粉煤灰充填复垦土壤理化性质分布特征及其对覆土厚度响应

以淮南市平圩电厂粉煤灰堆场复垦区为研究对象,采用经典统计和地统计学相结合的方法,从点和区域、水平与垂直等多维角度分析了不同覆土厚度下的复垦土壤主要理化性质分布特征,旨在揭示粉煤灰充填基质下复垦土壤理化性质分布特征及其与覆土厚度之间的响应关系。结果表明,随着覆土厚度的增加,土壤含水量均值呈现先增后减的趋势,各覆土厚度下土壤含水量基本在20%以上,覆土厚度20～30cm的土壤含水量最大,达到31.11%。在一定的覆土厚度下,含水量在粉煤灰重构剖面中间会出现一个突变层次,在土—灰界面将产生土壤水分的聚集。不同覆土厚度下表层土壤的容重出现明显的差异,随着覆土厚度的增加,土壤容重整体呈现上升趋势,覆土厚度40～60 cm时,土壤表层平均土壤容重达到1.75 g·cm-3,复垦后出现了不同程度的板结现象。不同覆土厚度下砂、粉和黏粒含量差异明显,总体上与该地区非重构土壤相似,基本属于粉砂质壤土。粉煤灰充填复垦后土壤颗粒组成由粉煤灰、覆土土源和覆土方式共同决定的,泥浆泵法覆土在不同水平间土壤颗粒组成差异较为明显。随着覆土厚度的增加,不同层次的有机质含量都有不同程度的提升,且提升程度与覆土厚度呈正相关。基于经验贝叶斯克里格法的复垦土壤含水量、容重、粉砂和有机质含量的RMSE分别为1.72、1.01、1.57和0.85;MSDR值分别为2.12、1.32、2.72和0.62,RMSE较小,预测精度较高,MSDR比较接近1,模型拟合效果较好。综合考虑各理化指标对覆土厚度的响应特征,冬小麦-夏玉米种植模式下覆土厚度40～50cm较为合理。经验贝叶斯克里格法比较适合粉煤灰充填复垦土壤理化指标空间预测。     

采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤元素淋溶特性实验研究

以采煤沉陷地粉煤灰充填复垦土壤的污染问题为研究背景,从措施的实地可操作性出发进行实验设计,采取了灰土、灰矸不同比例混合和隔层排列处理措施,对淋溶液中各检测元素的含量进行了分析和比较。结果表明,粉煤灰中大部分元素在淋溶液中含量高,淋溶作用强烈;在各种元素中,大多数污染重金属元素在淋溶液中的含量极低,只有铬的含量略高。不同处理设施对粉煤灰的淋溶特性有显著影响。     

玉米苗期根系发育对黄河泥沙充填复垦不同覆土厚度的响应

为探求玉米苗期根系发育对引黄河泥沙充填复垦不同覆土厚度的响应,采用聚氯乙烯（PVC）管室内模拟种植试验的方法、设置了7组不同处理、每组设定3个平行样。通过测试分析不同处理组玉米苗期根系根长、根体积、根系活力以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性,研究不同覆土厚度下玉米苗期根系发育状况。结果表明：随着覆土厚度的增加,根体积,根系活力显著增,SOD、POD 活性显著降低,根长和CAT活性整体上呈增加趋势,但趋势不显著。通过各项指标的显著性分析初步得出适宜玉米苗期根系生长的最优覆土厚度为60~70 cm,从而为引黄河泥沙充填复垦工程覆土厚度的优选提供了一定参考。     

粉煤灰场复垦土壤养分含量及其与土壤理化性质的响应研究

[目的]研究粉煤灰复垦地最佳的复垦模式,以及土壤养分含量及其与土壤理化性质的响应关系。[方法]以淮南市上窑灰场土地复垦地为研究区域,选取同一地块不同覆土水平的区域做对比研究,以土壤的容重、pH、含水率、有机质、总氮、有效磷和有效钾以及不同覆土厚度下的小麦生物量为研究指标,研究粉煤灰场复垦土壤养分含量及其与理化性质的响应。[结果]粉煤灰复垦地,有效磷和含水率、总氮和pH、有机质和有效钾具有良好的线性相关响应;当土壤覆土厚度小于38 cm时,粉煤灰可以对复垦地的营养状况具有良好的改善,使小麦具有较高的产量,当覆土厚度大于70 cm时,不利于粉煤灰层对覆土层的改善,影响小麦产量。[结论]该研究为复垦工作和农业种植提供指导和参考。     

