復(fù)墾煤矸山重構(gòu)土壤剖面養(yǎng)分狀況研究.docx

1、第55卷第17期2016年9月湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)HubeiAgriculturalSciences復(fù)墾煤砰山重構(gòu)土壤剖面養(yǎng)分狀況研究于亞軍，任珊珊，畢斌，郭李凱（山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041004）摘要：以山西省霍卅曹村煤礦殲石山復(fù)墾6年果園（OP）和復(fù)墾6年草地（GL）為樣地，分析了2種農(nóng)林用地類型煤殲山發(fā)墾重構(gòu)上壤100cm上層養(yǎng)分剖面差異，以廂為煤開山重構(gòu)土壤選擇合適的枝被類型提供依據(jù)。結(jié)果表明，煤殲山復(fù)墾6年果園土埃養(yǎng)分含量明顯優(yōu)于復(fù)墾6年草地，其中養(yǎng)分改晶程度較好的是上埃全鉀、有效確、全確及有機(jī)質(zhì)，較差的是土壤全象和堿解氮。復(fù)墾6年果園土壤有機(jī)質(zhì)和金量養(yǎng)分含量明顯較常規(guī)果園低，

2、但速效養(yǎng)分中有效璘和速效鉀含量卻優(yōu)于或相當(dāng)于常規(guī)果園；復(fù)墾6年草地除上埃速效鉀含量高于常規(guī)草地外，其余土壤養(yǎng)分含量均明顯低于常規(guī)草地。從兩種復(fù)墾煤開山100cm土層養(yǎng)分含量的刑面差異來壽，復(fù)墾6年果園上壤全鉀和有效確含量在土壤表層（020cm）、中層（2060cm）和深£（60-100cm）均高于復(fù)墾6年草地，上埃有機(jī)質(zhì)、磁解發(fā)和全確的這種差異主妾表現(xiàn)在表屢或中層，但2種利用形式復(fù)墾地土埃全氯含量在100cm上層中均無明顯差異。關(guān)鍵詞：煤開山；重構(gòu)土壤；復(fù)是；養(yǎng)分恢復(fù)；果因；草地中圖分類號:TD88文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0439-8114（2016）17-4402-04D01:10

3、.14088/ki.issn0439-8114.2016.17.012StudyonSoilNutrientsofReclamationAgro-forestryLandonaCoalWastePileYUYa-jun,RENShan-shan.BIBin,GUOLi-kai(CollegeofGeographySciences,ShanxiNormalUniversity,Linfen041004,Shanxi,China)Abstract：Toprovideabasisevidenceforthechoiceofthevegetationtypestodifferenttypesofrec

4、lamationagro-forestryland,thestudywasconductedintwotypesofreclamationagro-forestrylandassixyearsorchardafterreclamation(OP)andsixyearsgrasslandafterreclamation(GL)onacoalwastepileinCaovillage,Huozhoucity,Shanxiprovince,andthedifferenceofsoilnutrientswithin100cmsoillayersbetweenOPandGLwereanalyzed.Th

5、eresultsshowedthatsoilnutrientscontentsinOPtreatmentwasbetterthanGLtreatment,significantly,andsoiltotalK,availableP,totalPandsoilorganicmatterwereimproved,obviously,butsoiltotalNandsoilavailableNwerepoor.Soilorganicmatter,soiltotalN,PandKwerelowerinOPthaninconventionalorchard(OP-CK),butavailablePand

6、Kwerebetter.SoilnutrientsinGLwerelowerthaninconventionalgrassland(GL-CK),exceptsoilavailableK.SoiltotalKandsoilavailablePinOPwerebetterthaninGLinuppersoillayer(0-20cm),middlelayeranddeepsoillayers,andthedifferenceofsoilnutrientsbetweenOPandGLappearedinuppersoillayer(020cm)andmiddlelayer(20-60cm),but

