复垦煤矸山重构土壤剖面养分状况研究.docx

1、第55卷第17期2016年9月湖北农业科学HubeiAgriculturalSciences复垦煤砰山重构土壤剖面养分状况研究于亚军，任珊珊，毕斌，郭李凯（山西师范大学地理科学学院，山西临汾041004）摘要：以山西省霍卅曹村煤矿歼石山复垦6年果园（OP）和复垦6年草地（GL）为样地，分析了2种农林用地类型煤歼山发垦重构上壤100cm上层养分剖面差异，以厢为煤开山重构土壤选择合适的枝被类型提供依据。结果表明，煤歼山复垦6年果园土埃养分含量明显优于复垦6年草地，其中养分改晶程度较好的是上埃全钾、有效确、全确及有机质，较差的是土壤全象和碱解氮。复垦6年果园土壤有机质和金量养分含量明显较常规果园低，

2、但速效养分中有效璘和速效钾含量却优于或相当于常规果园；复垦6年草地除上埃速效钾含量高于常规草地外，其余土壤养分含量均明显低于常规草地。从两种复垦煤开山100cm土层养分含量的刑面差异来寿，复垦6年果园上壤全钾和有效确含量在土壤表层（020cm）、中层（2060cm）和深£（60-100cm）均高于复垦6年草地，上埃有机质、磁解发和全确的这种差异主妾表现在表屡或中层，但2种利用形式复垦地土埃全氯含量在100cm上层中均无明显差异。关键词：煤开山；重构土壤；复是；养分恢复；果因；草地中图分类号:TD88文献标识码:A文章编号: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煤砰石是井工开采和洗煤排放的废弃物，其产生量约为原煤产量的15%或更多。当前，中国煤矿开采过程中排放的煤砰石等固体废弃物累计已超过74亿t,煤砰石已经成为中国累计存量和占用场地最多的工业废弃物。虽有一部分煤肝石可被再利用为建材、燃料，但迄今为止其工业综合利用率不足20%妇，所以，煤砰

8、石主要以砰石山形式堆放。中国现有煤砰山1500多座，占地约1万hn?，煤肝石堆积不仅占用大量土地，而且可能引发一系列的生态环境问题肉】。所以，对煤砰山进行复垦治理收稿日期：2015-10-19是金项目：国家自然科学基金育年项目（41301304）作者简介：于亚军（1978-）,男，甘肃灵台人，副教授.博士，主要从事区域环境与生态恢复方面的教学与科研工作，（电话电子信箱）yuyajun021l。是改善矿区生态环境，实施煤矿区生态重建的前提和核心。目前,对煤砰山复垦治理一般采用推平覆土后进行植被绿化的方式进行初，该方法在取土较为便利的北方地区更为普遍。煤砰山推平覆土后形成

9、与原有土壤结构和层次明显不同、土壤性质变化很大的重构土壤，这种重构土壤在之后往往优先被复垦为农林草用地（如农田、果园和草场等）。】。所以，重构土壤肥力恢复状况是影响砰石山植被复垦成败的关键。由于不同农业用途农田在施肥、耕作等农作措施方面差异很大，加之不同植物生长时对土壤的改造作用不同。所以，煤砰山复垦后土地用途不同会造成土壤养分恢复过程存在差异，而要查明这种差异就有必要研究不同农林草用地类型下煤砰山复垦土壤养分剖面变化状况，这对砰石山复垦植被类型的选择具有指导作用，并且对砰石山土壤培肥也有一定的指导价值。山西省煤炭资源储量大、产量高，全省煤矿企业砰石累计堆存量8.3亿t,已形成300多座煤砰山

10、侦。并且随着煤炭资源的开采，煤砰石堆积将会增加。近年来，山西省加大了砰石山复垦治理的力度，多个老矿、大矿的煤砰山通过覆土复垦的方法得到治理。所以，山西省堪称复垦煤砰山土壤养分恢复状况研究的样区。同时，该区处于黄土区，土壤养分贫瘠、水蚀和风蚀作用强烈，势必导致煤砰山复垦重构土壤肥力的恢复有别于其他区域。因此，以此为研究区开展复垦砰石山土壤养分恢复状况的研究具有典型性。所以，本研究以山西省霍州曹村矿区复垦的煤砰山为研究对象，分析煤肝山复垦后不同农林利用类型土壤养分的差异，可以为煤砰山复垦植被类型选择提供理论依据。1材料与方法研究区概况研究区位于山西省霍州市霍煤集团曹村矿区，该矿区距霜州市区约7km