煤矸石充填复垦土壤水分含量与作物有效性的研究

通过室内煤矸石充填复垦土壤盆栽试验,监测有无地下水补给和不同覆土厚度处理的表层土壤含水量、小麦出芽率与地上部生物量等指标,研究煤矸石充填复垦土壤水分的作物有效性。结果表明:表层土壤含水量在有地下水补给时相对较高,且覆土厚度影响小麦出芽率;当无地下水补给时,表土含水量受覆土厚度的影响较明显,3种处理中覆土厚度为10 cm时表土含水量最高,小麦出芽率受土壤含水量的影响较小。在拔节前期,地上部小麦生物量与出芽率呈显著地正相关关系。     

充填复垦区土壤水分空间变异性研究

土壤本身的不均一性,使得充填复垦土壤特性研究结论的可信度较低。以土壤含水量作为反映土壤特性的综合性指标,研究了充填煤矸石复垦地、充填粉煤灰复垦地和未塌陷区对照地的含水量变异的结构性。结果表明,充填复垦土壤体积含水量的空间变异性小,复垦行为使土壤综合性质变得均一。     

粉煤灰充填复垦地理化特性与重金属分布特征研究——以淮南洛河电厂粉煤灰复垦地为例

本文以淮南上窑储灰场中的粉煤灰充填复垦地为研究对象,选择粉煤灰复垦地与灰场周边非复垦区对照地块进行布点采样,在复垦地中分六层[H1(0～20 cm)、H2(20～40 cm)、H3(40～60 cm)、H4(60～80 cm)、H5(80～100 cm)、H6(100～120 cm)]分别采集土壤、粉煤灰样品并进行监测,对照地块按照同样方法采样监测,分析复垦地土壤理化性质和重金属的分布特征.研究结果显示,随着采样深度的增加,复垦地pH值从8.21到8.49呈递增的空间分布特征,各采样层pH值均高于对照地块;随着采样深度的增加,复垦地的含水量呈增加的空间分布特征,对照地块的含水量则是先增加后减少,粉煤灰基质具有良好的保水性能;养分含量在不同层位存在较大差异,粉煤灰复垦地速效氮、速效钾含量从H1至H6层呈现减少后增加的空间分布特征,在H3层处达到最小值16.23mg· kg-1、158.97 mg·kg-1,复垦地各层位的速效氮含量均低于对照地块、速效钾含量均高于对照地块;复垦地与对照地块的速效磷含量均呈现先减少后增加再减少的空间分布特征,最大有效磷含量分别为10.01mg·kg-1、11.91 mg·kg-1.对比土壤养分分级标准,复垦地土壤中速效氮、速效磷含量均处于缺乏水平,应增施磷肥、氮肥或有机肥以增加土壤养分.粉煤灰复垦地表层土壤和粉煤灰中的Cu、Cr、Pb、Zn、Cd、Ni等元素中Cr、Pb、Zn含量均低于淮南土壤背景值和中国土壤背景值,其中粉煤灰层中各重金属元素均处于土壤环境质量标准的二级范围内,其余各层位重金属元素除Cd均处于土壤环境质量标准的一级范围内;土壤中各重金属元素含量除Zn外均低于粉煤灰中的含量,且粉煤灰层中重金属有向表土迁移的趋势.     

