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。     

施肥对煤矸石风化物微生物活性的影响

通过盆栽试验,研究了施用污泥与化肥种植苇状羊茅后煤矸石风化物的微生物活性,结果表明:污泥与化肥配施比单纯施用化肥能更好地提高煤矸石风化物的微生物总数量4～23倍(达到2.39×107个/g矸石),脲酶活性1.8～2.8倍,生物量碳0.3～2.4倍,煤矸石风化物有效养分提高,并且各指标随污泥施用量增加而提高,6%(135t/hm2)的污泥施用量对矿区生态系统的重建最有积极意义.     

煤矸石风化物复垦基质改良措施初探

大颗粒、强酸性、地温高一直被认为是煤矸石复垦的主要限制因子。试验采用煤矸石和黄土、粉煤灰不同比例均匀混合的方法进行盆栽试验,通过对大豆作物出苗率、株高、根冠比等生长指标的分析,以低成本改良土壤结构特性,进而对煤矸石风化物的复垦基质进行了探讨,为煤矸石堆积区的土地复垦提供了科学依据。     

胶州湾滨海湿地土壤溶解性有机碳淋溶特征

[目的]在山东省青岛市胶州湾滨海湿地采集光滩、碱蓬、芦苇和米草4种不同植被类型土壤,探究滨海湿地土壤溶解性有机碳淋溶特征。[方法]通过室内土柱淋溶试验,测定土壤淋出液溶解性有机碳(DOC)浓度,利用紫外—可见分光光度法对土壤淋出液DOC结构进行分析。[结果]土壤淋出液DOC浓度随土层深度增加而增加;芦苇湿地的土壤淋出液DOC浓度最高,为23.12mg/L,其次分别为碱蓬湿地,米草湿地和光滩湿地,分别为15.22mg/L,14.44mg/L与8.38mg/L。4种土壤淋出液DOC光谱特征值存在一定的差异性,碱蓬湿地土壤淋出液DOC的芳香性和腐殖化程度最高,米草湿地土壤淋出液DOC的分子量和团聚化最大;随土层深度的增加土壤淋出液DOC的芳香性、腐殖化程度增大,分子量以及团聚化程度逐渐减小。[结论]植被残体的分解以及土壤的解吸附能力的差异是造成不同土层土壤淋出液DOC浓度差异的主要原因;而植被类型是影响土壤淋出液DOC结构变化的关键因素。     

马尾松-麻栎混交林土壤溶解性有机碳、氮空间分布特征

以河南省驻马店西部低山丘陵区马尾松—麻栎混交林为研究对象,分析土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)和溶解性有机氮(DON)储量及其对坡向、土层深度(0—10cm和10—20cm)及胸高断面积的响应规律。结果表明:坡向和胸高断面积显著影响SOC和DOC储量(p0.05),且不同坡向土壤中SOC、DOC和DON的影响因素不同。阳坡SOC储量主要限制性因素是速效钾,阴坡是全氮;阳坡与阴坡土壤DOC和DON储量主要受全氮的影响。另外,土层深度亦对SOC、DOC和DON储量有显著影响(p0.05),且随土层加深而降低,呈表层富集的现象。相关性分析表明,SOC、DOC和DON储量与土壤物理性质即土壤湿度、紧实度及土壤中颗粒组成存在显著的相关性。SOC、DOC和DON两两之间呈显著正相关关系,并均与土壤全氮、有效氮(铵态氮、硝态氮和碱解氮)、速效磷和速效钾等含量也存在显著的相关性(p0.01),表明土壤养分含量是影响马尾松—麻栎混交林土壤有机碳储量及溶解性有机碳、氮空间分布的重要因素。     

