不同农田有机物料组合对物料分解过程的影响

试验采用凋落袋法来研究农田有机物料混合后的分解状况。选取风干的水稻秸秆、花生秸秆和猪粪三种有机物料,设置九种处理,田间分解30 d、90 d、180 d和360 d四个阶段取样,测定物料分解率、基本养分及pH值等指标。结果显示,不同农田有机物料混合分解时,SZ、HZ、7S3H及3S7H混合处理的分解率均表现出正交互作用效应,而SHZ及SH混合处理均表现出负交互作用效应。农田有机物料混合可以调节物料的营养结构,优化不同营养物质搭配比例,使调节后物料促进微生物活性的增强,对碳源利用更加彻底,充分吸收周围可被利用的营养物质(N、P、K),有利于营养物质的富集。物料组合对pH值的影响均表现出正交互作用效应。     

有机物料腐解过程中养分的释放特征及其影响因素

【目的】研究主要作物秸秆养分在土壤中的释放特征,为其合理利用提供科学依据。【方法】在青海农业大学试验站开展有机物料土壤埋袋试验。供试有机物料为马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子,每种物料称取40.0 g于尼龙网袋中,于2021年3月30日埋入20 cm深土壤中自然腐解。埋入土壤后的第7、14、28、42、72、117、162天采样,测定尼龙袋内有机物料干重、碳、氮、磷含量和纤维素、半纤维素、木质素含量,计算物料养分残留率和释放率。【结果】至腐解结束(埋后162天),马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕子的碳残留率分别为35.5%、42.2%、53.4%、14.7%。腐解过程中,马铃薯秆、小麦秆和毛叶苕子在埋后0～7天的碳矿化率最大,油菜秆在埋后7～14天的碳矿化率最大。以双库指数积温模型拟合碳残留量随腐解时间的变化,R²均在0.90以上。马铃薯秆、油菜秆、小麦秆、毛叶苕子的年腐殖化系数分别为41%、34%、58%、24%。在整个腐解过程中,小麦秆和毛叶苕子氮素、磷素表现为直接释放,马铃薯秆和油菜秆表现为淋溶—浓缩—释放。腐解至162天,马铃薯秆、油菜秆、小麦秆和毛叶苕...     

煤矿区复垦土壤中秸秆和生物炭的分解特征

[目的]研究煤矿区不同复垦年限土壤中秸秆和生物炭的分解特征及其影响因素,为资源合理利用和矿区土壤培肥提供理论依据.[方法]依托山西煤矿复垦区试验基地,在复垦年限为1年(复垦初期阶段,R1)、10年(复垦中期阶段,R10)和30年(复垦长期阶段,R30)的土壤中进行了有机物料填埋试验.供试有机物料包括:玉米秸秆(MS)、...     

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。     

封育措施下荒漠草原不同枯落物分解特征

以荒漠草原优势植物羊草(Leymus chinensis)、短花针茅(Stipa breviflora)及羊草+短花针茅(Leymus chinensis+Stipa breviflora)枯落物为研究对象,通过模拟试验,采用分解袋法,测定不同枯落物在分解过程中残留率的变化,分析枯落物元素释放规律及分解过程中对土壤性质的影响。结果表明:(1)在整个试验期内,不同枯落物残留率和质量损失率呈慢—快趋势,分解速率表现为羊草+短花针茅>短花针茅>羊草;试验区枯落物分解可以较好地拟合为Olson模型,不同枯落物分解50%和95%分别需要2.79~3.15,12.05~13.62年;(2)经过360天的分解,不同枯落物的全C、N、P均表现为释放的状态(NAI<100%),其中全C呈现波动释放的变化特征,释放比例为47.88%~54.54%;全N、全P呈释放—富集—释放的变化特征,其释放比例分别为36.34%~47.87%,57.08%~74.71%。(3)不同枯落物的分解均提高土壤有机C、N、P含量,均比初始值分别增加1.41~1.50,1.27~1.40,0.14~0.15 g/kg。研究结果为草地生态系统元素循环过程提供理论依据。     