煤矸石粉煤灰发泡材料的研制

该研究以煤矸石和粉煤灰为原料,制备一种具有实用性的发泡材料,通过室内实验的方法对物料比、烧制温度等因素进行了优化处理。结果表明,掺入煤矸石和粉煤灰(17∶3),外加1%的硼砂,烧成温度在1000℃,保温时间120 min得出的煤矸石发泡材料制品性能最好。     

煤矸石覆土厚度对胡枝子生长影响研究——以北京市门头沟区煤矸石为例

采用盆栽方法,研究煤矸石覆土厚度对胡枝子生长的影响。结果表明,胡枝子株高和地上部生物量随着煤矸石覆土厚度的增加呈增加趋势;植株生长60 d时,覆土煤矸石基质中胡枝子的株高是未覆土煤矸石基质的2.41～3.18倍;煤矸石覆土厚度是影响胡枝子地上部生物量的重要指标之一,其与胡枝子地上部生物量呈极显著正相关,方程为Y=0.212X+0.897(r=0.916);从胡枝子株高和生物量来看,在不施肥的情况下,煤矸石覆盖厚度为9～12 cm的土壤,基本可以满足胡枝子的正常生长。     

粉煤灰充填复垦土壤可溶性钾的迁移与浓度变化趋势

应用土柱试验和HYDRUS-1D软件模拟,研究粉煤灰充填复垦土壤可溶性钾初期迁移特征和长期浓度变化趋势。结果表明,复垦初期若有田间灌溉行为或降雨量较大,绝大部分土壤可溶性钾在10 d左右均会随着土壤水分入渗迅速迁移至下层土壤或地下水,土壤可溶性钾流失严重,粉煤灰中高富集的钾往往不能为植物利用。地下水位对复垦土壤可溶性钾质量浓度长期变化有重要影响。地下水位较高(-115 cm)时,若降雨量少、蒸发量大,上覆土壤可溶性钾浓度升高,植物养分利用机会增加,但相应地上覆土壤盐分和重金属等污染的风险也会增加。     

煤矸石充填型重构土壤中重金属的生物迁移及分布特征

为了研究不同类型煤矸石充填型重构土壤中重金属的生物迁移及分布特征,以淮北芦岭矿细矸、粗矸和洗矸3种煤矸石及其复垦地玉米(Zea mays L.)为研究对象,测定了其Cu、Pb、Zn、Sn、Hg、Cd、Cr等重金属元素含量,分析了重金属元素在煤矸石和玉米不同器官中的分布特征。结果表明,复垦所用煤矸石重金属含量整体呈洗矸细矸粗矸;复垦地玉米不同器官对重金属元素的富集能力差异较大,果实富集能力弱于其他器官,叶对Cu、Pb、Zn和Cd等重金属元素的富集能力较强。此外,各器官重金属含量与煤矸石中重金属含量之间存在不同程度的相关性。     

污泥和粉煤灰覆盖煤矸石山防治污染的模拟试验研究

采用3个柱淋溶模拟试验,研究污泥和粉煤灰覆盖煤矸石降低酸性排水污染的效果。试验结果表明:污泥和粉煤灰覆盖煤矸石后其淋溶液pH值由2.0升至7.5左右,Eh值分别降低到50、200 mV以下,EC值均降低到2.0 mS·cm-1,重金属镉、铜、铅、镍和锌的浓度降到0.002 mg·L-1以下,硫酸盐和铁的污染得到有效控制。这主要因为污泥和粉煤灰的碱性、吸附作用及其中硫酸盐还原菌的作用促进了Fe等氢氧化物沉淀和多种重金属硫化物及碳酸盐的沉淀固定,pH值呈中性或微碱性能够阻止嗜酸硫氧化细菌对黄铁矿的微生物催化氧化。污泥和粉煤灰覆盖煤矸石可以明显地抑制煤矸石中硫化物氧化产生的酸和重金属污染,其中污泥覆盖5 cm的修复效果更好。     

Biology Migration and Distribution Characteristics of Trace Elements in Reconstructed Soil with Coal Gangue Filling

With mixed gangue,coarse gangue and washed gangue as well as the maize in the reclaimed land in Luling Mine of Huaibei as the research object,the biology migration and distribution characteristics of trace elements in the reconstructed soil with different types of coal gangue filling were studied,the contents of Cu,Pb,Zn,Sn,Hg,Cd and Cr were determined,and the distribution characteristics of the trace elements in the coal gangue and different organs of the maize were analyzed.The results showed that the contents of trace elements were the highest in washed gangue and the least in coarse gangue in the gangue used for the reclamation,and there were significant differences in the enrichment ability of trace elements in different organs of maizes that were planted in reclamation land,of which fruit was weaker than other organs,while leaf presented strong absorption ability.     