东北黑土有机无机复合体组成及有机碳空间分布特征

以东北典型黑土区为研究对象,测定土壤不同粒级有机无机复合体、矿物颗粒和有机碳含量,探讨土壤有机无机复合体组成及其空间分布特征,分析土壤对有机碳的复合机制。结果表明:东北黑土有机无机复合体组成主要以细砂粒复合体为主,黏、粉粒复合体次之,其含量均随剖面发生层向下呈减少趋势,南北区域上,也呈降低趋势。有机碳在各级复合体中及土壤中的含量均随着复合体的粒径增大而减少。各级复合体有机碳在土壤中均呈随剖面发生层向下由A层呈指数函数下降,在区域上,因东北黑土剖面有机碳含量及南北温度差异有机无机复合体含量曲线随区域差异有所不同。同时也说明东北黑土黏粒仍有较大的碳库容量。从其组成和组分间的相关分析,黏粒是形成和增加粉粒复合体的基础,从而利于增加土壤有机碳储量和改善土壤团聚结构。     

高寒草原坡面土壤活性有机碳分布特征分析

活性有机碳是土壤有机碳中最活跃的部分,在土壤碳循环中起着非常重要的作用。以西藏当雄高寒草原坡面为研究对象,对不同高度坡位上表层土壤(0~10 cm)活性有机碳(Labile organic carbon)含量分布特征进行分析。结果表明:相同高度坡面不同位置上土壤活性有机碳和总有机碳含量差异较小,标准差分别为0.0273~0.1642和0.0301~2.2835之间;土壤活性有机碳占总有机碳比例在6%左右;随着坡位高度的升高土壤活性有机碳和总有机碳含量均呈增加趋势;回归分析表明,土壤活性有机碳与总有机碳之间呈极显著正相关关系(r=0.9383),回归方程为y=0.0763x-0.4634;与<0.002 mm粘粒含量呈正相关关系(y=0.0548x+1.4847),但相关性未达显著水平(r=0.6488);土壤总有机碳和<0.002 mm粘粒含量可以分别88.04%和42.1%地解释土壤活性有机碳含量的差异。     

呼伦湖沉积物有机碳的分布特征

以内蒙古高原湖泊呼伦湖为对象,开展了湖泊沉积物有机碳的分布特征研究。结果表明：呼伦湖沉积物中总有机碳（TOC）含量范围为9.18～61.68g·kg-1,平均34.64g·kg-1;重组碳（HFOC）含量范围为9.02～61.47g·kg-1,平均34.32g·kg-1;轻组碳（LFOC）含量范围为0.02～0.86g·kg-1,平均0.32g·kg-1。TOC在空间分布上呈现从北西向南东逐渐递减的趋势。表层沉积物中C/N的平均值为20.35,表明呼伦湖中有机质的多源性。     

第二松花江干流底泥有机无机复合体组成及有机碳分布特征

以第二松花江干流为对象,研究其底泥有机无机复合体的组成及有机碳分布的差异,同时分析底泥有机无机复合体组成及其有机碳分布与岸边土壤之间的关系。结果表明:底泥与岸边土壤在有机无机复合体组成、有机碳分配和腐殖质组成方面表现出较好的一致性,说明岸边土壤对底泥的有机碳组成和分布有显著贡献。底泥的中央粒径呈现上游高、下游低的特点,抚松底泥中央粒径为200μm,吉林底泥中央粒径在70μm左右,榆树、松原底泥中央粒径在50μm左右;底泥的有机碳和腐殖酸含量也表现出上游高于下游的特点。底泥有机无机复合体组成以砂粒复合体为主,黏粒、粉粒复合体含量次之;并且随着复合体粒径的增加,有机碳含量减少。底泥HA/FA均大于1,从上游至下游表现为抚松>吉林>榆树>松原;底泥HA/FA均小于岸边土壤。     