安太堡煤矿区不同复垦年限和复垦模式土壤氮矿化及硝化特征

为揭示煤矿复垦区土壤氮素内循环中的矿化及硝化特征,探索不同复垦模式与不同复垦年限下复垦土壤的氮素转化效率,采集山西安太堡露天煤矿中复垦3年、9年、21年苜蓿地及3年荞麦地表层（0~20 cm）土壤,并以3年自然恢复和未复垦新排土为对照,采用间歇淋洗好气培养法与恒温培养法研究各采样地土壤矿化与硝化过程,利用一级反应动力学模型与Logistic方程对有机氮素的矿化与硝化数据进行拟合。结果表明,3年苜蓿地的矿化速率最高,21年苜蓿地的矿化速率最低,且土壤氮素快速矿化主要在培养前7 d,之后逐渐平缓,并在28 d趋于稳定。经一级动力学方程拟合可知,氮矿化势（N_o）的变化范围为89.28~124.51 mg·kg^-1,21年苜蓿地 > 3年自然恢复地 > 3年苜蓿地 > 3年荞麦地 > 未复垦新排土 > 9年苜蓿地;矿化速率常数（k）的变化范围为0.022 6~0.051 9,3年苜蓿地 > 9年苜蓿地 > 未复垦新排土 > 3年自然恢复地 > 3年荞麦地 > 21年苜蓿地。氮矿化势与土壤有机质含量显著正相关（r=0.91）。复垦区各土壤随培养时间的延长硝态氮含量大致为"S"型曲线且可分为3个阶段：前期阶段（0~5 d）-上升阶段（5~14 d）-稳定阶段（14~28 d）;Logistic方程拟合结果显示：复垦年限显著影响硝化高峰出现的时间（不同复垦年限苜蓿地最大相差6.85 d）,21年苜蓿地硝化过程剧烈而短促,3年自然恢复地的硝化过程缓慢而漫长;耕地较草地有更大的硝化速率与更长的硝化时间。长期的种植苜蓿复垦显著提高了土壤的氮库容量,矿化过程更为平稳。     

煤矿区复垦土壤压实时空变异特征

为了揭示煤矿区复垦土壤压实状况的时空变异规律,该文以未塌陷土地为对照,通过实地测定,分析5个复垦年限水平和垂直方面的土壤压实度变异特征。结果表明：复垦土壤表层压实度以复垦1 a（正在复垦）的最大,达到 2050 kPa,随着复垦年限增加逐渐减少,复垦5 a的最小（50 kPa）,基本达到未塌陷土地的压实度。表层土壤压实度空间变异最大的是复垦5 a的土地（变异系数为68.40%）,其次是未塌陷土地（52.58%）,最小的是正在复垦的土地 （22.01%）。从各层的变异情况看,正在复垦的土地各个层次土壤压实度都较大且变异系数较低,其他复垦年限土壤压实度上面3层较小但变异大,至第4层（22.86～30.48 cm）达到较高值,且变异较小,之下压实度基本稳定。     

不同有机物料与部分化肥长期定位配合施用对土壤养分的调控效应

为了明确有机物料替代部分化肥长期定位施用对冬小麦连作农田土壤养分的调控效应。在陇东黄土旱塬进行连续11年的定位试验,比较不施肥(CK)、施用等量氮磷养分的3种有机物料(生物有机肥、秸秆还田、农家肥)与氮磷化肥配施的农田土壤养分含量变化。结果显示:2016年冬小麦收获后,相比于CK,施用有机肥明显增加了0~60 cm土层硝态氮积累量,而有机质、全量氮磷钾及其速效养分含量在0~60 cm土层范围内随土层深度增加逐渐降低,且0~20 cm土层为硝态氮、有机质、全量氮磷钾及速效氮、磷富集区。从0~20 cm土层平均养分含量来看,施用有机肥显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量。其中生物有机肥处理11年土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK提高了18.39%、11.49%、15.62%、2.76%、14.94%、143.25%、36.33%,农家肥处理分别提高了14.42%、14.94%、14.06%、2.84%、10.87%、100.7%、41.58%,秸秆还田分别提高了7.20%、10.34%、9.38%、1.46%、9.24%、54.66%、8.82%。因此,在陇东半湿润偏旱雨养农业区,采用化肥与有机肥配施,兼顾钾肥的施肥措施是最合理的施肥方式,有利于保持黑垆土养分平衡,促进农田生产力稳定可持续。     

