复垦土地土壤有效微量元素分布特征研究

为了分析矿区不同复垦条件下,复垦土地土壤中有效微量元素的的分布特征,采用实地试验与实验室分析相结合的方法,研究不同复垦时间和复垦措施条件下土壤铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)4种微量元素有效态含量的时空变化规律。结果表明,在复垦土地恢复过程中,不同的微量元素含量变化表现出了不同的特征;恢复时间的延长有利于土壤有效微量元素的恢复和增加;当土壤恢复时间超过8a以后,有效微量元素含量接近或超过自然状态下土壤中的含量。不同治理措施对土壤有效微量元素含量及其分布也有较大影响,覆土+灌草种植等合理的人为治理活动能够提高土壤中有效态微量元素的含量。     

黄土高原矿区复垦土地土壤监测分析

随着煤矿开发活动的加剧,矿区水土流失问题日益突出,对采空沉陷区、排矸场、废弃厂区等区域进行土地复垦和生态重建意义重大。重构土壤是保障生态重建的基础内容之一,以山西省乡宁县毛则渠矿区复垦土地为研究对象,分别对其中的耕地、林地、草地进行了3个周期的监测,从土壤水分、土壤容重、全氮、全磷、全钾等方面分析和讨论了重构土壤特性在监测周期内的变化。总体而言,随着复垦时间的延长,土壤含水量会逐渐增加且高于原地貌水平,土壤容重逐年降低,土壤中有机质含量有不同程度的增加,全磷、全钾、全氮含量呈上升趋势。     

矿区复垦土壤碳组分对外源碳输入的响应特征

研究外源碳输入对复垦土壤有机碳及组分的影响,对于深入探究矿区复垦土壤有机碳提升及培肥管理具有重要意义。本文依托山西省襄垣县采煤沉陷复垦区的长期定位试验,研究了矿区复垦土壤碳组分对不同外源碳(生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆)输入的响应特征。分别在2011年与2016年对矿区复垦土壤样品进行采集,测定0～20 cm土层土壤有机碳、易氧化有机碳、活性碳库Ⅰ、Ⅱ的含量。结果表明,生物炭处理的土壤有机碳增长率和年变化量较对照(CK,无外源碳添加)分别增加101.80%和0.56g·kg–1·a–1,且均显著高于其他有机物料处理;生物炭、牛粪处理土壤0～20 cm土层固碳量较CK分别提高100.52%和91.52%,二者间差异不显著,均显著高于其他有机物料处理,堆肥、沼渣和秸秆处理间对土壤固碳量的提升作用不显著。添加有机物料均能显著增加复垦土壤易氧化有机碳的增长率和年变化量,均表现为堆肥处理最高,较CK分别增加12.37%和0.16 g·kg–1·a–1。复垦土壤活性碳库Ⅰ、Ⅱ的增长率和年变化量均为牛粪处理显著高于其他有机物料处理。有机物料添加均能提高土壤稳定性有机碳含量,与CK相比,生物炭和牛粪处理的提高幅度最大,显著高于其他有机物料,而牛粪与生物碳之间差异不显著。生物炭处理碳库管理指数最高,分别较堆肥、沼渣、牛粪、秸秆处理提高36.30%、52.23%、41.50%、52.02%。施用生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆都能显著提升复垦土壤各碳组分含量和碳库管理指数,施用生物炭的效果最优,因此施用生物炭可作为矿区复垦土壤有机碳提升的有效管理措施。     

抚顺矿区不同复垦年限土壤的养分及有机碳特性研究

以素有煤都之称抚顺矿区复垦土壤为例,对不同年限不同深度的土壤进行分析,揭示了抚顺煤矿区土壤养分的时空演变规律。结果表明,随着复垦年限的增加,与未曾复垦的矸石相比,矿山复垦土壤pH值逐年降低,pH值的变化范围在9.95~6.58之间,其最大值出现在未曾复垦的矸石,最小值出现在复垦60年的土壤中,其pH值已经达到适合植物生长的范围;全氮、有效磷、碱解氮等呈现逐年增加的趋势,土壤中钾含量较高,可以满足植被生长所需,矿山复垦土壤中由于排弃的矸石中含有一些含碳矿物和少量煤块的原因导致总有机碳含量较高;随着土层深度增加,pH值逐渐升高,全氮、有效磷、碱解氮等逐渐降低。短时间的矿区复垦土壤需要使用相应的肥料保证植物的正常生长。矿山复垦土壤中有机碳随着复垦年限的增加及自然、人为活动影响,碳黑、颗粒状碳趋向于减少,而易氧化碳的数量增加。     