不同耕作方式下黑土有机无机复合体变化及有机碳分布特征

研究了不同耕作方式下黑土有机无机复合体组成及有机碳在各级复合体中的分布特征。结果表明：黑土有机无机复合体组成以粉粒复合体为主;黑土有机碳主要存在于小粒级复合体中,开垦有使有机碳向小粒级复合体中聚集的趋势。随着复合体粒径的增大,有机碳各组分的含量趋于减少,HA/FA比值趋于增加;腐殖质碳主要集中在粉砂粒以下的复合体中,且复合体的粒径越小,HA所占比重越大。开垦可导致土壤复合体分散,不利于HA类胶结物质向小粒级复合体中分配,轮作有利于土壤有机碳的累积,土壤物理性状的改善及土壤肥力的提高。     

煤矿区土壤有机碳含量的高光谱预测模型

可见—近红外光谱已被证明是一种快速、及时、有效的土壤有机碳含量预测工具。利用Field Spec4对济宁鲍店矿区的104个土壤样品进行光谱测量,采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG)、多元散射校正(MSC)及数学变换等多种方式组合对光谱预处理,并运用偏最小二乘回归分析建立土壤有机碳含量预测模型,进而探讨煤矿区土壤有机碳含量的高精度预测方法。结果表明:(1)不同的光谱预处理方法对建模结果影响差异较大,建模结果以SG加MSC预处理再结合光谱反射率的一阶微分变换最优,建模R~2=0.86,RMSE=2.0g/kg,验证R~2=0.78,RMSE=1.81g/kg,RPD=2.69。(2)倒数和倒数的对数与土壤有机碳含量的相关性曲线接近重合,与反射率曲线成反比,但是建模效果远低于反射率;光谱反射率的一阶微分能明显提高500~600nm波段相关性。(3)光谱反射率随土壤有机碳的含量减少而增大,当有机碳含量较低时,其波谱的近红外波段反射率响应能力也随之降低,反射率直接建模难度加大。     

模拟降雨条件下重构阻水层对坡面风化煤矸石产流产沙的影响

[目的] 为缓解水分因子对高寒矿区扰动土体无法形成冻土带来的不利影响,研究提出扰动土体下方添加高阻水性材料亲水性聚氨酯(W-OH)重构底部阻水层(近似无缝隙的不透水层)的设计方案,分析重构阻水层后高寒矿区风化煤矸石坡面入渗、产流和产沙的变化特征,为高寒矿区扰动坡面冻土重现以及重构阻水层的坡面水土流失防治提供理论支撑。 [方法] 通过人工模拟降雨试验,研究在60和90 mm/h降雨雨强条件下,重构阻水层(添加W-OH浓度0%,1.5%,2.5%,3.5%,4.5%)后不同坡度条件的(3种坡度5°,15°,25°)的风化煤矸石坡面入渗特性和水土流失变化规律。 [结果] ①重构阻水层后的煤矸石坡面稳定入渗率较自然坡面明显降低,且与W-OH添加浓度呈负相关关系; ②煤矸石坡面产流率随时间变化呈现先快速上升后逐渐平稳的变化趋势,平均产流率与W-OH添加浓度呈现正相关关系,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5% W-OH的煤矸石坡面平均产流率较自然状态增加26.75%,38.02%,46.90%,63.23%; ③坡面平均流速与降雨雨强、W-OH添加浓度和坡度均呈正相关关系,影响程度表现为：降雨雨强＞坡度＞W-OH添加浓度。 ④坡面产沙率随时间变化曲线多为“单峰”曲线,呈现先迅速上升随后缓慢下降最终趋于稳定的变化趋势,添加浓度为1.5%,2.5%,3.5%,4.5% W-OH的煤矸石坡面平均产沙率较自然状态增加26.98%,49.48%,71.64%,94.01%。 [结论] 重构阻水层对坡面风化煤矸石渗透性能降低明显,能有效帮助高寒矿区扰动坡面的冻土恢复和形成,但入渗率的降低使坡面更容易产生径流,增加了地表的产流产沙,可配置一定的水土保持措施。     

