黄土区大型露天煤矿复垦24a土壤碳氮组分特征

研究大型露天煤矿典型植被恢复模式下土壤碳、氮组分特征,为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤碳、氮固持过程及复垦土壤成土过程提供依据。以黄土区典型露天煤矿-平朔露天煤矿的复垦24a的刺槐-油松混交林（RP）、刺槐纯林（RM）、白杆-青杆-沙棘混交林（PPH）、沙棘纯林（HM）4种典型植被恢复模式样地及未复垦样地（UR）、原地貌样地（UD）为研究对象,采集0～20 cm表层土壤样品,分析土壤碳、氮组分特征。结果表明：1）经过24a演替,复垦土壤理化性质得到明显提高,但各样地间土壤理化性质明显显著。2）同UR样地相比,RP、RM和PPH样地的土壤有机碳含量分别提高594.03%、158.66%、99.25%;RP和PPH样地的微生物生物量碳则分别提高174.68%、209.34%;RP和HM样地的水溶性碳分别提高110.13%、82.99%;RP、RM样地的易氧化碳含量则分别为UR样地的35.55倍和7倍。3) 与UR样地相比,RP、RM、PPH、HM样地的土壤全氮含量分别提高413.24%、250.00%、100%和82.35%;RP、PPH、HM样地的水溶性氮含量分别提高206.33%、153.02%、99.95%;PPH样地的微生物生物量氮含量提高368.07%。4）复垦土壤碳、氮组分之间呈现正相关关系,但与全钾呈现显著负相关（P<0.05）。上述结果表明,土地复垦显著提高了土壤碳、氮组分含量,尤以刺槐-油松混交林效果较好,但复垦24a后,矿区土壤可能存在钾限制的现象。     

淮南大通矿区复垦土壤微生物量碳氮的分布特征

通过野外调查和室内分析,研究了淮南大通煤矿复垦区表层(0—10cm)土壤理化性质及微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)的分布特征。结果表明,耕地(油菜地、小麦地、蔬菜大棚)土壤有机碳、氮、磷等含量均高于林地,而土壤pH值则相反。土壤SMBC含量依次为:蔬菜大棚油菜地小麦地林地对照样,蔬菜大棚显著高于其他农业用地方式。土壤SMBN则为:蔬菜大棚小麦地油菜地林地,林地土壤微生物量氮显著低于其他农业用地方式。林地土壤微生物商最高,表明在有机质积累的同时林地更有利于土壤微生物活动。土壤微生物量碳氮之间显著相关,进一步证实土壤微生物量碳、氮可以作为表征土壤肥力的敏感因子。     

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。     

矿区复垦土壤养分变化趋势研究

系统研究了孝义露天铝矿不同复垦年限的土壤养分变化 ,结果表明 :随着复垦年限的增加 ,复垦土壤有机质、全氮、有效磷均呈逐年增加趋势 ,土壤容重逐年下降 ,土壤全磷、全钾、速效钾、土壤 pH、交换量和Cu、Zn、B、Mn、Fe等微量元素的有效态含量变化不明显。研究证明通过种植牧草和大量施用有机肥和化肥 ,可加速复垦土壤的熟化、土壤理化性状逐年改善 ,土壤生产力逐年提高。     

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。     

施肥措施对复垦土壤团聚体碳氮含量和作物产量的影响

研究复垦后不同施肥措施下有机碳(OC)和全氮(TN)在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征,以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象,采集0～20 cm耕层土壤样品,利用湿筛法进行土壤粒径分组,分析大粒径大团聚体(> 2 mm)、小粒径大团聚体(>0.25～2 mm)、微团聚体(0.053～0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)中OC和TN含量,判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素,探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(MNPK)4个处理。结果表明:1)整个试验周期(2008—2013年),同CK相比,NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量,且以MNPK处理的效果最显著,分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。2)大团聚体和微团聚体中OC和TN含量相近,总体高于粉黏粒组分。同生土相比,CK、NPK和M处理均显著提高了>0.25～2、0.053～0.25 mm...     

