指数分别为0.081、0.190、0.248和1,耕地损毁程度分别为轻微、轻度、中度和极严重损毁,在全面反映耕地损毁状况的同时,评价结果也能与农用地等级更新有效衔接。     

基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选

黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地需要覆盖足够厚度的土壤以保证农作物生长,针对济宁市部分采煤沉陷地可取土量不足问题,该文提出利用当地表土、心土和黄河泥沙组配作为覆土材料研究,以达到增加覆盖土壤厚度和改良当地土壤质地的目的。研究表明,覆土材料有利于玉米生长发育,表土、心土和黄河泥沙组配(质量比)为1:1:1.33~1:1:2的覆土材料玉米苗期生物量显著高于对照土壤;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料质地为壤土,是较为理想的土壤类型;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料容重为1.38~1.41g/cm3,密度为2.64~2.68g/cm3,较为适宜农作物生长。覆土材料可以显著降低当地土壤p H值和电导率,对农作物不产生盐害作用;其入渗性能提升,增加了土壤储水能力,组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料入渗能力接近多年耕种农田;其水分特征曲线左移,毛管孔隙度、有效水孔隙度和水分常数基本呈现下降趋势,持水和供水能力下降。根据尽量增加黄河泥沙充填层上覆土材料厚度原则,优选出表土、心土和黄河泥沙组配为1:1:2的覆土材料作为黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的覆土材料,可在大田试验中进行进一步的验证。     

基于Hydrus-1D的黄河泥沙充填复垦土壤夹层结构优化

中国东部矿区煤粮复合区面积大,因采煤沉陷积水,导致大面积的耕地破坏,采煤沉陷地复垦成为中国亟待解决的问题,黄河泥沙夹层式充填复垦技术对实现采煤沉陷地复垦具有积极意义.为优化黄河泥沙充填复垦夹层式土壤剖面设计,该研究采用Hydrus-1D模拟分析了在充填复垦土壤总厚度一定的情况下,不同夹层厚度、位置和数量对重构土壤入渗和...     

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术的试验研究

为探寻适合中国东部高潜水位平原矿区的土地复垦新技术,该文选取济宁市北部试验场为研究对象,介绍了引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的新技术,包括技术工艺流程、复垦后地貌景观、复垦土壤剖面状况、复垦土壤理化性状以及复垦农田生产力。结果表明:1)短距离引黄河泥沙充填复垦技术在济宁市北部试验场得到了成功应用,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率达95%,证明了引黄河泥沙充填复垦技术的可行性;2)黄河泥沙充填复垦土壤剖面的保水保肥性能存在一定的不足,复垦农田的表层(0~20 cm)、中层(20~50 cm)和底层(50~80 cm)土壤的含水量、全氮、速效钾、有机质含量以及表层(0~20 cm)土壤的有效磷含量均小于对照农田相应层的含量,且复垦农田土壤全氮和有机质较为缺乏,限制了农作物的生长;3)实地测产发现充填复垦农田的产量只有对照农田的一半左右,说明需要对充填复垦工艺进行革新和复垦土壤进行改良。论文在分析引黄充填技术可行性的基础上,提出了未来需要革新的4个方面:复垦土壤剖面重构的革新、水沙快速分离的充填排水工艺革新、动水条件下高效取沙设备的优选与革新以及远距离管道输沙技术参数优选。引黄河泥沙充填复垦技术对滨黄河流域的河南、山东等省很多矿区的采煤沉陷地都具有推广应用价值。     

Approaches to quantify progressive soil development with time in Mediterranean climate—I. Use of field criteria

Soil‐chronosequence studies are useful to assess relationships between land‐surface ages and stages of soil formation. Such relationships may then be applied to establish relative chronologies of development of land surfaces of unknown ages, contributing to landscape‐history reconstruction. For this purpose, it is important to identify those soil properties that are most closely related to soil age. This article reviews soil‐chronosequence studies from Mediterranean regions in Europe and California. Soil properties described in the field and soil‐development indices based on field criteria that have been used in the studies are evaluated. The properties total texture, rubification, clay films, dry consistence, and soil thickness are identified as useful and easy‐to‐obtain soil parameters, which are generally closely related to soil age. Most soil properties exhibit their greatest changes during certain phases of soil development, e.g., soil structure in soils < 10,000 y and rubification in soils > 100,000 y. The specific time spans of major changes of soil properties need to be considered, when looking for appropriate parameters to study a particular chronosequence. Indices, which combine several soil properties having their greatest changes in different phases of soil development, are useful to study soil chronosequences comprising large time spans, e.g., from Holocene to Middle Pleistocene. It is important to be aware that soil chronofunctions obtained from Pleistocene soils integrate rates of soil‐forming processes over periods of very variable climate and environment, and that soil development crossed internal and external pedogenic thresholds that are not reflected in soil chronofunctions.     

