风化煤施用对露天煤矿区复垦土壤性质的影响

论文摘要

由于采矿活动对矿区地表的破坏,黄土高原露天煤矿区土壤质量已发生根本变化。矿区退化生态系统恢复与重建已成为国际土壤污染与修复领域、土地利用与土壤保护领域的研究热点。目前,通过不同的复垦措施,煤矿区退化土地生态重建已取得了显著成绩,但复垦土壤物理化学结构恢复问题仍未得到实质性的、根本有效的解决。加之复垦后大部分地块最终利用方向为耕地,因此要根本解决这一问题,重构土壤生产力不容忽视。近年来,针对农田土壤改良已有不少很好的恢复及保持土地生产力水平的改良方法,但煤矿区需复垦土壤面积较大,加之经费问题、管理问题等多方面因素制约,采用的改良措施无法等同于农田土壤的精细化改良措施。因此,利用矿区现有自然资源进行改良将是首选思路。风化煤,由于长期受风化作用影响,含氧量增高,发热量降低,过去一直未作为有益资源,任其废弃,对环境造成严重污染。虽然风化煤是煤矿生产的废煤,但其中的含碳化合物可转化为腐殖酸类物质,因而具有吸附、交换和络合等性能,能帮助土壤结构形成及恢复地力。本课题选用煤系固体废弃物——风化煤为修复介质,针对我国平朔安太堡露天煤矿区复垦土壤存在的问题,研究施用风化煤对矿区复垦土壤的影响,探明将风化煤用于黄土区煤矿土壤复垦的效果及可行性,从而提出最佳风化煤改良方案,为黄土高原矿区生态重建提供理论依据。主要研究内容包括:（1）通过盆栽试验,研究风化煤施用对露天煤矿冰草种植区复垦土壤理化性质、酶活性及微生物群落的影响;（2）通过小区试验,研究风化煤施用对露天煤矿刺槐种植区复垦改良地不同土层土壤理化性质及酶活性的影响;（3）通过小区试验,研究风化煤施用时间对露天煤矿区复垦土壤理化性质及酶活性的影响研究,确定最优化施用方案。本课题主要研究结果有:1种植冰草及施用风化煤能有效地改善露天煤矿复垦土壤物理化学性质,影响土壤酶活性及微生物群落。种植冰草及施用风化煤后,土壤团聚体含量显著增加:风化煤施加量为10g/kg时,土壤团聚体含量最大达76.3%,土壤水稳性团粒最大达88%。土壤有机质、腐殖质及阳离子交换量等指标,随着风化煤施加量的增加显著增加,均在风化煤施加量为30g/kg时达到最高,分别为1.79%,0.11%,9.69cmol/kg。种植冰草及施用风化煤可显著提高土壤养分含量,表现为土壤全氮含量增加为复垦前土壤全氮含量的14.5倍;土壤速效磷增加为复垦前土壤速效磷含量的2倍。在风化煤施加量为10g/kg时,脲酶及过氧化氢酶活性最强,分别为6.58mg/g、0.477mL/g。在风化煤施加量为20g/kg时,土壤蔗糖酶活性最高,达12.33mg/g。种植冰草及施用风化煤亦可提高复垦土壤微生物数量,并改善其组成。随着风化煤施加量增加,土壤细菌、放线菌和微生物总数均显著增加;对真菌的影响不显著;土壤微生物类群细菌所占比例增大,放线菌降低,真菌未见显著性变化规律。2种植刺槐及施用风化煤可显著影响各土层土壤的理化性质和酶活性。0-20cm土层土壤有机质、腐殖质、阳离子交换量、全氮、速效钾含量以及过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性明显高于20-40cm土层;而0-20cm土层中速效磷及pH则显著小于20-40cm土层。刺槐的种植可显著增强土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性;过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶的活性变化均与土壤层次密切相关。3风化煤施用对土壤理化性质的影响随风化煤施用时间的变化而显著变化。相同风化煤施加量,随着施用时间的增加,土壤水稳性团聚体呈现先增加后趋于稳定的规律;土壤有机质在风化煤施加量低于27000kg/hm2时呈显著增加;随着施用时间的增加,腐殖质显著增加;土壤团聚体含量、pH、CEC、速效磷均有所降低;土壤全氮在风化煤施加量低于13500kg/hm2时显著增加:速效钾变化不显著。相同风化煤施加量,土壤过氧化氢酶活性和脲酶活性均随着施用时间的增加显著增强。风化煤施加量低于54000kg/hm2时,土壤蔗糖酶活性随施用时间的延长显著增强。研究表明,通过施加风化煤可有效改善露天煤矿区复垦土壤质量。因此,可将该区域广泛分布的风化煤,应用于黄土区生态恢复的土壤改良,对黄土区生态重建具有重要的现实意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 国内外研究动态
• 1.1.1 国外矿区土地复垦研究现状
• 1.1.2 我国露天煤矿区土地复垦研究现状
• 1.2 改良剂风化煤的特性及应用
• 1.2.1 风化煤的形成与分布
• 1.2.2 风化煤的特性
• 1.2.3 风化煤在土壤改良方面的应用
• 1.3 试验地概况
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 研究内容
• 第二章 风化煤施用对露天煤矿冰草种植区土壤理化性质及微生物群落的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 实验处理
• 2.1.3 实验测定
• 2.1.4 数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 物理指标
• 2.2.2 化学指标
• 2.2.3 土壤酶活性
• 2.2.4 土壤微生物
• 2.3 小结
• 第三章 风化煤施用对露天煤矿刺槐种植区土壤理化性质及酶活性的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验处理及供试材料
• 3.1.2 实验测定
• 3.1.3 数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 不同风化煤处理对土壤理化性质的影响
• 3.2.2 不同风化煤处理对土壤酶活性的影响
• 3.3 小结
• 第四章 风化煤施用时间对露天煤矿区复垦土壤理化性质及酶活性的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验处理及供试材料
• 4.1.2 实验测定
• 4.1.3 数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 土壤物理化学性质
• 4.2.2 土壤酶活性
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 个人简况及联系方式