利用煤矸石制作水稻育苗基质的研究

以配置合格水稻育苗基质为目标,针对现有水稻育苗基质的生产原材料多以草炭为主对环境影响大的问题,探索利用煤矸石作为水稻育苗基质的可行性研究,在生产育苗基质的同时做到固体废弃物的资源化利用。通过对试验原料进行前处理和各项理化性质的测定及试验前进行的配比试验,确定了适合水稻育苗基质的4个处理作为试验组与对照组进行了水稻育苗试验。结果表明：（1）煤矸石可作为水稻育苗基质的材料;（2）煤矸石的最大添加量可达到80%（体积比）,但需要进行活化处理;（3）不经活化处理的煤矸石也可用于水稻育苗,生长情况也较好,但煤矸石的添加量缩减至38%（体积比）。     

煤矸石淋滤液对小麦种子及幼苗的生态毒性研究

以山西省农业科学院提供的小麦品种长麦6135为研究对象,采用室内培养方法和柱状淋溶装置,模拟大气降水,用5个不同浓度的煤矸石淋滤液处理小麦种子,分析其对小麦发芽势、发芽率、叶绿素含量和抗氧化酶活力等的影响。结果表明：煤矸石淋滤液对小麦种子的发芽有一定抑制作用,浓度越高,抑制作用越显著,煤矸石淋滤液浓度为720．8 mg／L 时小麦发芽势和发芽率均最低,分别为65．6％、69．0％。煤矸石淋滤液浓度为324．5～720．8 mg／L 时,小麦芽长与苗高均显著低于对照组,当浓度为451．5～720．8 mg／L 时,小麦苗质量显著低于对照组;叶绿素含量与煤矸石淋滤液浓度呈线性负相关。不同煤矸石淋滤液浓度的小麦幼苗 POD 活性差异性显著,而 SOD 和CAT 活性差异性极显著;不同部位的 POD 和 SOD 活性差异极显著;不同时间 POD 和 CAT 活性差异极显著。因此,煤矸石淋滤液对小麦种子发芽和幼苗生长具有一定的生态毒性。     

用粉煤灰地种植小冠花喂畜的研究

用粉煤灰地生长的小冠花饲养奶山羊，结果表明，奶山羊食用重金属含量较多的小冠花后生长发育正常，肉和体内各器官中重金属含量均未超标，病理学虽有一定变化，但没有临床症状。     

北方煤矸石山生态修复植物筛选初报

煤矸石山的露天堆存导致了严重的社会和环境问题,对矸石山的生态治理已成为当前刻不容缓的任务。植物修复具有处理成本低,不破坏场地,对周围环境的扰动小,不易引起次生污染、环境友好等优点。优选植物显示出它的重要性。通过对矸石山生境的了解,筛选出适宜的植物,以便为进一步实验研究提供依据,缩小筛选范围。     

煤矸石山不同坡面土壤营养元素与植被配置模式研究

煤矸石是煤炭生产和加工过程中主要的固体废物,堆积在矿区附近形成煤矸石山。由于煤矸石山体不同坡面上水分、温度等环境因子和土壤营养元素含量不同,导致不同坡面适宜的植物配置模式也不同。选取山西省阳泉市280煤矸石山阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡和平台共5种坡面,研究其土壤中营养元素的差异,并进行植被调查,分析在不同坡面上适宜采用的植物配置模式,为矿区的修复奠定基础。研究结果表明,阳坡与半阳坡上适宜种植乔灌草相结合的配置模式,阴坡与半阴坡上适宜种植以草本为主的配置模式,而平台上适宜种植以灌木和草本相结合的配置模式。     

菌根菌对煤矸石环境的作用

在总结煤矸石改良的相关成果基础上,综述了菌根菌对煤矸石环境的影响的研究成果,并提出了尚需进一步深入研究的问题和建议。