矿区复垦土壤与植被交互影响的研究进展

土壤与植被作为煤矿区土地复垦主要成员,在生态恢复与重建方面扮演着重要角色。同时,土壤与植被之间存在着密切的交互影响关系,认识土壤与植被恢复间的交互影响关系及其作用规律与机理对土地复垦与生态恢复具有重要意义。本文系统梳理了复垦土壤与植被演替规律、交互影响研究方法以及交互影响机理。发现研究方法多为缺乏创新性的线性方法,且未能做到对植被与土壤交互影响的连续、动态研究和全面综合分析。在此基础上,提出了深入研究方向:创新植被与土壤交互影响的方法,加强植被与土壤交互影响的动态分析,强化交互影响机理的综合研究,以期为土地复垦与生态恢复研究提供新的视角。     

我国矿区土地复垦概况

矿区土地复垦工作与土壤科学、植物营养科学和环境科学等有着密切关系 ,是关系到生态环境和社会可持续发展的重要问题。本文阐述了矿山开采中的环境问题 ,并对我国矿区土地复垦的现状、复垦类型、复垦工艺和复垦技术等作了介绍。     

国内外矿区土地复垦研究进展

人类对矿产资源的大规模开采导致的矿区土地受损及环境恶化一直是国内外研究关注的热点,矿区土地复垦和生态环境恢复也一直受到世界相关国家的高度重视。本文在概括国内外土地复垦历程及阶段特征的基础上,介绍了世界发达国家土地复垦新进展及我国在土地复垦理论、方法和技术方面取得的成绩;针对我国新发布的《土地复垦条例》,借鉴国外先进土地复垦的理论和技术,探讨了我国矿区土地复垦未来的研究方向。     

露天矿复垦土壤的研究现状

露天采矿破坏了原有的土壤剖面并极大地改变了土壤特性，因此，构造一个最优的土壤物理、化学和生态条件是土地复垦的研究重点。本文介绍了国外露天矿复垦土壤研究的现状和特点。     

美国弗吉尼亚矿区土地复垦重组土壤的温室试验

在美国弗吉尼亚州的一个金属矿区进行土地复垦，其废弃物矿砂和矿泥的不良质地和磷素缺乏是恢复土地生产力的两大限制因素。通过温室盆栽试验，选择矿砂与矿泥重组土壤的最佳比例和加入磷素的最佳用量，为下一步进行的田间试验和土地复垦工程的实施提供基础资料。     

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。     

冻融循环次数和土壤含水率对油松林土壤团聚体及有效态微量元素的影响

以王茂沟流域典型人工油松林土壤为对象,研究了不同冻融循环次数(0,3,9次)和不同土壤含水率(40%FC,60%FC,80%FC)条件下土壤团聚体组成和团聚体中4种有效态微量元素(Cu、Fe、Mn、Zn)的演变特征。结果表明:冻融循环次数增加显著增加了<0.25 mm粒径团聚体比例(P<0.01),降低了>2 mm粒径团聚体比例(P<0.01),从而导致团聚体平均重量直径(MWD)显著降低(P<0.01);土壤含水率增加显著降低了<0.25 mm粒径团聚体比例(P<0.01),增加了0.25~2,>2 mm粒径团聚体的比例,团聚体MWD值显著增加(P<0.01)。土壤含水率增加对土壤颗粒的团聚作用显著大于冻融循环作用对土壤团聚体的破坏作用。冻融循环作用降低了<0.25 mm粒径团聚体中有效态Cu和Fe的总量,增加了Mn和Zn的总量,同时增加了在>2 mm粒径团聚体中4种有效态元素的总量。土壤含水率增加降低了<0.25 mm粒径团聚体中4种有效态微量元素的总量,而在>2 mm粒径团聚体中其总量显著增加。土壤含水率升高能够抵消冻融循环次数增加对土壤团聚体的破坏作用,冻融循环作用和土壤含水率增加的协同作用提高了>2 mm粒径团聚体有效态微量元素的含量。     