11、o该区为温带大陆性季风气候，多年平均气温12.1幻，年均降雨量437.3mm,区内山高岭峻，沟壑纵横，属侵蚀型黄土丘陵地貌。土壤类型为褐土，主要作物为一年一熟的冬小麦和玉米，其次为杂粮和蔬菜。研究样地位于该矿南下庄珂石山（36°30/47.9,N,111。42'11.1吒）。该砰石山从1959年使用，复垦时砰石堆存量约为200万t,占地约1.6万n?,垂直高度约50cm。砰石山于2008年推平覆土绿化，覆土厚度顶部为100120cm,边坡约50cm,复垦时覆土土壤均取自煤砰山附近，其0-20cm土层土壤有机质含量为3.63g/kg,全氮、全磷和全钾含量分别为0.29、0.54

12、J9.78g/kg,碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为29.52、3.67、85.66mg/kg。1.1 土样采集及分析采样地为煤砰山复垦6年果园（OP）和复垦6年草地（GL）,同时选择样地附近常规果园（OP-CK）和草地（GL-CK）为对照，采样地植被状况和施肥措施见表1。土壤样品采集时间为2014年9月25日，根据样地形状，采用S型或对角线布点采样并混合，取土深度为100cm,每20cm取一土样，分5层样品。土样带回实验室阴干后磨细，测定指标主要包括土壤有机质（重铭酸钾氧化-外加热法,GB9834-87）、土壤全氮（半微量凯氏蒸储法，GB7173-87）、全磷（氢氧化钠-铝铺抗比色法,GB7

13、837-88）、全钾（氢氧化钠碱溶-火焰光度计法,GB7854-87）、土壤碱解氮（碱解扩散法）、有效磷（碳酸氢钠浸提法，GB7853-87）和速效钾（乙酸铉-火焰光度计法，GB7856-87）o2结果与分析2.1两种利用形式复垦重构土壤100cm土层养分平均状况从复垦6年果园（OP）与果园对照（OP-CK）IOOcm土层养分平均含量的差异来看（表2）,土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量0P样地比OP-CK样地分别低13.1%.17.8%.6.5%和18.0%；而在速效态养分中，土壤有效磷表现为0P样地比0P-CK高20.9%,土壤碱解氮OP样地比OP-CK样地低14.8%,土壤速效钾含量两种样

14、地间无明显差异。在复垦6年草地（GL）中,100cm±层土壤养分平均含量有机质和全量养分均明显低于GL-CK样地，其中全钾最明显，GL样地比GL-CK低78.2%,其次为表1两种利用形式复垦地植被状况及施肥措施样地类型植被种类植被状况施肥措施复垦6年果园（0P）SS裘宙每年均施牛粪、羊粪,N约1OOkg/hmPQ约2OOkg/hn?复垦6年草地（GL）禾本科杂草复垦第一年栽植火炬树未成活，之后处于自然恢复状态无果园对照（OP-CK）桃树果树种植历史超过10年，株行距为1.0mxl.Om每年均施牛类、羊粪,N约lOOkg/hmPQ约ZOOkg/hm?草地对照（GL-CK）禾本科杂草摇荒

15、状态无注：表中数据为平均值土标准偏差。4404湖北农业科学2016年表2复展6年果园与复星6年草地100cm±层养分平均含样地有机质全养分含量g/kg速效葬分含必g氛磷钾氮钾笈墨6年果园(0P)5.10±1.240.37±0.040.29±0.047.20±3.9316.04±6.864.69±0.69107.81±22.46果园对照(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复垦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草地对照(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、有机质和全氮，分别低40.6%、27.8%和8.1%；在速效态养分中，除速效钾表现为GL样地高于GL-CK样地外，碱解氮、有效磷均表现为GL样地低于GL-CK

17、样地，分别低31.0%和26.4%o同时，从复垦6年果园(OP)和复垦6年草地(GL)100cm±层养分平均含虽的差异来看，除土壤速效钾表现为OP样地低于GL样地外，其余土壤养分含量均明显偏高，其中全钾差异达到304.5%,其次为有效磷、全磷和有机质，分别比GL样地高66.3%.52.6%和26.9%；土壤碱解氮和全氮差异较小,分别比GL样地高17.2%和8.8%。可见，与常规果园养分状况相比，煤砰山复垦6年果园土壤有机质和全量养分含量明显偏低，而速效态养分中除土壤碱解氮与常规果园相比较低外，有效磷和速效钾含量均高于或相当于常规果园；而复斑6年草地与常规草地相比，除土壤速效钾含量较高