黄土丘陵区露天煤矿复垦土壤熟化过程中团聚体碳氮演变特征

矿区土地复垦中,由于机械碾压导致复垦土壤呈现高压实状态,复垦土壤的有机质则因机械扰动而矿化。探究复垦土壤团聚体与有机质恢复机理,可为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤质量演替规律提供依据。以平朔露天煤矿典型植被恢复模式--刺槐纯林不同复垦年限（0、3、12、14、17、25、28、32 a）土壤及周边未扰动土壤（CK）为研究对象,采集0～20 cm表层土壤样品,分析土壤水稳性团聚体（>2 000 μm、>250～2 000 μm、53～250 μm、<53 μm）及团聚体碳（C）、氮（N）以及13C和15N同位素特征。结果表明：1）土地复垦中机械碾压破坏了土壤水稳性团聚体结构与稳定性,但随着复垦时间增加,32 a样地>250～2 000 μm团聚体的比例较0 a提高737.02%,而53～250 μm团聚体比例则降低19.25%;团聚体稳定性随着复垦时间而增加,表现为32 a样地土壤团聚体平均重量直径（Mean Weight Diameter,MWD）较0 a提高133%。2）各粒径团聚体C、N及C/N均随着复垦时间增加而增加,>2 000和>250～2 000 μm团聚体C和N在土壤总C和N中占主导地位。>2 000和>250～2 000 μm团聚体C/N整体上高于53～250 μm团聚体。3）各样地土壤δ13C变化范围为?15.14‰～?26.40‰;δ15N的变化范围为1.13‰～10.87‰。>2 000、>250～2 000和<53 μm团聚体的δ13C值及>2 000 μm团聚体的δ15N值随复垦年限增加呈现降低趋势。与>2000 μm和>250～2 000 μm团聚体相比,53～250和<53 μm团聚体中13C显著富集（P<0.05）,这表明复垦土壤熟化过程中,土壤C从大粒径团聚体向小粒径周转。4）>2 000与>250～2 000 μm团聚体中,新C占土壤总C的比例为>80%,且各样地间差异不显著（P>0.05）,而在<53 μm团聚体中,新C的比例在复垦14～17 a间显著增加,此后则变化不显著。上述结果表明,土地复垦中机械碾压增加了小粒径团聚体的比例,降低了团聚体稳定性,而随着复垦时间增加,植被恢复促进了土壤团聚体结构、稳定性及C、N的恢复。     

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

  【目的】  土壤有机碳作为土壤肥力的核心,其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征,可为煤矿区土壤修复提供理论依据。  【方法】  田间试验在山西煤矿复垦区进行,复垦始于2014年,种植作物为大豆 (1年) 和玉米 (2年) 轮作,采样时 (2018年) 种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复 (ZH)、不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施化肥 (MNPK)。使用物理?化学联合分组方法,将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分,分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量,计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。  【结果】  相较于自然恢复处理,CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%,有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下,游离活性有机碳含量分别为2.11 和1.68 g/kg,物理保护有机碳含量分别为0.70 和0.49 g/kg,均显著高于CK和NPK处理;化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外,各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异,施用有机肥主要增加了大团聚体 (游离活性态和物理保护态) 的质量比例,改善了土壤结构。相关分析表明,游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系 (P < 0.01),其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值,最高的为游离粗颗粒有机碳组分,达到39.7%,游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%;而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。  【结论】  施肥和轮作与自然恢复状态相比,短期可显著提高土壤有机碳含量,施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升,单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高,需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。     

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。     

丹江口库区不同土地利用土壤碳氮含量的变化

应用土壤物理分馏方法和同位素技术,对丹江口库区清塘河小流域林地、灌木地和农田的土壤颗粒组成(>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm和<0.053 mm)和其有机碳、全氮含量以及碳氮同位素值进行了研究。结果表明:不同土地利用下土壤颗粒组成、有机碳和全氮含量,以及碳氮同位素值均有明显差异。林地和灌木地0～10 cm土层>2 mm土壤颗粒所占百分比显著高于农田(P<0.05),0.053～0.25 mm土壤颗粒则显著低于农田(P<0.05)。林地和灌木地0～10 cm土层0.25～2 mm和<0.053 mm土壤颗粒的有机碳含量显著高于农田(P<0.05)。灌木地0～10 cm土层>2 mm、0.25～2 mm和<0.053 mm土壤颗粒,以及10～30 cm土层>2 mm土壤颗粒的全氮含量显著高于林地和农田(P<0.05)。同位素分析显示,3种土地利用类型土壤的δ13C和δ15N值在各粒径中大小顺序均为:农田>灌木地>林地。研究结果表明,土地利用类型的变化会改变植物碳的输入和土壤分解速率,进而会影响到土壤颗粒组成、土壤碳氮含量及其同位素值的变化。     

矿山复垦土壤重金属元素时空变化研究

利用网格布点取样法采集抚顺矿区老虎台井田煤矿北部矸石回填垦还田生态重建试验区不同覆土类型、不同土壤深度、不同覆土年龄的土壤样品,对矿山复垦土壤的重金属元素的时空变化进行研究。结果表明,矸石回填覆土后,重金属元素含量呈逐年递减趋势;施（培）肥造成了重金属元素含量表层高于30cm和60cm土层;覆土中重金属元素主要来源于外界输入;矸石母质中的重金属不存在对覆土耕作层的污染问题。     

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。     

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。     

神府东胜煤田复垦区土壤入渗特性的试验研究

土壤入渗性能是最基本的土壤物理特性之一。复垦区土壤的结构组成复杂,入渗特性有别于非矿区土壤。本文以神府东胜煤田马家塔复垦区为研究对象,利用圆盘入渗仪分别测定了复垦区乔木、林地、荒地、灌木林地和草地的土壤入渗特性,用经典统计学方法对复垦区土壤入渗性能的空间变异性进行了分析。实测结果表明,不同土地利用方式下的土壤入渗特性有较大的差异;在测定范围内,乔木林地、荒地、草地和灌木林地的稳定入渗率均表现出0 cm>—3 cm>—15 cm的规律性,其中草地稳定入渗率随吸力的变化更明显。研究表明:乔木林地稳定入渗率和累积入渗量的变异系数分别为0.58和0.49.属于中等变异。     