7、soiltotalNwasnosignificantdifferencebetweenOPandGLwithin100cmsoillayer.Keywords：coalwastepile;reconstructedsoil；reclamation；nutrientrecovery；orchard；grassland煤砰石是井工開采和洗煤排放的廢棄物，其產(chǎn)生量約為原煤產(chǎn)量的15%或更多。當(dāng)前，中國煤礦開采過程中排放的煤砰石等固體廢棄物累計(jì)已超過74億t,煤砰石已經(jīng)成為中國累計(jì)存量和占用場地最多的工業(yè)廢棄物。雖有一部分煤肝石可被再利用為建材、燃料，但迄今為止其工業(yè)綜合利用率不足20%婦，所以，煤砰

8、石主要以砰石山形式堆放。中國現(xiàn)有煤砰山1500多座，占地約1萬hn?，煤肝石堆積不僅占用大量土地，而且可能引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問題肉】。所以，對煤砰山進(jìn)行復(fù)墾治理收稿日期：2015-10-19是金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金育年項(xiàng)目（41301304）作者簡介：于亞軍（1978-）,男，甘肅靈臺人，副教授.博士，主要從事區(qū)域環(huán)境與生態(tài)恢復(fù)方面的教學(xué)與科研工作，（電話電子信箱）yuyajun021l。是改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，實(shí)施煤礦區(qū)生態(tài)重建的前提和核心。目前,對煤砰山復(fù)墾治理一般采用推平覆土后進(jìn)行植被綠化的方式進(jìn)行初，該方法在取土較為便利的北方地區(qū)更為普遍。煤砰山推平覆土后形成

9、與原有土壤結(jié)構(gòu)和層次明顯不同、土壤性質(zhì)變化很大的重構(gòu)土壤，這種重構(gòu)土壤在之后往往優(yōu)先被復(fù)墾為農(nóng)林草用地（如農(nóng)田、果園和草場等）?！?。所以，重構(gòu)土壤肥力恢復(fù)狀況是影響砰石山植被復(fù)墾成敗的關(guān)鍵。由于不同農(nóng)業(yè)用途農(nóng)田在施肥、耕作等農(nóng)作措施方面差異很大，加之不同植物生長時(shí)對土壤的改造作用不同。所以，煤砰山復(fù)墾后土地用途不同會造成土壤養(yǎng)分恢復(fù)過程存在差異，而要查明這種差異就有必要研究不同農(nóng)林草用地類型下煤砰山復(fù)墾土壤養(yǎng)分剖面變化狀況，這對砰石山復(fù)墾植被類型的選擇具有指導(dǎo)作用，并且對砰石山土壤培肥也有一定的指導(dǎo)價(jià)值。山西省煤炭資源儲量大、產(chǎn)量高，全省煤礦企業(yè)砰石累計(jì)堆存量8.3億t,已形成300多座煤砰山

10、偵。并且隨著煤炭資源的開采，煤砰石堆積將會增加。近年來，山西省加大了砰石山復(fù)墾治理的力度，多個(gè)老礦、大礦的煤砰山通過覆土復(fù)墾的方法得到治理。所以，山西省堪稱復(fù)墾煤砰山土壤養(yǎng)分恢復(fù)狀況研究的樣區(qū)。同時(shí)，該區(qū)處于黃土區(qū)，土壤養(yǎng)分貧瘠、水蝕和風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈，勢必導(dǎo)致煤砰山復(fù)墾重構(gòu)土壤肥力的恢復(fù)有別于其他區(qū)域。因此，以此為研究區(qū)開展復(fù)墾砰石山土壤養(yǎng)分恢復(fù)狀況的研究具有典型性。所以，本研究以山西省霍州曹村礦區(qū)復(fù)墾的煤砰山為研究對象，分析煤肝山復(fù)墾后不同農(nóng)林利用類型土壤養(yǎng)分的差異，可以為煤砰山復(fù)墾植被類型選擇提供理論依據(jù)。1材料與方法研究區(qū)概況研究區(qū)位于山西省霍州市霍煤集團(tuán)曹村礦區(qū)，該礦區(qū)距霜州市區(qū)約7km

