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。     

淮北市采煤塌陷区土地与生态恢复分析

分析了淮北矿区的生态环境特征和采煤塌陷区土地破坏的现状,根据市场经济发展的要求,指出了淮北矿区塌陷土地复垦的指导思想和原则,并根据淮北矿区的实际情况,提出了采煤塌陷区土地复垦的2大层次、3大类型、6种复垦模式。     

采煤塌陷区复垦土地的肥力状况研究

通过对采煤塌陷区混推和粉灰充填两种复垦模式与不同复垦年限土壤埋化性状的研究，探讨了塌陷区复垦地的肥力状况及变化规律，为塌陷区复垦土地农业利用提供了技术标准和依据。     

不同有机肥对采煤塌陷区土壤氮素矿化动态特征研究

为揭示不同有机肥对煤矿复垦土壤氮素矿化特性的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,研究在40%含水量和30℃培养条件下,施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)后在0~161天的氮素矿化动态特征,以明确不同有机肥对该矿区复垦土壤氮素矿化特征,从而预估不同有机肥的供氮特性,为合理施用有机肥进行低产农田的培肥改造提供科学依据。结果表明:(1)各处理0~14天铵态氮含量均随培养时间的延长迅速下降,与培养时间呈极显著负相关关系(P<0.01),14~161天土壤铵态氮含量维持在较低水平,培养结束时,各处理铵态氮含量均低于1.31mg/kg。(2)各处理土壤硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量变化均呈近似的“S”形曲线递增,表现为0~56天缓慢增加,56~84天迅速增加,84天至培养结束(161天)其含量基本不变。培养结束时不同处理间硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量整体上均表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白,且鸡粪较猪粪和牛粪处理间存在显著差异,猪粪和牛粪较空白处理间存在显著差异(P<0.05)。(3)不同施肥处理出现氮素净矿化的时间点不同,其中鸡粪处理在第14天时最早出现净矿化现象,而猪粪和牛粪在培养28天后才出现明显的氮素净矿化。(4)不同施肥处理在培养的不同阶段硝态氮和矿质氮累积速率不同,但整体趋势一致,表现为培养0~84天各处理土壤累积矿化波动较大,56~84天达到峰值,培养84~161天各处理矿化速率平稳下降。总体来看,有机肥的施入能有效促进煤矿复垦土壤氮素矿化,从而提高土壤氮素有效性。其中,施鸡粪较猪粪和牛粪对提高矿区复垦土壤有效氮效果更好。4种处理的氮素矿化效果总体表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白。     

干缩裂缝下土壤水分运移模拟研究

干旱条件下土壤开裂是一种常见的自然现象。裂缝会为水分和溶质运移提供优先通道,易产生农田灌溉效率降低、养分淋失和地下水污染等问题。基于土壤表面入渗、裂缝边壁层流通量及水平吸渗同降雨强度平衡原理,构建了单裂缝下土壤水分运移模型,结合大田试验,通过Hydrus(2D/3D)和数字图像处理技术对模型进行了验证。结果表明,该模型能够有效地预测裂缝内水分的分布特征和内部运移过程,为开展农业节水灌溉、提高灌溉效率等提供理论依据。     

采煤塌陷区土壤磷赋存形态及其释放规律

[目的]对采煤塌陷区土壤中磷赋存形态以及释放规律进行研究,了解土壤磷污染特征。[方法]以淮南矿区潘一矿塌陷区为研究对象,应用分级提取的方法对塌陷区土壤中磷的赋存形态进行分析测定,采用室内柱状样模拟实验对土壤中磷释放特征进行研究。[结果](1)潘一杨庄塌陷区土壤TP的含量在103.58~489.89 mg/kg之间,平均值为248.47 mg/kg;(2)活性磷(BAP)的含量在86.94~378.24mg/kg,占TP含量的43.53%~91.12%,平均为71.1%。(3)TP累计释放量大小依次为:pH=12pH=3pH=6pH=8pH=10pH=4。[结论]采煤塌陷区土壤中TP有极高的释磷潜力;不同pH值条件下,磷的释放强度大小为:碱性酸性中性。     