18、外，其余养分含量均明显低于常规草地。同时，从两种复星地土壤养分含量的差异来看，复垦6年果园土壤养分含量总体明显优于复垦6年草地，其中养分改善程度较好的是土壤全钾、有效磷、全磷及有机质，较差的为土壤碱解氮和全氮。1.2 两种利用形式复垦重构土壤100cm土层剖面养分差异2.2.1土壤有机质和全量养分表3是复垦6年果园(OP)和复垦6年草地(GL)表层(020cm)、中层(20-60cm)和深层(60-100cm)土壤有机质和全量养分含量的差异。由表3可见，在土壤表层(020cm),4种养分中差异最明显的是土壤全钾和有机质，OP比GL分别高730.7%和133.7%,其次为土壤全磷，OP比GL高4

19、6.3%,土壤全氮两种样地无明衰3复星6年果园与复屋6年草地土壤有机质和全养分含的剖面差异土层深度有机质g/kg全氮g/kg全磷小g全钾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显差异；在土壤中层(20-60cm),4种养分除土壤全钾表现为OP样地比GL样地高117.5%外，其余3种养分均无明显差异；在土壤深层(60100cm),±壤有机质表现为OP比

20、GL低65.6%,而土壤全钾和全磷均表现为0P样地高于GL样地，分别高出671.3%和147.8%。由此可见，与复垦6年草地相比，复垦6年果园土壤有机质在表层明显偏高，但土壤深层刚好相反；土壤全氮含量在土壤表层、中层和深层均无明显差异，但土壤全钾在土壤表层、中层和深层均表现为0P样地高于GL样地，土壤全磷的差异主要表现在表层和深层。1.2.2 土壤速效养分图1是复皋6年果园(OP)和复垦6年草地(GL)IOOcm土层土壤速效态养分的剖面差异。从图1可见，土壤碱解氮在060cm土层均表现为OP样地高于GL样地，其中020cm土层差异最大；土壤有效磷在0100cm土层中均有差异，其中020cm土层

21、差异最大;但土壤速效钾在0-100cm土层的表现有所不同，在040cm土层表现为0P样地高于GL样地，但40-100cm土层则表现为GL样地高于0P样地。由此可见，复垦6年果园和复垦6年草地土壤速效态养分的剖面差异表现为土壤有效磷在整个100cm土层均表现为OP高于GL,±壤碱解氮这种表现仅出现在060cm±层，但土壤速效钾在040cm土层和40-100cm土层表现刚好相反。3小结与讨论3.1讨论研究发现，煤砰山复垦6年果园100cm土层土壤养分除速效钾外其余养分含量均高于复最6年草地，这表明砰石山复垦为农业用途的果园，在人为施肥条件下主要土壤养分含量明显优于复垦后处于摺荒

22、状态的杂草地，但是，作为作物生长关键养分的土壤碱解氮和全氮的改善幅度仍然很小。同时，与当地种植历史超过10年的常规果园相比，复垦6年果园除有效磷和速效钾有明显改善外，土壤碱解氮、有机质以及全量养分含量均明显偏低，所以，今后复垦肝石山土壤培肥仍要加大力度，特别土壤碱解氛mg/kg土壤有效磷/mg/kg0EM翌袪谜+|-OPGL图1复星6年果园和复垦6年草地土埴碱解氮、有效磷和速效钾含的剖面差异是土壤氮肥水平的提高更为关键。同时，值得注意的是，研究发现复垦6年果园土壤有机质含量在表层(020cm)明显高于复垦6年草地，但在深层却明显偏低，并且土壤速效钾含最也出现了类似情况，由于土壤养分主要来自施肥和植物枯落物等的转化，因此，没有施肥条件和大域植物枯落物供应养分的复垦6年草地，其有机质和速效钾在深层理应不会高于复垦6年果园，因此，出现该现象的原因可能是由于煤肝山复垦时破坏了原有土壤剖面层次，使表层养分含量较高的土壤填埋在深层所致。3.2结论1) 煤砰山复垦6年果园土壤养分含蛾明显优于复垦6年草地，其中养分改善程度较好的是土壤全钾、有效磷、全磷及有机质，较差的为土壤碱解氮和全氮。复垦6年果园土壤有机质和全量养分含量明显较常规果园低，但速效养分中有效磷和速效钾含量高于或相当于常规果园；复