覆土厚度对矸石山复垦区土壤性质的影响研究

摘要

针对山西古交屯兰煤矿矸石排放量大、矸石山复垦成本高，复垦后土壤生物肥力低下等问题，以矸石山三个不同覆土厚度(覆土40cm、覆土80cm、覆土120cm)处理为平台，以土壤、植物、微生物为研究对象，在土壤自然恢复和人工种植两种模式下，研究了矸石山不同覆土厚度对植物生长、土壤理化特性及生物学特性的影响以及结合不同覆土厚度的成本核算，筛选出了矸石山区经济适宜的覆土模式，以期为同类地区土地复垦提供借鉴，进一步完善矸石山区复垦土壤及植被生态重建的理论。具体试验研究结果如下:
　　(1)无论是种植区还是撂荒区，覆土厚度对土壤容重、三相比、水分、温度等都有不同程度的影响。覆土80cm和120cm的处理较40cm处理有效降低了土壤容重;覆土厚度对土壤固、液、气三相均有显著影响(p＜0.05)，表现为随着覆土厚度的增加固相、液相比例降低，气相比例增加;覆土120cm和80cm处理比覆土40cm处理的土壤砂粒含量降低;覆土80cm处理的25cm深处的土壤温度最高;覆土80cm和覆土120cm处理的土壤水分含量明显高于覆土40cm处理;相同覆土厚度条件下，种植区25cm处的土壤温度基本都高于撂荒区;7-9月份种植区土壤水分含量明显高于撂荒区;而撂荒区的土壤容重均高于种植区。
　　(2)无论是种植区还是撂荒区，覆土厚度对有机质、全氮、全磷、全钾等都有明显的影响。种植区:同一覆土厚度下表层0-20cm土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量均高于底层20-40cm，但不同覆土厚度之间差异性不显著;土壤碱解氮、有效磷含量也表现为表层高于底层，且ZZ-80处理要显著高于处理ZZ-40(p＜0.01);不同覆土厚度处理之间土壤速效钾变化规律不明显。撂荒区:土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾在不同覆土厚度处理之间有一定的差异。同一覆土厚度下表层0-20cm的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷及有效钾含量种植区均高于撂荒区;土壤有机碳组分也呈现同样的规律，即高活性有机碳、中活性有机碳、活性有机碳含量均表现为种植区要高于撂荒区，且表层土壤高于底层的;而土壤的pH值是撂荒区要高于种植区。
　　(3)覆土厚度对土壤微生物数量、酶活性及土壤呼吸的影响规律均不明显，但较厚的覆土有助于土壤的微生物群落功能多样性改变。覆土厚度对种植区土壤细菌、放线菌、真菌的数量影响没有一个非常明显的规律。但覆土80cm、120cm处理的三大微生物数量都高于覆土40cm，且覆土80cm处理的最高;且覆土80cm的种植区和撂荒区土壤微生物群落代谢活性较高，对碳源的利用能力最强，覆土80cm改善了矸石山复垦区土壤的微生物群落功能多样性;相同覆土厚度下种植区比撂荒区的Shannon多样性指数(H)和碳源丰富度指数(S)值要高;不同覆土厚度对土壤过氧化氢酶的影响比较明显，无论是种植区还是撂荒区，土壤过氧化氢酶活性均表现为覆土120cm处理的酶活性较高，40cm覆土的活性较低;覆土厚度对土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性的影响规律不是很明显。不同覆土厚度对土壤呼吸的影响规律也不明显。
　　(4)覆土厚度显著地影响了复垦土壤的生物量、产量及撂荒区自然定居植物种类。种植区覆土120cm和80cm处理的大豆地上部和地下部生物量、大豆产量均高于覆土40cm处理，其中覆土80cm处理大豆生物量最高。撂荒区覆土120cm和80cm显著的增加了植物的地上和地下部生物量，随覆土厚度的增加，撂荒区自然定居植物种类增加，覆土80cm时，物种种类最丰富。矸石山3种覆土厚度下自然定居植物群落中重要值比较大的植物种有茵陈蒿、狗尾草和糙隐子草，Pearson相关分析和Spearman秩相关分析显示不同覆土厚度下自然定居植物多数种对间的关联程度未达到显著水平，说明古交矿区矸石山自然定居植物整体关联性较弱，群落结构简单，仍处于演替的初、中期阶段。
　　(5)矸石山覆土80cm种植大豆是矸石山区较经济适宜的覆土模式。综合考虑覆土厚度对土壤物理、化学、生物学性质的影响结果，特别是种植区覆土80cm处理大豆生物量最高以及撂荒区覆土80cm处理自然定居植物种类最丰富，筛选结果，山西古交矿区矸石山复垦区覆土80cm种植大豆处理复垦效益显著及费用合理，可作为同类煤矿矸石山区经济适宜的覆土模式。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内矿区复垦的研究进展

1．2．2 国外矿区复垦的研究进展

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 供试作物及管理

2．4 测定项目与方法

2．4．1 土壤物理性质的测定

2．4．2 土壤化学性质的测定

2．4．3 土壤生物学性质的测定

2．4．4 种植区大豆生长调查及生物量统计

2．4．5 撂荒区自然定居植物调查

2．5 数据处理与分析

第三章 覆土厚度对土壤物理性质的影响

3．1 覆土厚度对土壤容重的影响

3．2 覆土厚度对土壤三相比的影响

3．3 覆土厚度对土壤机械组成的影响

3．4 覆土厚度对土壤温度的影响

3．5 覆土厚度对土壤水分的影响

第四章 覆土厚度对土壤化学性质的影响

4．1 覆土厚度对土壤有机质含量的影响

4．2 覆土厚度对土壤有机质组分变化的影响

4．3 覆土厚度对土壤氮磷钾含量的影响

4．3．1 覆土厚度对土壤全氮和碱解氦含量的影响

4．3．2 覆土厚度对土壤全磷和有效磷含量的影响

4．3．3 覆土厚度对土壤全钾和速效钾含量的影响

4．4 覆土厚度对土壤pH值的影响

第五章 覆土厚度对土壤生物学性质的影响

5．1 覆土厚度对土壤微生物区系的影响

5．2 覆土厚度对土壤微生物多样性的影响

5．2．1 覆土厚度对土壤微生物平均颜色变化率(AWCD值)的影响

5．2．2 覆土厚度对土壤微生物群落结构多样性指数的影响

5．3 覆土厚度对土壤酶活性的影响

5．3．1 覆土厚度对土壤脲酶活性的影响

5．3．2 覆土厚度对土壤碱性磷酸酶活性的影响

5．3．3 覆土厚度对土壤蔗糖酶活性的影响

5．3．4 覆土厚度对土壤过氧化氢酶活性的影响

5．4 覆土厚度对土壤呼吸的影响

第六章 覆土厚度对植物生长的影响

6．1 覆土厚度对种植区大豆生育状况的影响

6．2 覆土厚度对种植区大豆生物量和产量的影响

6．3 覆土厚度对撂荒区植物侵入的影响

6．3．1 煤矸石山不同覆土厚度下撂荒区植物组成特征及其区系地理成分划分

6．3．2 煤矸石山不同覆土厚度下撂荒区自然定居植物种间关系

6．3．3 煤矸石山不同覆土厚度下撂荒区自然定居植物生物量的变化

第七章 矸石山覆土厚度的成本核算及复垦效益比较

第八章 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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