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矿区复垦土壤压实特征及蘑菇料施用改良效果研究

刘雪冉  
【摘要】: 山东省济宁矿区是我国的主要煤矿区之一,邹城市是济宁矿区的主战场,兖矿集团的主要矿井分布在该市。自上世纪50年代开始采煤至今,已经形成了5653hm2(8.48万亩)的塌陷地,造成矿区生态环境的破坏。自1980a开始该市加强了采煤塌陷地的治理工作,生态环境逐步得到改善。但由于煤炭产量的增加,每年塌陷地大约以200hm2/年的速度增加。在采煤塌陷和复垦的过程中,由于对土壤的严重干扰,致使复垦土壤质量发生了大的变化。其中土壤压实是复垦土壤最关键的因素之一,是关系到复垦质量高低和复垦是否成功的关键。该研究以邹城市矿区复垦土壤为研究对象,选择了5个复垦年度对其压实特征进行了详细分析,揭示了复垦土壤压实度的变异规律。同时对复垦土壤的理化性状和综合土壤质量进行了评价,探明了复垦土壤质量的变异规律。针对复垦土壤存在的问题,本研究应用蘑菇料对复垦土壤进行了改良研究,探讨蘑菇料对复垦土壤质量的改良效果。 通过分析发现:人为因素的干扰造成地块2、9(复垦后为耕地)表层土壤紧实度远小于未破坏地块(413.40kpa),对作物的生长不利;其余复垦地块紧实度远大于地块1(未破坏地块)。复垦时间对土壤紧实度有一定的影响,复垦时间越长,土壤紧实度越小。在土壤垂直剖面上,随着深度的增加,土壤紧实度增加。充填物质不同,对土壤紧实度具有一定的影响,煤矸石比粉煤灰有利于改善土壤压实度,地块8(充填粉煤灰)通体紧实度都很大,严重影响作物的生长。在土层1-4层,地块9(02年复垦为耕地)紧实度小于地块3(02年复垦为林地),由于人为因素和农作物根系的影响,同时说明在土层表层,农作物比林木对土壤紧实度的影响大;而随着深度的增加,地块9紧实度大于地块3。刚施完蘑菇废料表层土壤的紧实度较低,由于蘑菇废料中有机质的胶结作用,随着施用废料时间的加长,土壤表层的紧实度逐步增加,更加有利于作物的生长。刚施用蘑菇料地块6(07年施用蘑菇料)和复垦后用于耕地的地块变化趋势相近。但所有地块的紧实度在第4—5层基本达到最大,之后变化不大。土壤的紧实度与土壤物理、化学、生物特性相互联系,其中土壤的生物特性与土壤紧实度之间的相关性最大,显著水平P均为0,与真菌数量的相关系数达到了-0.73599;土壤紧实度与土壤中粘粒的含量相关性最小为-0.02889,显著水平P是0.83573。 蘑菇料的施用对复垦土壤理化性状、微生物数量和土壤质量具有一定的影响。 刚施用蘑菇废料地块表层土壤的紧实度较低(438.30kpa),随着施用废料时间的加长,土壤表层的紧实度逐步增加(826.80kpa)。不同的处理方式,在土壤垂直剖面的2-3层发生不同的变化,未破坏地块和复垦后用于耕地的地块紧实度下降,出现最小值(68.90kpa),随着深度增加而增加;刚施用蘑菇料地块6和复垦后用于耕地的地块变化趋势相近,而施用蘑菇料时间较长的地块则在表层次出现峰值(1378.00kpa),之下下降或不变。但所有地块的紧实度在第4—5层基本达到最大,之后变化不大。施用蘑菇废料较早和较晚的地块表层容重均比未破坏地块大,而04和05年使用蘑菇废料的地块表层容重比未破坏大。蘑菇废料具有很好的保水性能,随着施用蘑菇废料时间延伸,表层土壤的含水量逐步增加,并且远大于没有施用蘑菇料的地块;同时在垂直剖面上,由于蘑菇料和土壤混为一体,增加了水分向地下渗透的阻力,使含水量比较高,有利于土壤含蓄水源。