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。     

煤矸石利用方式对大豆籽粒中氮磷钾含量的影响

以大豆作物为试验材料,用盆栽的方法研究以煤矸石为煤矿塌陷区复垦土壤材料时,其不同的利用方式和用量对大豆籽粒中养分元素氮磷钾含量的影响。结果表明,以混合式的填充方式且煤矸石与土壤的配比浓度为20%-30%时,盆栽大豆籽粒中的氮磷钾养分含量最高,说明煤矸石的此种利用方式适宜于旱地作物种植。     

煤矿区矸石山周边土壤重金属污染特征与规律

以山东某矿区为例,通过淋溶模拟实验,研究了煤矸石中重金属的淋溶规律,并探讨了煤矸石山周边土壤重金属污染特征.结果表明:风化矸石淋滤液中的Zn、Pb、Cr和Cu浓度较高,并很快稳定;新鲜矸石在淋溶初期检出Zn,其它重金属元素没有检出;风化矸石淋滤液中重金属的含量要高于未风化矸石.矸石山周边表层土壤中的Zn、pb、Cr和Cu较高,且浓度高出矸石淋溶液许多倍,表明煤矸石中重金属淋滤具有长期性,矿区土壤对重金属具有迁移性和富集性.表层土壤重金属含量随着距煤矸石堆的距离增加而呈明显的下降趋势,充分表明矸石山对周边土壤造成了严重的重金属污染,而且在土壤剖面上,重金属含量表现出随土壤深度的增加而降低的趋势.     

不同风化程度对煤矸石盐分与pH值的影响

为揭示矸石初期物理崩解风化过程中盐分和pH值的动态变化规律,测定了山西平朔露天矿区32处暴露地表人工破碎新鲜矸石、自然风化5年、14年左右矸石,自燃矸石盐分和pH值以及新鲜矸石在强度浸泡下盐分和pH的变化。结果表明:同一粒径矸石含盐量随风化时间的延长而升高。表层积盐作用不明显,pH值先降低后升高,属于中性偏碱范围;自燃过的矸石风化物的全盐量高于盐渍化土的下限,pH呈酸性;不同粒径的新鲜矸石的全盐量和pH值随浸泡时间的延长有升高的趋势,但随粒径的减小全盐量和pH值分别呈升高和降低的趋势。     

不同污泥的复混基质性质及对牧草生长的影响

为研究生污泥、腐熟污泥和冻融污泥三种污泥在煤矸石山复垦中的应用效果,将污泥与粉煤灰、煤矸石和土壤按一定比例混配成复混基质并划分种植小区,种植黄花草木樨(Melilotus officinalis)、沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)和敖汉苜蓿(Medicago sativa cv.‘Aohan’)三种豆科牧草,对基质的理化性质、重金属元素含量和牧草的田间出苗率、株高、根长和根冠比进行测定分析。结果表明,添加生污泥和腐熟污泥的复混基质A1、A2、B1和B2在基质理化性质、重金属含量和对牧草生长影响方面均表现良好,其中添加腐熟污泥的无土基质B2(腐熟污泥、粉煤灰和煤矸石的质量配比为30∶10∶60)最好;考虑到污泥腐熟和客土运输的成本,添加生污泥的无土基质B1(生污泥、粉煤灰和煤矸石的质量配比为30∶10∶60)可作为煤矸石山复垦的最优选择。     

极端干旱地区绿洲边缘带天然植被的保育策略--以新疆鄯善绿洲为例

以山西省阳泉市280煤矸石山为研究对象,通过对煤矸石物理性质、水分入渗特性和水分含量的分析,初步研究了煤矸石山风化堆积物水分的动态特征.研究结果表明,煤矸石质地较差,砾石和块石平均含量达86.07%.煤矸石山孔隙组成以非毛管孔隙为主,其剖面4个深度(0-15 cm,15-30 cm,30-45cm,45-60 cm)的毛管孔隙度平均值分别为1.40%,1.36%,1.32%和1.17%,导致土壤持水量常年维持在较低水平,0-60 cm的平均土壤持水量为19.7 t/hm2.Kostiakov人渗模型能较好地反映研究地区煤矸石风化物的入渗过程,且在入渗过程中煤矸石风化物一直保持着较高的渗透速率.煤矸石风化堆积物水分季节性变化主要受降水量及其季节分配的影响,随着季节性降水量的增加,矸石风化物水分平均含量也相应升高.煤矸石山的储水量与降水量之间,表现出较好的一元线性正相关关系.在降雨量较少,或是降雨次数多,雨强较大的情况下,裸露煤矸石地的储水量往往大于覆土煤矸石地的储水量.一般情况下,煤矸石山30-40 cm深处有明显的干层,使得煤矸石山下层在旱季保持有较多的水分.     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。     

