冻融交替及水分对风化煤改良露天煤矿复垦土壤及植被恢复的影响研究

论文摘要

采矿造成煤矿区土壤结构破坏、养分缺失等严重问题。世界各国,特别是主要的采矿工业国家都十分重视被采矿工业破坏土地的恢复工作。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,所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矿产资源,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基本上可转化为腐殖酸类物质,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,以研究不同风化煤改良措施对复垦土壤理化性质、土壤酶活性及土壤养分的影响为基础,探讨冻融交替作用和水分变化过程对矿区复垦土壤性质的影响,提出煤矿区生态重建中人工再造土壤的改良方法和对策,探明将风化煤用于黄土区煤矿土壤复垦的效果及可行性。主要研究内容为:（1）冻融交替及水分对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质的影响研究;（2）水分条件对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究;（3）冻融交替及水分状况对复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究。本文主要研究结果有:1、研究表明,施用风化煤可以有效改善矿区土壤结构,提高土壤养分含量,对土壤酶活性有明显的促进作用。改良后土壤团聚体质量百分含量最高可达95.00%;土壤腐殖质含量增加到改良前的4-5倍。风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究表明,土壤团聚体质量百分含量最大达到82.55%;经改良后土壤有机质含量较试验设置有机质含量增加55%-144%;腐殖质含量最大值达到0.25%;脲酶活性最高达到0.132（NH4-N mg/g/24h）,较对照（CK）增加74%;经历冻融交替过程后,团聚体质量百分含量达到最大值95.80%;腐殖质含量最大值达到0.23%;脲酶活性最高达到0.181（NH4-N mg/g/24h）,较对照（CK）增加88%。2、水分状况对于改良矿区土壤性质影响显著,不同水平间存在显著差异。冻融交替及水分对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质的影响研究表明,土壤水分含量为10%时土壤各级团聚体质量百分含量为39%-48%,明显低于含水量为15%和20%的土壤;土壤腐殖质含量随含水量增加而降低,含水量为10%及15%的处理为改良前5倍,含水量为20%的处理为改良前4倍。水分条件对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究显示,对于有机质含量相同的土壤,含水量15%的处理,土壤水稳性团聚体质量百分含量值显著高于含水量5%和10%的处理;相同有机质含量时,随含水量增加,土壤腐殖质含量显著增加,含水量为15%时,腐殖质含量达到最大值0.25%,较相同有机质含量、不同水分状况的处理,分别增加19.0%（含水量5%）及8.7%（含水量10%）;经历冻融交替过程后,含水量10%处理的土壤水稳性团聚体质量百分含量值显著高于含水量5%和15%的处理。因此,在矿区土壤改良措施的实施中应着重考虑水分条件。3、植物种类的选择是矿区植被恢复成败的关键因素之一。研究表明,紫花苜蓿（Medicago sativa）在气候变化方面表现出较强的适应性,适合应用于本研究区域复垦土壤的植被恢复。总体表现为,种植阿尔冈金（Medicago sativa）的处理较艾菲尼特（Medicago sativa）的处理,复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复效果为好。4、气候条件可以决定区域生态系统状态。研究结果表明,冻融交替作为一种由气候造成的非生物应力,可显著影响土壤团聚体、有机质、阳离子交换量（CEC）、土壤全氮、速效磷、速效钾、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性。因此,针对黄土区气候特征,利用该区域广泛分布的自然资源——风化煤,通过对其有效改良措施的研究,所提出的适合于黄土区生态恢复的土壤修复措施,对促进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 研究内容
• 第二章 冻融交替及水分对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质的影响研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.1.3 实验试剂及数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 物理指标
• 2.2.2 化学指标
• 2.3 结论
• 第三章 水分条件对风化煤改良露天煤矿复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 实验试剂及数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 物理指标
• 3.2.2 化学指标
• 3.2.3 生物学指标
• 3.2.4 相关性分析
• 3.3 结论
• 第四章 冻融交替及水分状况对复垦土壤理化性质、酶活性及植被恢复的影响研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 实验试剂及数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 物理指标
• 4.2.2 化学指标
• 4.2.3 生物学指标
• 4.2.4 相关性分析
• 4.3 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 个人简况及联系方式