11、o該區(qū)為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.1幻，年均降雨量437.3mm,區(qū)內(nèi)山高嶺峻，溝壑縱橫，屬侵蝕型黃土丘陵地貌。土壤類型為褐土，主要作物為一年一熟的冬小麥和玉米，其次為雜糧和蔬菜。研究樣地位于該礦南下莊珂石山（36°30/47.9,N,111。42'11.1吒）。該砰石山從1959年使用，復(fù)墾時(shí)砰石堆存量約為200萬t,占地約1.6萬n?,垂直高度約50cm。砰石山于2008年推平覆土綠化，覆土厚度頂部為100120cm,邊坡約50cm,復(fù)墾時(shí)覆土土壤均取自煤砰山附近，其0-20cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為3.63g/kg,全氮、全磷和全鉀含量分別為0.29、0.54

12、J9.78g/kg,堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為29.52、3.67、85.66mg/kg。1.1 土樣采集及分析采樣地為煤砰山復(fù)墾6年果園（OP）和復(fù)墾6年草地（GL）,同時(shí)選擇樣地附近常規(guī)果園（OP-CK）和草地（GL-CK）為對照，采樣地植被狀況和施肥措施見表1。土壤樣品采集時(shí)間為2014年9月25日，根據(jù)樣地形狀，采用S型或?qū)蔷€布點(diǎn)采樣并混合，取土深度為100cm,每20cm取一土樣，分5層樣品。土樣帶回實(shí)驗(yàn)室陰干后磨細(xì)，測定指標(biāo)主要包括土壤有機(jī)質(zhì)（重銘酸鉀氧化-外加熱法,GB9834-87）、土壤全氮（半微量凱氏蒸儲法，GB7173-87）、全磷（氫氧化鈉-鋁鋪抗比色法,GB7

13、837-88）、全鉀（氫氧化鈉堿溶-火焰光度計(jì)法,GB7854-87）、土壤堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、有效磷（碳酸氫鈉浸提法，GB7853-87）和速效鉀（乙酸鉉-火焰光度計(jì)法，GB7856-87）o2結(jié)果與分析2.1兩種利用形式復(fù)墾重構(gòu)土壤100cm土層養(yǎng)分平均狀況從復(fù)墾6年果園（OP）與果園對照（OP-CK）IOOcm土層養(yǎng)分平均含量的差異來看（表2）,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量0P樣地比OP-CK樣地分別低13.1%.17.8%.6.5%和18.0%；而在速效態(tài)養(yǎng)分中，土壤有效磷表現(xiàn)為0P樣地比0P-CK高20.9%,土壤堿解氮OP樣地比OP-CK樣地低14.8%,土壤速效鉀含量兩種樣

14、地間無明顯差異。在復(fù)墾6年草地（GL）中,100cm±層土壤養(yǎng)分平均含量有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分均明顯低于GL-CK樣地，其中全鉀最明顯，GL樣地比GL-CK低78.2%,其次為表1兩種利用形式復(fù)墾地植被狀況及施肥措施樣地類型植被種類植被狀況施肥措施復(fù)墾6年果園（0P）SS裘宙每年均施牛糞、羊糞,N約1OOkg/hmPQ約2OOkg/hn?復(fù)墾6年草地（GL）禾本科雜草復(fù)墾第一年栽植火炬樹未成活，之后處于自然恢復(fù)狀態(tài)無果園對照（OP-CK）桃樹果樹種植歷史超過10年，株行距為1.0mxl.Om每年均施牛類、羊糞,N約lOOkg/hmPQ約ZOOkg/hm?草地對照（GL-CK）禾本科雜草搖荒

15、狀態(tài)無注：表中數(shù)據(jù)為平均值土標(biāo)準(zhǔn)偏差。4404湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)2016年表2復(fù)展6年果園與復(fù)星6年草地100cm±層養(yǎng)分平均含樣地有機(jī)質(zhì)全養(yǎng)分含量g/kg速效葬分含必g氛磷鉀氮鉀笈墨6年果園(0P)5.10±1.240.37±0.040.29±0.047.20±3.9316.04±6.864.69±0.69107.81±22.46果園對照(OP-CK)5.87士2.110.45±0.070.31±0.088.78±3.5018.83±8.793.88±0.92105.2