施用蘑菇废料地块中粘粒的含量要比未破坏地块高,其中地块5的含量最高(14.40%),地块7表层含有粉粒的量最大(94.06%),随着施用废料年限的增加,粉粒的含量逐渐减少,但比未使用蘑菇料的地块3的含量高,这说明通过施用蘑菇料可以很好的改良土壤的通透性,有利于耕作。 蘑菇料的使用增加了土壤表层有机质的含量,但比未破坏地块的有机质含量低,随着施用蘑菇料时间的增加,表层有机质含量降低,且随着土壤深度的增加,有机质含量减少。刚施用蘑菇料地块表层碱解氮含量比较高(27.33mg/kg),随着时间增加,含量减少。在土壤垂直剖面,施用蘑菇料地块在第2-3层含量增加,随着深度再增加,含量减少,但施用蘑菇料地块通体含量相对于未破坏地比较稳定,未破坏地块(地块1)碱解氮含量随着深度增加会迅速下降。蘑菇料的施用对于土壤表层速效磷的含量有较大的影响,未施用蘑菇料地块表层含量很低(0.98mg/kg),严重影响作物的生长。蘑菇料施用时间与土壤速效磷的含量相关性较小,但施用蘑菇料地块垂直剖面含量变化较小。蘑菇料的施用对于提高表层土壤中有效钾的含量有很大作用,同时随着时间增加,含量降低,地块4(05年施用蘑菇料)表层含量只有40 mg/kg。复垦土壤表层碱性很大(pH8.3),通过施用蘑菇料可以有效中和土壤的碱性;在土壤垂直剖面上,施用蘑菇料的地块4、5、6、7通体pH值较稳定,并且随着施用蘑菇料时间的增加,土壤碱性减弱,至蘑菇料施用3年的地块5(04年施用蘑菇料)通体碱性最弱(pH=7.92)。施用蘑菇料的地块随着时间的增加土壤表层电导率的降低,且随着深度的增加而增加,在第5层出现峰值。 土壤中微生物的数量随着深度的增加,数量明显的减少,在表层数量一般是最大。蘑菇料的施用对复垦土壤微生物影响较大。施用蘑菇料1年后的地块7土壤中细菌、真菌、放线菌的数量较多,分别为324*105、103*103和26*104个/g·土,明显高于未施用地块(83*105、56*103和12*104个/g·土),低于复垦后用于耕地的地块9(1520*105、240*103和57*104个/g·土),但高于未破坏的地块(293*105、80*103和29*104个/g·土)。蘑菇料施用以后,对土壤中的不同微生物产生不同的影响,施用蘑菇料的地块细菌和真菌明显提高,放线菌增加较少。 施用蘑菇料后复垦土壤综合质量有明显变化。复垦后用于耕地的土壤由于人为因素影响其土壤质量较高,平均土壤质量指数达到0.53和0.51,其表层土壤质量达到0.64和0.69,大大高于其他土壤。复垦后种树的土壤由于人为干扰较少其质量较低,平均土壤质量指数在0.40左右。蘑菇料的施用对于复垦土壤具有一定的改良作用,但主要集中在上层土壤,对下层土壤影响不大。对土壤质量的影响主要集中在施用后的前2年,2年后随着蘑菇料的分解殆尽,对土壤影响较小,土壤质量指数趋于和未施用蘑菇料的土壤一致。所有复垦土壤上层土壤质量高于下层,特别是施用蘑菇料的土壤质量在15cm左右出现峰值。复垦后用于耕地的土壤质量变异较大,变异系数达到24.74%,施用蘑菇料可以减少土壤质量的分异程度,特别是施用时间越长,土壤质量分异越小,施用第3年变异系数降至3.59%。


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