豫中植烟土壤有效态微量元素与pH和有机质的关系

为探明豫中植烟土壤p H和有机质对微量元素有效态含量的影响，在豫中许昌市的建安、禹州、襄城和漯河市的城区、临颍和舞阳6个植烟县(区)采集了191个典型烟田耕层(0～20 cm)土样，测定了微量元素(有效铜、铁、锰、锌、钼)含量、p H和有机质含量，采用Pearson相关分析法与曲线回归方法分析了有效态微量元素含量与pH、有机质之间的关系。结果表明，有效铜、铁、锰、锌和钼的平均含量分别为1.20、49.24、84.80、1.71和0.02mg/kg，有效锰总体上充足，有效钼整体极为缺乏，个别样点有效铜、铁和锌缺乏；p H平均为7.90，总体上偏高；有机质平均为17.78g/kg，总体上适宜；微量元素有效态与pH、有机质之间均存在二次函数关系，随p H升高，有效铜呈增加趋势，有效铁和锌呈先升后降趋势，有效锰和钼呈先降后升趋势；随有机质升高，有效铜、锰、锌和钼呈增加趋势，有效铁呈先升后降的趋势。     

典型黑土pH值变化对微量元素有效态含量的影响研究

采用室内培养实验的方法 ,控制典型黑土样品的酸碱度值 ,探讨典型黑土中 Cu、Zn和 Mn等微量元素有效态含量与 p H值的关系。结果表明 :p H值变化 0 .5个单位左右 ,有效态铜含量变化约 0 .5～ 1倍 ;有效态锰含量变化约 3～ 5倍 ;有效态锌含量变化 9～ 1 5倍之多。说明精确掌握土壤的酸碱度值对于土壤诊断、微肥的合理施用、提高作物产量和实现土地的可持续利用都具有重要的理论与实践意义     

黄土区人工林与自然封育对土壤养分的影响

为客观评价不同植被恢复方式对土壤养分的影响,采用野外调查结合室内试验分析的研究方法,分别对黄土丘陵区人工林和自然封育的两个流域的土壤养分及组分有机碳进行了对比研究。结果表明,植被恢复11 a来,人工林流域土壤同自然封育流域土壤相比较,出现了酸化倾向。在0—60 cm土层深度内,土壤全氮、全磷以及全钾含量均表现为人工林流域高于自然封育流域,且人工林流域全氮、全磷及全钾的变异系数大于自然封育流域的养分含量。自然封育流域在0—60 cm土层积累了更多的土壤重组有机碳和轻组有机碳,土壤表层轻组有机碳含量在两种恢复方式间的差异较大,而中下层差异较小。土壤有机碳组分含量变异系数为人工造林流域高于自然封育流域。研究结果说明人工林和自然封育对土壤氮磷钾的改善和有机质积累方面的改善各有利弊。     

植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳储量的影响

植被恢复是既能保持磷矿开采同时又能有效扼制矿区生态环境的退化,并逐步恢复已退化的矿区生态系统最有效的生物措施。为揭示植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳和碳素积累的影响,研究探讨了昆阳磷矿不同恢复林地的土壤有机碳储量变化。结果表明:（1）不同恢复林地的土壤有机碳含量存在显著差异（p < 0.05）,7种不同植被恢复人工林土壤平均有机碳含量分别是废弃地的14.29倍、11.83倍、11.40倍、5.89倍、15.48倍、15.59倍、18.53倍。（2）土壤有机碳在剖面的含量表现出明显的“表聚作用”,均以表土层（0—20 cm）最大,且随土层厚度的增加,呈下降趋势。（3）不同恢复林地的土壤有机碳密度差别较大,变化趋势和土壤有机碳含量的变化趋势一致,且在同一林分土壤中,单位深度土壤各土层平均有机碳密度均以表层最大,随土层的增加而降低。（4）土壤有机碳主要存储于0—20 cm土层中,平均含量为53.60%,随着土层的加深,土壤有机碳所占比重急剧下降,经过植被恢复,7种人工林土壤有机碳储量较废弃地0—20 cm土壤有机碳储量提高了26.53%,20.39%,34.48%,10.81%,28.62%,39.52%,36.71%,说明目前矿区通过植被恢复后的土壤状况显著优于未进行恢复措施的废弃地。     