不同有机物料对连作大豆土壤养分及团聚体组成的影响

为探究不同有机物料对连作大豆土壤养分和团聚体组成的影响,采用大田试验方法,研究了在连作7年条件下,腐熟鸡粪(JF)、玉米秸秆(JG)和木耳菌渣(JZ)三种不同类型有机物料对连作大豆土壤养分、产量、团聚体组成和稳定性的影响。结果表明:与CK相比有机物料能有效提高连作大豆土壤养分含量,显著影响土壤团聚体组成,0.25~2 mm粒级团聚体含量明显增加。畜禽粪便类的鸡粪(JF)对碱解氮的提高作用最明显,较CK提高13.85%;天然类的秸秆(JG)对速效磷含量提高作用显著,较CK提高4.13%;JF对提高速效钾含量效果最好,较CK提高8.97%;JG对提高有机质含量效果最好,较CK提高7.28%。半腐解类的菌渣(JZ)较CK相比土壤养分含量也有明显的提高,但不如JF和JG效果明显。有机物料能提高连作大豆产量,JF效果显著。所有有机物料对改善土壤团聚体组成,增加0.25 mm水稳性团聚体含量效果均比较显著,对土壤水稳性团聚体平均重量直径以及土壤团聚体的稳定性指数有显著提高作用。     

植被类型对煤矿区复垦土壤根际微生物的影响

煤矿开采改变了矿区土壤条件、地表植被覆盖和微生物生存环境。植被由于生长条件和根际分泌物的不同,影响根际土壤微生物的组成和多样性。以山西省晋华宫煤矿复垦区侧柏、云杉、樟子松、油松、桧柏5种复垦植被为研究对象,分析其土壤理化性质、根际土壤酶活性和微生物群落结构的差异性,并计算综合土壤肥力指数以反映不同复垦植被的生态恢复效果。结果表明：不同植被对土壤物理和化学性质、土壤酶活性、根际微生物多样性和群落结构具有显著影响,樟子松林具有最高的全碳、全氮含量,为微生物提供更多的碳氮等养分,导致其具有显著高的微生物丰度和多样性;不同植被类型间微生物群落差异性显著,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门是优势菌门,全硫、容重和碱性蛋白酶是影响土壤根际微生物群落结构的关键因子;土壤综合肥力指数表明樟子松林和云杉林优于其他植被。综上,不同植被对矿区生态恢复的效果具有一定差异,樟子松林和云杉林有助于提高根际土壤细菌多样性和土壤肥力,研究可为半干旱区煤矿复垦区生态恢复的植被选择提供科学依据。     

Decomposition of different organic materials in soils

Laboratory experiments were conducted to evaluate organic C mineralization of various organic materials added to soils. A soil sample was mixed with organic material to approximate a field application of 9 g organic C kg^-1 soil (0.9% or 50 Mg ha^-1). The organic materials used were four crop residues [corn (Zea mays L.), soybean (Glycine max L. Merr.), sorghum (Sorghum vulgare Pers.), and alfalfa (Medicago sativa L.)], four animal manures [chicken (Gallus domesticus), pig (Sus scrofa), horse (Equus caballus), and cow (Bos taurus)] and four sewage sludges [Correctionville (Imhoff tank), Charles City (holding tank), Davenport (secondary digester), and Keokuk (primary digester)]. The soil-organic material mixture was incubated under aerobic conditions at room temperature (20±2°C) for 30 days. The CO₂ evolved was collected in standard KOH solution by continuously passing CO₂-free air over the soil. Results showed that, in general, the amounts of CO₂-C released mereased rapidly initially, but the pattern differed among the organic materials used. More than 50% of the total CO₂ produced in 30 days of incubation was evolved in the first 6 days. Expressed as percentages of organic C added, the amounts of CO₂ evolved ranged from 27% with corn to 58% with alfalfa. The corresponding percentages for animal manures ranged from 21 to 62% with horse and pig manures, respectively, and for sewage sludges they ranged from 10 to 39% for Charles City and Keokuk sludges. All CO₂ evolution data conformed well to a first-order kinetic model. Potentially, readily mineralizable organic C values and first-order rate constants (k) of the organic matter-treated soils ranged from 1.422 g C kg^-1 soil with ak value of 0.0784 day^-1 to 6.253 g C kg^-1 soil with ak value of 0.0300 day^-1. The half-lives of the C remaining in soils ranged from 39 to 54 days for plant materials. The corresponding half-lives for the C remaining from animal manures and sewage sludges ranged from 37 to 169 days and from 39 to 330 days, respectively.     

