堆肥施用对煤矿复垦地表层土壤理化性质及牧草生物量的影响

摘要

为改善采煤沉陷复垦区表层土壤养分贫瘠、控制水土流失，本研究在新庄孜煤矿沉陷区复垦地施用四种堆肥（1号堆肥、2号堆肥、3号堆肥、4号堆肥）后，进行紫花苜蓿（Medicago sativa）单播，墨西哥玉米（Purus frumentum）单播和两种牧草混播种植试验，并在当年生长季结束后对改良地表土进行理化性质分析，并用综合评分和主成分分析的方法进行土壤质量评价。结果叙述如下：
　　Cu、Zn、Pb、Cr含量均未超过国家土壤环境质量的二级标准，不会对环境和生态造成污染。从总体来说，新庄孜复垦地的Cd含量是在警戒界限内的。说明在新庄孜采煤沉陷复垦地，以当地土壤作为主要的覆土时不会给环境带来危害;在以煤矸石为填充物质材料时，因整体的覆土较厚所以也未对地表土壤环境带来污染。
　　施用堆肥和种植紫花苜蓿和墨西哥玉米能有效改善土壤结构，提高土壤保水能力。种植紫花苜蓿和墨西哥玉米能增加土壤含水量和大水稳定性团聚体含量，而施用堆肥通过降低复垦区土壤容重，增加粘粒含量，降低粗粉粒等方面改善土壤结构。但土壤容重依然较高，需要进一步降低，因此长时间的土壤改良方案是必需的。
　　本试验结果表明，采煤沉陷区复垦地仅种植牧草不能显著增加土壤有机质，但能够增加土壤速效养分，且种植紫花苜蓿和混播两种牧草效果比单播墨西哥玉米好。施加有机堆肥各处理均能有效增加土壤有机质、总氮、速效磷含量，分别增加了26％～45％、6％～14％、138％～359％。不同堆肥和不同牧草联合作用对土壤的不同养分指标改良效果存在差异。施加堆肥后再单播紫花苜蓿还能增加硝态氮，比未施用堆肥增加了210％～338％;堆肥3、4改良加墨西哥玉米种植还能显著提高复垦区土壤总磷，增加了18％～20％;堆肥改良和紫花苜蓿、墨西哥玉米混播还能显著提高复垦区土壤的铵态氮、有效磷、速效钾含量，分别增加了50％～105％、206％～358％、12％～24％。本研究中，与堆肥施加后再进行墨西哥玉米或紫花苜蓿单播相比，堆肥施加后再进行两种牧草混播时更有利于提高表层土壤含水量以及铵态氮、有效态磷和速效钾的含量。除施用3号和4号堆肥能显著降低土壤pH值外，其他处理效果均不显著。但土壤pH值仍然在8以上，属于碱性土，影响植物健康生长。
　　单播紫花苜蓿和混播两种牧草时，施用堆肥能显著提高牧草生物量，但施用堆肥对墨西哥玉米生物量影响不大。施用堆肥时，混播能显著提高牧草生物量。但施用堆肥和播种方式对牧草品质都未产生显著影响。
　　两种综合评价方法评价结果可以看出，堆肥施加后再进行紫花苜蓿和墨西哥玉米混播(H4)对复垦区表层土壤肥力改良效果最好。这表明堆肥4施加后再进行紫花苜蓿和墨西哥玉米混播(H4)是一种适合于本区域的、效果显著且成本低廉的采煤沉陷复垦区表层土壤改良方法。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景

1．1．1 煤矿沉陷区现状

1．1．2 煤矿沉陷区复垦研究进展

1．1．3 土壤改良研究进展

1．1．4 复垦区土壤质量评价

1．2 研究目标、研究内容与技术路线

1．2．1 研究目标及意义

1．2．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 研究区概况及试验设计

2．1 研究区概况

2．2 试验设计

第三章 土壤重金属情况分析

3．1 样品采集与分析方法

3．1．2 土样采集与预处理

3．1．3 土壤样品重金属总量的测定

3．2 结果与分析

3．3 结论

第四章 堆肥施用及牧草种植对复垦区土壤物理特性的影响

4．1 样品采集与分析方法

4．1．1 土壤含水量测定

4．1．2 土壤容重测定

4．1．3 土壤机械组成测定

4．1．4 土壤水稳定性团聚体测定

4．2 结果分析

4．2．1 土壤含水量变化

4．2．2 土壤容重变化

4．2．3 土壤颗粒组成变化

4．2．4 土壤水稳定性团聚体分布变化

4．3 讨论

4．4 结论

第五章 堆肥施用及牧草种植对复垦地土壤化学特性的影响

5．1 样品采集与分析方法

5．1．1 土壤有机质测定

5．1．2 土壤速效氮测定

5．1．3 土壤速效磷测定

5．1．4 土壤速效钾测定

5．1．5 土壤全氮测定

5．1．6 土壤全磷测定

5．1．7 土壤全钾测定

5．1．8 土壤pH测定

5．2 结果分析

5．2．1 复垦地土壤有机质含量变化

5．2．2 复垦地土壤速效氮含量变化

5．2．3 复垦地土壤速效磷含量变化

5．2．4 复垦地土壤速效钾含量变化

5．2．5 复垦地土壤全氮含量变化

5．2．6 复垦地土壤全磷含量变化

5．2．7 复垦地土壤全钾含量变化

5．2．8 复垦地土壤pH值变化

5．3 讨论

5．3 结论

第六章 施用堆肥对牧草产量及品质的影响

6．1 样品采集及分析方法

6．1．1 牧草株高的测定

6．1．2 牧草生物量的测定

6．1．3 牧草C／N的测定

6．1．4 牧草粗蛋白的测定

6．1．5 牧草粗纤维的测定

6．1．5 牧草重金属含量测定

6．2 施用堆肥对牧草产量的影响

6．2．1 施用堆肥对牧草生物量的影响

6．2．2 施用堆肥对牧草株高的影响

6．3 施用堆肥对牧草品质的影响

6．3．1 施用堆肥对牧草碳氮比的影响

6．3．2 施用堆肥对牧草粗蛋白的影响

6．3．3 施用堆肥对牧草粗纤维的影响

6．4 牧草安全性评价

6．5 讨论

6．6 结论

第七章 堆肥施用和牧草种植对复垦地土壤肥力改良效果的综合评价

7．1 主观权重综合评价法对土壤改良效果评价

7．1．1 指标选取和权重的确定

7．1．2 堆肥施用及牧草对复垦区土壤改良效果综合评价

7．2 主成分分析评价法对土壤改良效果的评价

7．3 两种评价方法比较

7．4 结论

第八章 研究结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果