亚热带红壤区不同植被恢复类型土壤有机碳δ13C特征

为探究亚热带红壤区不同植被恢复类型对土壤有机碳周转的影响,本研究以自然恢复草地、马尾松林和木荷林为研究对象,测定植被和土壤有机碳的δ¹³C,探讨不同林分类型对土壤有机碳来源的影响。结果表明,自然恢复草地植被以C₄植物为主,退化草地转变为马尾松林和木荷林后,植被类型以C₃植物为主。2种林分从凋落物δ¹³C到表层土壤有机碳δ¹³C增加幅度超出了正常的增加范围,显示两个林地有机碳来源为原有草地和当前恢复林分的混合物,表层土壤来源于恢复林分的有机碳低于来源于原有草地的有机碳;2个林分土壤有机碳δ¹³C均随着深度增加而不断增大。木荷林土壤有机碳的分解速率低于马尾松林,木荷林中土壤有机碳存留时间高于马尾松林。综上所述,尽管马尾松林土壤有机碳来源于新碳的比例高于木荷林,但木荷林中土壤有机碳分解更慢,因此对马尾松林和木荷林土壤的固碳过程需要更加深入的研究。本研究为退化红壤区植被恢复树种的选择提供了理论依据,丰富了南方退化红壤区植被恢复林土壤有机碳研究。     

植被恢复对侵蚀坡地表层土壤性质的影响

为了评价表层土壤有机碳和养分对放牧和不同植被类型互作的反应,选择四川省西昌市西溪乡牛郎村马家松坡放牧丘陵坡地,分别在坡顶、上、中、下部各层采集有乔木(桉树)、灌木(米油枝)、草本3种类型植被覆盖以及无植被覆盖的0—5 cm表层土壤,测定分析了土壤容重、土壤有机碳、速效氮含量。结果表明,植被对改善表层土壤有机碳和速效氮含量的作用大小顺序为:米油枝>草本植物>桉树。米油枝、草本植物能显著提高土壤有机碳和速效氮含量,桉树改善表层土壤有机碳和速效氮含量的作用则比较小。不同坡位对土壤有机碳、速效氮含量无显著影响。不同植被类型下表层土壤容重变化为:米油枝下土壤<桉树下土壤<草地<裸地。米油枝能显著降低表层土壤容重,而在不同坡位间无显著差异。不同植被类型下表层土壤对放牧的反应不同。放牧显著降低了桉树林下表层土壤有机碳和速效氮的含量,对米油枝和草本植物覆被下表层土壤性质的影响不显著。     

陕北黄土区衰退沙棘人工林改良土壤的作用

为研究衰退沙棘人工林对土壤的改良功能,对陕北黄土区衰退沙棘人工林分轻度、中度、重度3种衰退类型进行了研究。结果表明:(1)3种衰退类型沙棘人工林0—60cm土层土壤速效磷、速效钾含量较对照均有提高。(2)轻度衰退沙棘人工林对40—60cm土层土壤有效氮,0—20cm速效磷含量有显著提高作用。对20—40cm土层土壤有效氮含量有极显著提高作用(由14.23mg/kg增至22.39mg/kg)。中度衰退沙棘人工林对20—60cm土壤有机质、有效氮有显著提高作用。重度衰退沙棘人工林对0—20cm土壤全氮含量的提高作用显著低于对照坡面。(3)3种衰退类型沙棘人工林对20—40cm土层速效磷含量的作用表现为中度衰退沙棘人工林最大,其次是轻度衰退沙棘林。其他土层则表现为随着衰退程度加深,沙棘人工林对土壤改良作用减弱。     

植被恢复对侵蚀退化红壤碳吸存的影响

侵蚀退化土壤具有较大的碳吸存潜力,恢复我国大面积退化土壤对增加碳汇具有重要意义。在长汀县河田镇研究了侵蚀退化裸地恢复为马尾松、板栗园和百喜草地后土壤有机碳库的变化,试图揭示植被恢复对土壤有机碳垂直分布的影响,以及侵蚀退化红壤在植被恢复过程中碳吸存潜力和速率。裸地的土壤有机碳含量和储量极低,垂直分布变化不明显;而植被恢复显著增加了土壤的有机碳含量和储量,0~5 cm土层受植被恢复影响最大,40 cm以下土层深度受植被恢复的影响很小,0~20 cm土层是储存有机碳的主要层次。以次生林为参照,裸地土壤的碳吸存潜力为56 t/hm2,而植被恢复后土壤仍约有30~44 t/hm2的吸存潜力。马尾松林、板栗园和百喜草地0~100 cm土层土壤碳吸存量分别为25.234 t/hm2,11.418 t/hm2和15.394 t/hm2,年平均碳吸存速率分别为1.06t/(hm2.a),1.90 t/(hm2.a)和3.08 t/(hm2.a),短期碳吸存速率高于长期碳吸存速率。