高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤形态发育评价

土壤的形态特征含有丰富的环境信息,是环境变化与生态重建的重要依据,可以推断土壤发育的强弱。矿山复垦土壤为人造新土壤,可能构造出不同的土壤形态,复垦土壤形态特征的研究对复垦土壤生产力的提高和复垦技术的革新具有重要意义。该文以高潜水位平原区采煤塌陷地复垦土壤为研究对象,探讨定量评价复垦土壤形态发育状况。研究采用实地调查和室内分析相结合的方法,依据中国土壤系统分类用土壤剖面描述标准,构建了复垦土壤形态发育评价体系,进行土壤形态定量评价。结果表明,形态发育指数HI(土层发育指数)和WPDI(土壤权重剖面发育指数)能够较好的反映复垦土壤与当地原状土壤的发育程度差异:复垦土壤土层发育指数HI和土壤权重剖面发育指数WPDI平均值分别为0.57、0.56,而当地原状土壤HI和WPDI的平均值为0.68、0.69,表明复垦土壤形态发育程度相对较弱;HI曲线形状异于原状土壤,表层HI高于其他土层,不同复垦方式的WPDI显示的发育程度序列为:充填复垦(外源土)>挖深垫浅>挖深垫浅(泥浆泵)>充填复垦(粉煤灰、煤矸石等);随复垦时间的延长,复垦土壤发育程度呈现增长趋势。     

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。     

采煤塌陷区土地动态沉降预测模型

为了把握采煤塌陷区土地复垦的时机、促进农业生产的持续高效,对塌陷区土地随时间不断变化的动态沉降过程进行了研究。通过分析Knothe函数中时间影响参数c,得出c值对地表沉降的动态计算及稳定时间有较大影响,且参数c是动态变化的,给出了c值的计算方法。依据塌陷区极限下沉量和阶段下沉量的思想,建立了基于时间影响参数的塌陷区动态沉降预测模型,并以某矿2407工作面的地表沉陷实测数据为例,对参数c的求取和预测模型进行了实例应用,结果表明该动态沉降预测模型较为符合现场实际。     

采煤塌陷区搬迁村庄耕作半径变化特征及其影响研究

淮南市是典型的高潜水位煤粮复合城市,采煤沉陷在全国具有典型性。该文以淮南市采煤塌陷区为研究对象,基于"均等"法计算2010—2015年采煤塌陷区村庄搬迁前后的空间耕作半径,并利用耕作半径地形修正系数及垦殖指数对空间耕作半径进行地形地貌和农用地布局的定量修正,得到实际耕作半径,分析塌陷区村庄搬迁后实际耕作半径的变化特征,并基于实际耕作半径计算结果,结合实地问卷调查情况从耕作便利度、农业劳动力等方面探讨耕作半径变化对农业生产的影响。结果表明:采煤塌陷区村庄搬迁后实际耕作半径扩大了1～20倍,最大增加量达22 540.45 m,最小为914.05m;通过实际耕作距离与时间的换算,得知搬迁前农民步行出行耕作只需花费9～24min,而搬迁后则需20～296 min,路途消耗时间大幅度增加,为减少出行耕作路途消耗时间,农民需更新交通工具或放弃回家午休以减少往返次数,这直接降低了农民出行耕作的便利程度,可能削弱农民从事农业生产活动的积极性;通过实地问卷调查,得知搬迁后农业人口逐渐减少,且耕作半径增加越大的村庄,其放弃从事农业生产的人数越多,农业劳动力逐渐向非农产业和城镇转移,造成农田荒芜,不利于农业的可持续发展。     