16、2*11.03復(fù)墾6年草地(GL)4.02±1.510.34±0.130.19±0.031.78±0.3913.96土4.752.82±0.87113.99土34.90草地對照(G1.-CK)5.57±1.770.37±0.060.32±0.088.17±1.9720.23*9.033.83±0.40109.00±17.86全磷、有機(jī)質(zhì)和全氮，分別低40.6%、27.8%和8.1%；在速效態(tài)養(yǎng)分中，除速效鉀表現(xiàn)為GL樣地高于GL-CK樣地外，堿解氮、有效磷均表現(xiàn)為GL樣地低于GL-CK

17、樣地，分別低31.0%和26.4%o同時(shí)，從復(fù)墾6年果園(OP)和復(fù)墾6年草地(GL)100cm±層養(yǎng)分平均含雖的差異來看，除土壤速效鉀表現(xiàn)為OP樣地低于GL樣地外，其余土壤養(yǎng)分含量均明顯偏高，其中全鉀差異達(dá)到304.5%,其次為有效磷、全磷和有機(jī)質(zhì)，分別比GL樣地高66.3%.52.6%和26.9%；土壤堿解氮和全氮差異較小,分別比GL樣地高17.2%和8.8%?？梢?，與常規(guī)果園養(yǎng)分狀況相比，煤砰山復(fù)墾6年果園土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量明顯偏低，而速效態(tài)養(yǎng)分中除土壤堿解氮與常規(guī)果園相比較低外，有效磷和速效鉀含量均高于或相當(dāng)于常規(guī)果園；而復(fù)斑6年草地與常規(guī)草地相比，除土壤速效鉀含量較高

18、外，其余養(yǎng)分含量均明顯低于常規(guī)草地。同時(shí)，從兩種復(fù)星地土壤養(yǎng)分含量的差異來看，復(fù)墾6年果園土壤養(yǎng)分含量總體明顯優(yōu)于復(fù)墾6年草地，其中養(yǎng)分改善程度較好的是土壤全鉀、有效磷、全磷及有機(jī)質(zhì)，較差的為土壤堿解氮和全氮。1.2 兩種利用形式復(fù)墾重構(gòu)土壤100cm土層剖面養(yǎng)分差異2.2.1土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分表3是復(fù)墾6年果園(OP)和復(fù)墾6年草地(GL)表層(020cm)、中層(20-60cm)和深層(60-100cm)土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量的差異。由表3可見，在土壤表層(020cm),4種養(yǎng)分中差異最明顯的是土壤全鉀和有機(jī)質(zhì)，OP比GL分別高730.7%和133.7%,其次為土壤全磷，OP比GL高4

19、6.3%,土壤全氮兩種樣地?zé)o明衰3復(fù)星6年果園與復(fù)屋6年草地土壤有機(jī)質(zhì)和全養(yǎng)分含的剖面差異土層深度有機(jī)質(zhì)g/kg全氮g/kg全磷小g全鉀g/屈0-2013.1195.6140.2860.2790.4740.3248.0250.96620-604.2163.9540.5000.4990.2000.2106.4922.98560-1001.9843.2860.2870.2140.2800.1137.4890.971顯差異；在土壤中層(20-60cm),4種養(yǎng)分除土壤全鉀表現(xiàn)為OP樣地比GL樣地高117.5%外，其余3種養(yǎng)分均無明顯差異；在土壤深層(60100cm),±壤有機(jī)質(zhì)表現(xiàn)為OP比