煤矿区土壤有机碳含量的遥感反演与分布特征

高光谱数据与多光谱影像结合能实现区域高精度、大面积的土壤有机碳含量反演。以山东省鲍店矿区表层0-20cm土壤有机碳含量为研究对象,采用波段平均法把高光谱的窄波段拟合成GF-1 WFV影像的宽波段,建立土壤有机碳含量的高光谱模型,进而通过比值订正法,将最优高光谱模型校正到多光谱模型并通过决策树分类获取土壤有机碳含量空间分布状况,结合土地利用现状分析土壤有机碳含量分布特征。结果表明:(1)通过波段拟合和比值订正获得的多光谱模型,检验决定系数为0.76,可以稳定实现矿区土壤有机碳含量的反演。(2)研究区土壤有机碳含量范围为0.71~38.15g/kg,均值为14.12g/kg,总体上处于中等水平;区域内土壤有机碳含量以11.60~17.40g/kg为主,其次是5.80~11.60g/kg,分别占据48%,29%。(3)采矿区和部分道路、居民点的有机碳含量偏高,耕地处于中等水平,林地和草地含量较低;塌陷地形成的水域周围有机碳含量明显偏低。     

铜川三里洞煤矿煤矸石风化土壤重金属分布及污染状况分析

研究煤矿矸石地的土壤重金属分布及污染状况可为污染治理和植被恢复提供科学依据。通过测定陕西省铜川市三里洞煤矿煤矸石风化土壤中Cu,Cr,Cd,Ni,Zn,Pb共6种重金属元素的含量,应用地质累积指数法和潜在生态危险指数法对排矸场风化土壤污染状况进行了分析与评价。结果表明:在地形较平坦,排矸年限长,植被覆盖度大的地段,重金属元素含量较高,而且分布趋于稳定。在坡地,坡下部重金属富集和积累比较明显,一般坡下部重金属含量高于坡上部和坡中部。排矸场Cd污染最为严重,为中度或偏重度污染,且潜在生态危险水平也达到了重度或极重;Cu,Ni,Zn为轻度污染,Cr和Pb污染轻微,个别地段达到轻度污染,这5种重金属元素均达到轻度潜在生态危险水平。可见,该排矸场亟需加强重金属污染的预防和治理。     

采煤塌陷区复垦土壤团聚体碳氮分布对施肥的响应

为了揭示长期不同培肥措施下采煤塌陷区复垦土壤团聚体有机碳氮含量的变化规律,通过干筛法研究了不施肥(CK)、单施有机肥(M)、单施化肥(CF)、有机肥与化肥配施(MCF)、生物有机肥与化肥配施(MCFB)5种培肥措施下复垦4年和8年土壤各粒级团聚体分布组成特征以及各团聚体有机碳氮含量的变化规律。结果表明,复垦土壤团聚体含量随粒级减小呈先减小后增大的变化趋势,其中以3~2mm粒级团聚体含量最低,占团聚体总量2%~3%,以2~1mm粒级团聚体含量最高,占团聚体总量25%~31%。不同培肥措施下复垦4年和8年土壤团聚体分布特征无明显差异,但较未复垦生土明显降低了7mm和7~5mm团聚体含量。复垦8年土壤的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)高于复垦4年土壤,分形维数(D)值低于复垦4年土壤。各培肥处理间以单施有机肥MWD、GMD值最高,D值最低。各培肥处理土壤团聚体有机碳氮含量随粒径减小递增,以0.5~0.25mm粒径团聚体最高,而有机碳储量以2~1mm粒级团聚体最高,分别占24.2%~33.8%和17.0%~33.1%。各处理间有机碳氮含量以单施有机肥处理最高,但不同处理间有机碳氮储量无显著差异。总体表明,采煤塌陷区复垦4年和8年土壤团聚体分布特征及碳氮储量无明显变化,单施有机肥可提高复垦土壤团聚体有机碳氮含量及团聚体稳定性。     