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。     

神府矿区采煤塌陷裂隙对坡面土壤水分及植被生长状况的影响

[目的]探究采煤塌陷裂隙(塌陷发生2a之后)对坡面土壤水分和植被影响的过程与特征,为采煤塌陷区域植被恢复与生态环境重建提供理论支持。[方法]通过对神府矿区采煤塌陷产生的裂隙两侧的土壤容重,土壤水分以及植被状况进行调查分析开展研究。[结果](1)采煤塌陷裂隙的出现会导致周边土壤松动,致使土壤容重降低。(2)在裂隙走向与坡向呈直角或接近直角的情况下,裂隙的出现阻隔了正常的坡面径流,裂隙下方由于接受径流变少而导致水分状况变差,裂隙对于坡面土壤水分的影响大约在裂隙下方3m的范围内;在裂隙两壁处,由于裂隙而出现新的表土面,该处的蒸发效应强烈,裂隙坡面的土壤含水量低于无裂隙坡面(3)裂隙坡面植被的地上生物量较无裂隙坡面低,且越远离裂隙,地上生物量恢复程度越高。[结论]在不考虑其他因素的影响下,裂隙的出现会使裂隙处以及下部坡面水分状况变差,进而会对植被生长产生抑制作用。     

毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间变异研究

探讨毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间分布及变异特征,为矿区生态恢复提供理论依据。通过线性取样方式,采用经典统计与地统计学方法,研究了塌陷区及非塌陷区(对照)沙丘典型位置0—100cm范围内土壤水分空间分布特征及变异规律。结果表明:非塌陷区(对照)沙丘典型位置纵横向各层次的土壤水分变化,其概率曲线分布均为正态分布,符合毛乌素沙地常规沙丘土壤水分时空变化特征,而采煤塌陷2年后,其纵横向各层次土壤水分的变异程度差异较大,土壤水分流失严重,比对照沙丘减小了近10%~30%,标准差变化在0.54~1.05,比非塌陷区(对照)增大了52.08%,正负偏离程度大于1的概率超过50%,变异系数变化在0.14~0.28,比非塌陷区(对照)增加80%;采煤塌陷后各层次土壤水分均值、标准差、方差及变异系数都有很大变化,尤其对中层(30—70cm)的土壤水分影响最大,而对表层(0—20cm)和下层(80—100cm)土壤水分影响不明显。采煤塌陷区纵横向各层次土壤水分离散程度大大提高,增强了土壤水分的空间变异。     

黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究

[目的]探究黄土覆盖区煤矿开采沉陷变形造成的地表裂缝对土壤水分变化的扰动效应,为采煤沉陷区土壤水分变化规律研究提供数据支撑。[方法]以典型黄土覆盖区的采煤沉陷区为模型,使用自主研制的开采沉陷地表裂缝模拟装置进行物理模拟试验,并在裂缝周围布设水分传感器,分析地表裂缝引起的土壤水分变化特征。利用Hydrus软件构建水文模型,结合物理模拟试验结果对数值计算模型进行优化。采用控制变量法,利用优化后的模型计算在不同裂缝形状、地形以及初始含水量条件下裂缝周围土壤含水量与非变形区土壤含水量差值。[结果]裂缝宽度主要影响土壤水分散失量的最大值,而裂缝深度主要影响散失量最大值出现的位置;裂缝对上坡方向和下坡方向影响规律存在差异,且坡度越大,差异越明显;土壤初始含水量越小,裂缝对土壤水分扰动程度越小;当初始含水量低于20%时,地表裂缝对土壤水分的影响范围不超过15 cm。[结论]在相同边界条件下,土壤水分模拟试验结果与物理试验数据变化规律呈现一致性,利用优化后的数值计算模型可以定量地分析黄土覆盖区土壤水分对采动地表裂缝的响应特征。     

济宁市采煤塌陷地资源调查与农业复垦评价

提出了采煤塌陷地资源调查的内容和目标体系 ,对济宁市采煤塌陷地进行了系统分类 ,并采用灰色关联分析方法分析了塌陷区的社会经济特征 ,在此基础上给出了塌陷地适宜性评价的原则、依据和结果。     

黄土区不同地类土壤水分入渗与模拟研究

以晋西黄土区为研究对象,研究黄土区土壤的水分入渗规律。为了更好地研究不同环境因子（尤其是立地、坡度、植被）对于土壤入渗性能的影响,在不同的土地利用条件下,对不同地貌部位进行了野外入渗实验。研究结果表明土壤渗透率随时间的变化规律是:在开始时渗透率最大,继之随时间而降低;林地累计入渗量明显高于其它用地。此外,林地的土壤入渗速率为最优,道路路面为最小。研究表明Philip方程能够很好地对当地土壤入渗进行模拟。