Decomposition and soil biota after reclamation of coal mine spoils in an arid region

Summary We compared soil biota and buried wheat straw decomposition on sites subject to topsoiling plus straw mulch reclamation procedures 1–4 years prior to our study and on an unmined site. Rates of straw decomposition were highest on the unmined site. Decomposition rates were higher on the 1- and 2-year-old sites than on the 3- and 4-year-old reclaimed spoil. Microarthropod population densities and number of taxa were greater from decomposing straw on the unmined site and lowest from straw on the 1- and 2-year-old areas. Soil bacteria, fungi, and protozoan populations on buried straw on the oldest reclaimed sites were generally equal to those on the unmined area. Nematode populations on buried straw in the unmined site and 1- and 2-year-old reclaimed sites were similar. Populations of denitrifying bacteria were larger on recently reclaimed sites than on 3- and 4-year-old sites. Decomposition and nitrogen mineralization varied as a function of the diversity and abundance of soil microarthropods. Soil microfauna can serve as an index of soil development in a disturbed arid soil.     

栗钙土有机物料的腐解特征及土壤有机质调控

采用砂滤管田间模拟方法,对不同有机物料在冀西北高寒半干旱区栗钙土中的转化特点及控制因素进行了研究。结果表明：（１）有机物（肥）料在栗钙土中初期前３个月分解较快,矿化碳累积量大,此后逐渐变慢,至腐解２年时所有有机物（肥）料渐趋稳定状态．不同有机物（肥）料的分解速率表现为：猪粪＞羊粪＞牛粪＞马粪＞农家肥（土圈粪）．秸秆类有机物料以小麦秸分解最慢,其它则无明显差异．至腐解２年时所有物（肥）料渐趋稳定状态．（２）栗钙土中有机物（肥）料的腐殖化系数变动在０．２５～０．７２之间,并表现为农家肥＞马粪＞牛粪＞羊粪＞猪粪;小麦秸＞莜麦秸＞披碱草;豆科秸秆十分相近．土壤有机质矿化率在ｌ．１０％～４．５３％范围内,坡梁栗钙土为２．８６～４．５３％,旱滩草甸栗钙土为ｌ．１０～３．７３％．（３）应用土壤有机质平衡定量施肥模式,计算了栗钙土为维持中低产和高产土壤有机质平衡所需的平均临界有机肥年施用量．     

基于耕作半径的采矿复垦区农村居民点安置规模预测

耕作半径对农村居民点的规模具有重要影响,而地形则是耕作半径的决定因素之一。该文采用耕聚比和缓冲区分析的方法,对比采矿前后农村居民点的耕作半径变化。考虑研究区地形起伏的影响,计算耕作半径地形修正系数,确定最优耕作半径。在此基础上预测矿区复垦后可安置农村居民点的面积、数量及人口。研究结果表明:平朔复垦区农村居民点耕作半径地形修正系数为1.6836,复垦区规划农村居民点最优耕作半径为1 500 m;复垦区预测回迁安置农村居民点总规模约651.24 hm2,共67个农村居民点;预测单个农村居民点面积9.72 hm2,控制耕地面积约109.68 hm2;预测回迁安置总人口约29 521人,共7 380户,该研究结果可为露天采矿复垦区农村居民点回迁安置规模与布局提供决策支持。     