冻融次数和含水量对棕壤总有机碳和可溶性有机碳的影响

以东北地区棕壤为供试土样,采用人工控温,室内培养的方法,使土样经受不同冻融处理,研究了冻融次数和含水量对棕壤有机碳的影响。研究结果表明,冻融次数和含水量对棕壤总有机碳的影响不显著,冻融次数对可溶性有机碳的影响达到显著水平,随着冻融次数的增加土壤可溶性有机碳含量呈先降低后升高的趋势,在试验设计范围内表现为冻融降低了棕壤可溶性有机碳的含量,可溶性有机碳占总有机碳的比例随冻融作用的变化趋势与可溶性有机碳基本一致。土壤可溶性有机碳对冻融处理的反映较为敏感,可以作为反映不同冻融处理对土壤有机质影响的一个较好的指标。     

增温条件下不同土壤粒级有机碳和全氮的分布

[目的]分析气温上升后土壤养分的变化情况,为今后应对全球变暖提供数据支持。[方法]以中国华北平原的耕地褐土为材料,采用沉降虹吸法,研究在增温条件下土壤3个粒级有机无机复合体组成以及有机碳和全氮的变化情况。[结果]土壤有机无机复合体分布在增温条件下没有明显变化。有机碳含量增加而全氮含量降低。从不同粒级来看,3种粒级的有机碳含量都有增加,而全氮含量在个别小粒级会有所增加而砂粒的全氮含量变化不明显。土壤碳氮比比较稳定。有机碳分配有往大粒级转移的趋势,而全氮分布未表现出明显规律。[结论]增温在一定程度上加速有机质分解使得土壤有机碳含量上升,在较小粒级上更加明显。而全氮含量因为反矿化等作用会出现下降,但是相比对照组有增长。     

基于植被重建的宁东矿区煤矸石山立地类型及其特征

[目的]研究煤炭开采形成的煤矸石山占压土地并造成的地表植被破坏,正确划分煤矸石山立地类型,为矿区生态恢复与重建提供依据。[方法]以宁东矿区煤矸石山为研究对象,选取微地形、海拔、覆土厚度、土壤质地等10个立地因子进行调查分析,利用主成分分析和聚类分析等方法,划分煤矸石山立地类型。[结果]应用主成分分析法确定出主导立地因子为:微地形、覆土厚度、土壤质地;再依据主导因子对研究样地进行聚类分析划分出宁东矿区煤矸石山3个立地类型组,5个立地类型亚组,8个立地类型。煤矸石山平台面积较大,边坡坡度32°～40°之间,覆土厚度多在30 cm以上,土壤田间持水量16.82%～34.85%,全K含量34.29～46.61 g/kg,属于极高水平,全P含量0.31～0.62 g/kg,为中下或低水平,而土壤有机质、全N含量均属于极低水平,煤矸石山土壤偏碱性。[结论]在宁东矿区煤矸石山重建时应因地制宜,覆土砾石含量较少时,选择以乔木为主的乔灌型混交模式,或以灌木为主的灌木林或灌草型;砾石含量较多时,选择以草本为主的灌草型;土壤为轻砾石土时,撒播草籽。     

铜川市三里洞煤矸石堆积地风化土壤重金属污染及植物富集特征

研究煤矿矸石地的土壤污染及植物对有毒元素的吸收可为污染治理和植被恢复提供科学依据。对铜川市三里洞煤矸石堆积地土壤污染和草本植物中重金属含量进行了研究。运用地质累积指数法和综合富集系数分别对土壤污染和草本植物富集重金属元素的能力进行了分析评价。结果表明,该区土壤中和草本植物中Cu,Cd,Zn,Mn,Ni,Pb,Cr元素均明显高于背景值;草本植物中Cu,Cd,Ni元素超出正常范围。土壤中重金属元素Cd为强度污染,Ni,Cu,Zn,Pb,Cr元素为轻度污染。不同植物中小飞蓬、铁杆蒿和野艾蒿对重金属元素的富集能力最强,其次为猪毛蒿和曼陀罗,狗牙根最差。     

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.