煤矿复垦区不同恢复年限沙棘人工林土壤真菌群落特征

  目的  探讨矿区不同恢复年限复垦地沙棘人工林土壤真菌群落组成、多样性及其影响因子。  方法  以鄂尔多斯聚鑫龙煤矿复垦区不同恢复年限沙棘人工林为研究对象,撂荒草地为对照,对研究区土样进行采集,通过高通量测序对土样真菌群落测序分析。  结果  研究区共获得真菌8门、30纲、69目、164科和285属,其中子囊菌门和担子菌门为主要菌群,占样地所有菌门的98.2%,不同恢复年限不同土层真菌群落组成存在差异。随着恢复年限的增加,研究区土壤真菌门分类水平上主要类群的个体数及类群数整体呈现增长趋势,整体高于对照样地草地。另外,恢复7年的样地土壤真菌群落丰富度及多样性显著高于其他年限和撂荒草地。冗余分析表明,研究区不同恢复年限沙棘林土壤微生物群落组成主要由土壤pH、土壤有机质含量决定,同时也与土壤氮、磷、钾元素有关。  结论  不同恢复年限沙棘人工林土壤理化性质存在差异,恢复年限的增加提高了真菌的物种丰富度及多样性。     

平朔矿区露天煤矿排土场复垦类型及微地形对土壤养分的影响

研究土地复垦类型及微地形对土壤养分的影响对于指导土地复垦实践,控制复垦土地水土流失等具有重要的理论意义和实际应用价值。以平朔露天煤矿排土场为例,借助数理统计方法分析评价复垦类型与微地形因子(高程、坡度、坡向)对土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷及速效钾含量的影响。结果表明:(1)复垦类型对各项土壤养分含量影响较为显著,不同的复垦类型中,各项土壤养分含量排序均为耕地林地草地;其中,土壤有机碳、全氮、全磷及速效钾含量,耕地分别为草地的2.15~2.68倍,林地的1.48~1.78倍,对于土壤有效磷,耕地中的含量为71.24mg/kg,为草地的11倍,林地的4倍;(2)坡度与土壤养分含量之间存在显著的相关性(p0.05),而高程、坡向与土壤养分含量的相关性较弱,表明排土场复垦区土壤养分受坡度影响较大,而受高程与坡向的影响较小;(3)复垦类型与坡度的交互作用对土壤养分含量产生一定的影响:同一复垦类型的不同坡度的土地养分含量存在差异,耕地的土壤养分含量随着坡度的增大在降低;同一坡度,不同的复垦类型条件下,土壤养分差异显著,总体趋势为耕地林地草地。     

海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型土壤入渗特征

为揭示排土场复垦区不同土地利用类型土壤的水源涵养功能,采用野外实地双环入渗试验和室内理化分析方法,系统地研究了海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、农用地、荒草地)土壤入渗特性及其影响因素。结果表明:不同土地利用类型下的土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量均表现为乔木林地灌木林地农用地荒草地;不同土地利用类型下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,G-P综合模型、Kastiakov模型、Horton模型的平均拟合优度依次为0.926,0.908,0.905。G-P综合模型相对误差为79.21%~123.69%,更接近排土场复垦区土壤入渗的实际过程,可作为排土场复垦区土壤入渗过程的预测模型;不同土地利用类型下土壤初始入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关,稳定入渗率和累计入渗量与非毛管孔隙度、砾石含量和部分根系特征呈显著正相关;采用主成分分析评价的土壤入渗能力排序为乔木林地灌木林地农用地荒草地,初始入渗率、稳定入渗率、14min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.047%,较好地表达了土壤入渗能力。     

垦殖对黄河三角洲盐渍土碳氮分布特征的影响

以黄河三角洲新生盐碱地为例,采用空间替代时间的方法,选取未利用的盐碱地对照(CK)和平均开垦年限分别为小于5 a、10~15 a、20~25 a、30~35 a、50~60 a的小麦/玉米连作土地类型为研究对象,对1 m深土壤碳(有机碳、无机碳、全碳)、氮(全氮、碱解氮)含量进行了分析,研究不同垦殖年限下土壤碳氮水平和垂直分布特征。结果表明:垦殖后,土壤有机碳含量较未垦殖盐碱地均表现为显著提高(p0.05);盐碱地垦殖显著增加了0~40 cm土壤的碳储量,且随垦殖年限增加而增加;40~100 cm土层的有机碳含量无趋势性变化规律;土壤全氮、全碳、无机碳变化与有机碳变化表现出相似规律;垦殖30 a后土壤碳氮养分基本稳定,表层(0~40 cm)含量高于底层(40~100 cm)含量;垦殖年限主要影响0~30 cm土壤碱解氮含量;无机碳作为组成全碳的主要成分,极易受灌溉和地下水的影响。垦殖虽然显著增加土壤有机碳、全氮含量,但垦殖后碳氮比(C/N)呈降低趋势,约30 a后基本稳定,不同垦殖年限C/N平均为9.35,低于全国平均水平,反映出研究区土壤碳氮养分不均衡问题。