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。     

黄土区露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成的多重分形特征

排土场复垦土壤是由人为方式通过不同重构工艺构成的复杂整体,其由不同颗粒组成、具有不规则形状的特性,其核心工作是重构一个适合植被生长的土壤结构。为了更好地对排土场重构土壤结构进行定量表征,该文通过引入土壤多重分形理论,对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场4种重构土壤方案(含砾石黄土母质覆盖、含煤矸石黄土覆盖、全黄土母质覆盖、含料姜土黄土覆盖)的2 mm以下土壤粒径分布进行了多重分形参数计算,计算参数包括广义维数谱D(q)、多重分形奇异性指数α(q)以及多重分形谱函数f(α(q))等,并对不同分形参数之间的关系进行了计算。通过研究发现:该研究区大型露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成具有明显的多重分形特征,D(0)、D(1)、D(1)/D(0)、Δα和Δf反映了土壤颗粒分布的非均匀质特征;该研究区黄土重构剖面的土壤粒径分布范围较小、测度集中程度较高、离散程度较小,土壤粒径组成非均匀性低;多重分形参数之间具有较好的相关性,可以简化选择D(0)、D(1)/D(0)和Δα或D(0)、D(1)和Δf 3个参数实现对黄土区重构土壤颗粒组成分布的定量表征;黄土重构剖面0～90 cm内土壤多重分形参数变化明显,黄土区表层土壤覆盖厚度应在90 cm以上,煤矸石和砾石对重构土壤颗粒的离散程度有一定的影响,应排弃在90 cm以下土层。该研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦以及重构土壤质量的量化提供理论依据。     

Potential of mine land reclamation for soil organic carbon sequestration in Ohio

Soils are an effective sink for carbon storage and immobilization through biomass productivity and enhancement of soil organic carbon (SOC) pool. The SOC sink capacity depends on land use and management. Degraded lands lose large amounts of C through SOC decomposition, erosion, and leaching. Thus, restoration of disturbed and degraded mine lands can lead to increase in biomass productivity, improved soil quality and SOC enhancement and sequestration. Reclamation of mined lands is an aggrading process and offers significant potential to sequester C. A chronosequence study consisting of 0‐, 5‐, 10‐, 15‐, 20‐ and 25‐year‐old reclaimed mine soils in Ohio was initiated to assess the rate of C sequestration by pasture and forest establishment. Undisturbed pasture and forest were used as controls. The SOC pool of reclaimed pasture sites increased from 15·3 Mg ha⁻¹ to 44·4 Mg ha⁻¹ for 0–15 cm depth and from 10·8 Mg ha⁻¹ to 18·3 Mg ha⁻¹ for 15–30 cm depth over the period of 25 years. The SOC pool of reclaimed forest sites increased from 12·7 Mg ha⁻¹ to 45·3 Mg ha⁻¹ for 0–15 cm depth and from 9·1 Mg ha⁻¹ to 13·6 Mg ha⁻¹ for 15–30 cm depth over the same time period. The SOC pool of the pasture site stabilized earlier than that of the forest site which had not yet attained equilibrium. The SOC sequestered in 0–30 cm depth over 25 years was 36·7 Mg ha⁻¹ for pasture and 37·1 Mg ha⁻¹ for forest. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

三江平原地区不同有机物料腐解规律的研究

利用网袋法模拟田间还田方式, 研究不同还田方式下玉米、大豆秸秆的腐解特征。结果表明: 经过150 d的分解, 玉米和大豆秸秆残留率在33.7%~61.1%之间, 秸秆还田分解趋势为: 土埋处理>露天处理, 土埋玉米秸秆>土埋大豆秸秆, 露天条件下大豆和玉米秸秆分解速率一致。从细胞结构上看, 玉米秸秆随着还田时间的延长, 基本组织和维管束遭到破坏, 细胞壁变薄, 细胞内物质消失, 细胞排列疏松; 大豆秸秆组织结构变化不明显。露天和土埋处理各有机物料有机碳分解率分别为39.9%~48.9%、49.6%~65.8%, 土埋玉米和大豆秸秆腐解速度明显高于露天处理。两个处理氮、钾分解率无太大差异, 分别为51.1%~67.7%、74.6%~91.7%, 而磷素变化比较明显, 露天和土埋处理玉米秸秆的磷释放率平均比大豆秸秆高49.4%、56.7%。作为还田物料玉米秸秆要好于大豆秸秆。