基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价

黑土作为吉林中部平原粮食主产区主要土壤类型,其质量的优劣直接影响区域生态安全和农业可持续发展.该研究以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象,采集1401个土壤样本,测定8项土壤理化指标及玉米产量.采用最小数据集法筛选评价指标,对于黑土耕层土壤进行质量评价,并综合土壤质量指数和产量提出评价指标的适宜范围.结果表明:吉林省黑...     

黄土高原彬长矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系

黄土高原矿区煤炭产量占全国70%以上,大规模开采活动导致区域内生态环境退化与土壤侵蚀加剧。然而,当前鲜有矿区土壤侵蚀时空特征及其与环境变化关系的定量研究,限制了煤矿区土地复垦与生态修复进展。为了探究矿区土壤侵蚀特征及其与环境变化的关系,为黄土高原煤矿区生态环境治理提供理论指导,该研究以彬长矿区为研究区,利用修订的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)分别模拟了矿区全区2003—2019年及沉陷区2014—2019年土壤侵蚀速率,探究了矿区全区及沉陷区土壤侵蚀特征,定量研究了降雨、地形和植被对土壤侵蚀的影响。结果表明：1)2003—2019年间,彬长矿区土壤侵蚀速率整体呈显著上升趋势(P<0.05),年份间差异较大,2003年土壤侵蚀最为严重,侵蚀速率为85.56 t/(hm²·a),2009年侵蚀程度最低,侵蚀速率为15.54 t/(hm²·a)。微度、轻度侵蚀主要分布于城区、黄土塬和河流阶地等平坦地区,其空间分布在不同年份间基本保持一致,其余侵蚀类型主要分布于煤矿开采区...     

西部风沙区不同采煤沉陷区位土壤水分中子仪监测

为探究西部风沙区采煤沉陷对土壤水分的影响,选取大柳塔某工作面为研究对象,采用中子仪法,对沉陷盆地的盆底区、边缘区和未受开采影响的未开采区2 m以内土壤含水量进行为期2 a的定位动态监测(包括采前—采中—采后0.5 a—采后1 a—采后1.5 a—采后2 a)。研究表明:1)研究区2 m内土壤含水量具有明显的分层特征,在10~60 cm内含水量呈线性增加,60~200 cm内基本稳定;2)采煤沉陷对土壤水分的影响具有明显的分区分层特征,使盆底区土壤含水量在10~130 cm内减小,130~200 cm内含水量增加,使边缘区含水量在2 m内均减小;整体而言,对边缘区的影响大于盆底区;3)采后盆底区土壤含水量呈现自我恢复现象,采后1 a土壤含水量便可恢复到采前水平,采后1.5 a和2 a,表现出高于未开采区的特点;边缘区含水量自我恢复效果不明显,采后2 a 10~130 cm土层内仍没达到未开采区的水平。因此,在对西部风沙区采煤沉陷地进行土地复垦和生态修复时,要分区治理,盆底区要充分依靠土壤水分的自我恢复能力,对边缘区要施以人工修复措施,使含水量及时恢复,满足植物生长的需要;这样尽量依靠自然的力量,有针对性、有重点的治理,既可以减小人工修复带来二次扰动的可能性,又可以减少生态修复成本。     

三峡库区生物柴油植物资源可持续发展评价体系

为了实现对三峡库区生物柴油植物资源持续高效开发利用,根据三峡库区的地域性,依据可持续发展理论,按照跨学科、多基准、系统化、科学性、可操作性、主导性、动态性、独立性和可比性的原则,运用Delphi调查法、AHP层次分析法及Yaahp 0.4.1软件,构建了三峡库区生物柴油植物资源可持续发展评价体系。该评价体系由4个子系统的准则层和24个评价指标的指标层构成。运用该体系对三峡库区25种油料植物进行可持续发展评价,得到了这些油料植物目前依次优先发展的排序是:油桐、乌桕、油茶、麻疯树、黄连木等。该评价体系具有较强的科学性、客观性和合理性,可操作性强,可作为三峡库区生物柴油植物资源开发利用决策前的评价工具。