20、GL低65.6%,而土壤全鉀和全磷均表現(xiàn)為0P樣地高于GL樣地，分別高出671.3%和147.8%。由此可見，與復(fù)墾6年草地相比，復(fù)墾6年果園土壤有機(jī)質(zhì)在表層明顯偏高，但土壤深層剛好相反；土壤全氮含量在土壤表層、中層和深層均無明顯差異，但土壤全鉀在土壤表層、中層和深層均表現(xiàn)為0P樣地高于GL樣地，土壤全磷的差異主要表現(xiàn)在表層和深層。1.2.2 土壤速效養(yǎng)分圖1是復(fù)皋6年果園(OP)和復(fù)墾6年草地(GL)IOOcm土層土壤速效態(tài)養(yǎng)分的剖面差異。從圖1可見，土壤堿解氮在060cm土層均表現(xiàn)為OP樣地高于GL樣地，其中020cm土層差異最大；土壤有效磷在0100cm土層中均有差異，其中020cm土層

21、差異最大;但土壤速效鉀在0-100cm土層的表現(xiàn)有所不同，在040cm土層表現(xiàn)為0P樣地高于GL樣地，但40-100cm土層則表現(xiàn)為GL樣地高于0P樣地。由此可見，復(fù)墾6年果園和復(fù)墾6年草地土壤速效態(tài)養(yǎng)分的剖面差異表現(xiàn)為土壤有效磷在整個(gè)100cm土層均表現(xiàn)為OP高于GL,±壤堿解氮這種表現(xiàn)僅出現(xiàn)在060cm±層，但土壤速效鉀在040cm土層和40-100cm土層表現(xiàn)剛好相反。3小結(jié)與討論3.1討論研究發(fā)現(xiàn)，煤砰山復(fù)墾6年果園100cm土層土壤養(yǎng)分除速效鉀外其余養(yǎng)分含量均高于復(fù)最6年草地，這表明砰石山復(fù)墾為農(nóng)業(yè)用途的果園，在人為施肥條件下主要土壤養(yǎng)分含量明顯優(yōu)于復(fù)墾后處于摺荒

22、狀態(tài)的雜草地，但是，作為作物生長關(guān)鍵養(yǎng)分的土壤堿解氮和全氮的改善幅度仍然很小。同時(shí)，與當(dāng)?shù)胤N植歷史超過10年的常規(guī)果園相比，復(fù)墾6年果園除有效磷和速效鉀有明顯改善外，土壤堿解氮、有機(jī)質(zhì)以及全量養(yǎng)分含量均明顯偏低，所以，今后復(fù)墾肝石山土壤培肥仍要加大力度，特別土壤堿解氛mg/kg土壤有效磷/mg/kg0EM翌袪謎+|-OPGL圖1復(fù)星6年果園和復(fù)墾6年草地土埴堿解氮、有效磷和速效鉀含的剖面差異是土壤氮肥水平的提高更為關(guān)鍵。同時(shí)，值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)墾6年果園土壤有機(jī)質(zhì)含量在表層(020cm)明顯高于復(fù)墾6年草地，但在深層卻明顯偏低，并且土壤速效鉀含最也出現(xiàn)了類似情況，由于土壤養(yǎng)分主要來自施肥和植物枯落物等的轉(zhuǎn)化，因此，沒有施肥條件和大域植物枯落物供應(yīng)養(yǎng)分的復(fù)墾6年草地，其有機(jī)質(zhì)和速效鉀在深層理應(yīng)不會高于復(fù)墾6年果園，因此，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是由于煤肝山復(fù)墾時(shí)破壞了原有土壤剖面層次，使表層養(yǎng)分含量較高的土壤填埋在深層所致。3.2結(jié)論1) 煤砰山復(fù)墾6年果園土壤養(yǎng)分含蛾明顯優(yōu)于復(fù)墾6年草地，其中養(yǎng)分改善程度較好的是土壤全鉀、有效磷、全磷及有機(jī)質(zhì)，較差的為土壤堿解氮和全氮。復(fù)墾6年果園土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量明顯較常規(guī)果園低，但速效養(yǎng)分中有效磷和速效鉀含量高于或相當(dāng)于常規(guī)果園；復(fù)