不同风化年限的淮南矿区煤矸石理化性质变化规律

堆存于地表的煤矸石在遭受风化以后,其物理和化学性质可在短时间内发生较大变化,这些变化往往具有一定规律。该文选取淮南矿区潘北、潘一及新庄孜煤矿5个不同风化年限的煤矸石采样区进行分层采样。通过对135个样品的相关理化性质测试,对比分析了不同风化程度下煤矸石主要理化性质变化规律。结果表明,煤矸石在电导率、pH值和阳离子交换量等理化性质的变化具有一定规律:随着风化年限的增加,煤矸石电导率与pH值降低,阳离子交换量则不断增高。新鲜煤矸石的3项指标在2a内具有较快的降低速率,其中电导率在2 a内可降低30%,pH值下降接近10%,此后的降低变化速率则较缓慢。阳离子交换量在2 a内可增加17%,在后期的变化中则表现为缓慢上升趋势。在剖面变化特征方面,通过对30和30~60 cm之间的上下两层对比分析发现位于上层的电导率与pH值普遍略高于下层,阳离子交换量则为上层略低于下层。其中p H值的上、下两层的变化差距较小,仅在0.1~0.3之间。煤矸石的电导率、pH值,以及阳离子交换量等3项指标的时空变化均与风化作用的时间或风化程度密切相关。从植物生长条件角度出发,上述理化指标的变化均有利于煤矸石的复垦利用。     

添加粉煤灰对煤矸石基质有效水和持水性能的影响

【目的】探索添加粉煤灰对煤矸石基质有效水分和持水能力的影响，为推进矿区生态修复和废弃物的资源化利用提供理论依据。【方法】以煤矸石和生土按照1∶1质量比混匀的煤矸石基质为研究对象，分别添加不同质量分数（0%（CK）、10%（F1）、20%（F2）和50%（F5））粉煤灰，经浇水处理后，取一部分煤矸石基质测定其颗粒组成，同时用环刀取不同处理的煤矸石基质测定其水分特征曲线，计算不同处理煤矸石基质的体积含水率（θ）和水吸力（S），用Gandner幂函数经验公式（θ＝aS^-b）对参数a（表征持水能力）和b（表征体积含水率变化的快慢）进行拟合。在此基础上，计算不同处理煤矸石基质的比水容量、大中小孔隙占比、田间持水量、萎蔫系数及速效水、缓效水和有效水含量。【结果】①与CK相比，添加粉煤灰使煤矸石基质的粉粒含量显著增加了3.81~15.62个百分点，砂粒和黏粒含量显著减少了3.87~9.87个百分点和0.10~6.01个百分点。②不同处理煤矸石基质的Gardner幂函数方程拟合系数（R²）在0.953 8~0.994 7。随着粉煤灰添加量的增加，方程拟合参数a呈增加趋势，b呈减小趋势，煤矸石基质的水分特征曲线也逐渐升高。煤矸石基质的比水容量随水吸力的增大呈现出先增大后减小的趋势。在任一水平的水吸力状态下，添加了粉煤灰的煤矸石基质的比水容量均大于CK，并且随着粉煤灰添加量的增加而增大。添加粉煤灰可以减少煤矸石基质的大孔隙比例，增加中小孔隙比例，其中F1、F2、F5的中、小孔隙比例分别较CK上升1.820，3.223，4.180个百分点和4.256，6.890，12.083个百分点。③随着粉煤灰添加量的增加，煤矸石基质的田间持水量及速效水、缓效水和有效水含量显著增加，但萎蔫系数无显著变化。【结论】添加粉煤灰可以改善煤矸石基质的颗粒组成和孔隙状况，提高其有效水含量和持水能力。     

几种改良剂对煤矸石基质水分特征及狗尾草萌发的影响

煤矸石基质保水性差是影响植物定居的主要障碍因子，为提高煤矸石基质的保水性，以土壤(土矸比)、保水剂、生物炭和生物菌肥为改良剂，采用四因素三水平L(34)正交试验，研究4者不同配比对煤矸石基质水分特征及狗尾草萌发和早期生长的影响。结果表明，土壤、保水剂、生物炭的施用极显著地降低了煤矸石基质的容重和累积入渗速率(P<0.01)，而生物菌肥对二者的影响不显著，4种改良剂的处理效果依次为土矸比>保水剂>生物炭>生物菌肥；土壤、保水剂、生物炭和生物菌肥显著提高了煤矸石基质的田间持水量(P<0.05)，处理效果表现为土矸比>保水剂>生物炭>生物菌肥；施用改良剂后，狗尾草萌发数量差异不明显，但狗尾草的萌发开始时间由14 d提前到7～12 d，且狗尾草的干重积累显著增长(P<0.05)，对照组的狗尾草干重仅为19.7 mg·盆^-1，施用改良剂后狗尾草干重在28.3～71.2 mg·盆^-1，最高增加2.61倍。正交试验统计分析结果表明，适宜的改良剂配合比例为土矸比2∶1+保水剂0.1%+生物炭1%+生物菌肥...