發(fā)布時(shí)間：2017-12-03 14:38

  本文關(guān)鍵詞：晉陜蒙礦區(qū)排土場(chǎng)土體新構(gòu)模式及土壤生態(tài)效應(yīng)

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【摘要】：晉陜蒙露天煤礦區(qū)是我國(guó)最大的能源基地,現(xiàn)有煤礦開采卻是以粗放的露天開采為主,即對(duì)煤層覆蓋土進(jìn)行剝離,不僅會(huì)遺留下巨大開采坑占用土體,還會(huì)帶來一些生態(tài)和安全危機(jī)。因此礦區(qū)擾動(dòng)地表生態(tài)系統(tǒng)的重建和新形成大量排土場(chǎng)新構(gòu)土體的復(fù)墾成為當(dāng)前礦區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中最為緊迫的任務(wù)。由于該區(qū)自然條件限制,目前所形成排土場(chǎng)新構(gòu)土體普遍存在土層薄(≤50 cm,農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn))漏水漏肥嚴(yán)重、質(zhì)地粗(0.02-2 mm砂粒≥70%)保水保肥能力差、肥力低等問題,限制了排土場(chǎng)新構(gòu)土體的生態(tài)恢復(fù)和復(fù)墾。通過研究實(shí)用有效的土體新構(gòu)方案和土壤改良措施,闡明不同新構(gòu)措施下土壤剖面水肥運(yùn)移的規(guī)律和作物響應(yīng)特性等一些土壤生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)響應(yīng),以期豐富當(dāng)前土地墾復(fù)理論和技術(shù)體系,對(duì)當(dāng)前礦區(qū)的土地墾復(fù)工作提供技術(shù)支撐,為礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。本文以礦區(qū)排土場(chǎng)為研究對(duì)象,對(duì)不同復(fù)配模式下土體水分效應(yīng)、蒸發(fā)能力、養(yǎng)分運(yùn)移(包括有機(jī)質(zhì),全氮,全磷,速效磷,速效鉀)、碳通量效應(yīng)等,通過定位試驗(yàn)進(jìn)行了研究。以期明確土體高效水分利用的復(fù)配方案,為排土場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下:(1)排土場(chǎng)土體在一年的變化周期內(nèi)可分為雨季豐水期(7~10月)和旱季貧水期(11~6月),土壤水分主要受自然降雨、蒸散、底層滲漏的影響。砒砂巖防滲層、工程防滲布在蓄積水分上并沒有顯著差異,與無防滲層土體相比,7~10月雨量豐沛時(shí)期防滲層的水分蓄積作用明顯,比對(duì)照高9.65~13%,但由于蓄積水分多,防滲層減弱了土體特別是深層土體水分空間分布的穩(wěn)定性。風(fēng)化煤增加了表層土體蒸發(fā)損失,不利于土體的持水性的提高,砒砂巖摻混增加了土體剖面持水能力,相對(duì)于沙黃土,新構(gòu)土體0~30 cm層次增加約3.36~9.57%(P0.05,下同),30~40 cm次底層增加約11.16~13.65%,防滲層處理的土體底層剖面水分含量增加了21.6%。綜合來看,砒砂巖摻混顯著增強(qiáng)了土體的持水蓄水能力,防滲層有效截留滲漏水分并持續(xù)供給土體,對(duì)涵養(yǎng)土壤水庫(kù)有積極作用。(2)相對(duì)于沙黃土,沙黃土、砒砂巖(7:3,w/w)摻混的新構(gòu)土體土壤蒸發(fā)降低了14.81%,風(fēng)化煤對(duì)沙黃土蒸發(fā)特征無明顯影響,但顯著提高了沙黃土、砒砂巖摻混的新構(gòu)土體蒸發(fā)10.3%(P0.05),而砒砂巖防滲層和工業(yè)防水布等不同防滲措施土體之間蒸發(fā)差異不顯著,但防滲層可以有效截留水分在蒸發(fā)過程中較長(zhǎng)時(shí)間供給土體。試驗(yàn)表明砒砂巖、防滲層等措施下的新構(gòu)土體土壤蒸發(fā)較小,并較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證土壤水分供給,在旱區(qū)礦區(qū)排土場(chǎng)具有一定的實(shí)踐推廣意義。(3)有防滲層處理的土體土壤氮素和有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對(duì)照,無防滲層處理土體剖面養(yǎng)分隨土層深度的增加呈下降趨勢(shì),且養(yǎng)分含量相對(duì)較低;沙黃土+砒砂巖各剖面速效磷、速效鉀含量顯著高于沙黃土;各樣分剖面分布具有明顯層次性,0~20 cm養(yǎng)分含量較高,有防滲層改良的底層養(yǎng)分含量顯著高于無防滲層土體,說明防滲層處理土體存在較大的養(yǎng)分流動(dòng)與匯集現(xiàn)象,工業(yè)防水布+沙黃土+砒砂巖處理具有良好高效土體潛質(zhì)。(4)風(fēng)化煤添加后沙黃土+砒砂巖土體與沙黃土土體土壤呼吸速率分別提高了35.2%和17.1%,沙黃土土壤呼吸日變化為單峰曲線,風(fēng)化煤添加后日變化呈雙峰曲線。各土體土壤呼吸與土壤溫度均呈極顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系,vant’Huff模型可用來模擬各土體土壤呼吸對(duì)土壤溫度的響應(yīng)。由于監(jiān)測(cè)期內(nèi)土壤含水率整體較高,土壤呼吸與土壤水分具有一定的線性關(guān)系,但不顯著。土壤呼吸與土壤溫度、水分多元線性分析結(jié)果也表明,監(jiān)測(cè)期內(nèi)新構(gòu)土體土壤呼吸與土壤溫度顯著相關(guān),與土壤水分無顯著相關(guān),土壤溫度可以解釋土壤呼吸的大部分變異。綜合研究結(jié)果表明風(fēng)化煤促進(jìn)了新構(gòu)土體土壤呼吸,提高了碳釋放速率,同時(shí)也改變了土壤呼吸日變化格局。研究闡明了添加風(fēng)化煤對(duì)礦區(qū)新構(gòu)土體碳通量釋放的影響,對(duì)評(píng)估風(fēng)化煤添加土體優(yōu)缺點(diǎn),估算未來局部碳的變化具有積極意義。新構(gòu)土體沙黃土+砒砂巖+砒砂巖防滲層復(fù)配模式下條件下土體水肥條件與產(chǎn)量較高。在自然條件下,風(fēng)化煤促進(jìn)了土體碳通量的釋放,砒砂巖提高了土體的持水保水能力,防滲層能有效截留水肥、供給土體,有砒砂巖摻混和防滲層處理的土體具有良好的作物響應(yīng)特征。從減小蒸發(fā)、溫室氣體排放角度出發(fā),風(fēng)化煤并不適宜作為改良材料添加土體,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和利用的角度,綜合環(huán)境保護(hù)分析與評(píng)價(jià)認(rèn)為砒砂巖加沙黃土加防滲層具有高效新構(gòu)土體的潛質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD88;TD824.8

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