煤矿塌陷区重构土壤性质演化及植被恢复的限制因子研究

It's the most important study subject on revegetation in coalmine subsidence area for comprehensive treatment coal mine ecological destruction, recently. Yet the study most focused on improvement of restructure soil and choice of appropriate vegetation, few reports lied on vegetation restoration suitable assessment in reclaimed land. Shanxi Province is "a sample region" of ecological restoration study in coalmine subsidence area in China.Therefore，the physical and chemical properties, biological activity (microbe and enzyme) and environmental quality (the heavy metal contents) of different years after restructure(1-6 years) under 4 filling ways as "gangue+soil", "ash+soil", "topsoil stripping" and "mix push turns" will be studied as well as the change process of reconstruction soil properties will be discussed.Then,the soil property will be contrasted between researched area and surrounding reseasched mine area, and the key restriction factors in recovering appropriate vegetation type on collapse reconstruction soil will be pointed out. The expected results will provide theoretical principle of cological restoration in orderly way in coalmine subsidence area in China.

煤矿塌陷区植被恢复是当前煤矿生态破坏综合治理的重要研究课题，但迄今为止,该研究主要集中在复垦土壤改良和适宜植被选择方面，对复垦地土壤性质的变化过程研究不够，造成复垦地恢复植被难以形成稳定的生态系统；特别是对煤矿复垦不同年限后的土壤对植被生长的关键限制因子阐述不请，使得复垦后土地难以形成规模化的生态系统，进而影响了复垦土地的可持续利用。山西省是我国煤矿塌陷区生态修复研究的"样区"，因此,本项目以此为研究区，通过研究"煤矸石+土壤"、"粉煤灰+土壤"、"表土剥离"和"混推覆土"四种充填方式不同年限(1~6年)土壤的理化性质、生物活性(微生物和酶)和环境质量(重金属含量),分析煤矿塌陷区重构土壤性质的变化过程；同时通过与矿区周边草地、灌木地和乔木地土壤性质的对比，探明塌陷重构土壤性质演化过程；进而分析塌陷重构区复垦为草地、灌木地和乔木地（或农田）的关键限制因子，为煤矿塌陷地植被恢复提供理论支持。

土壤生态系统重建是矿区破坏地生态恢复的前提，也是矿区塌陷区植被恢复的关键。因此，阐明矿区复垦重构土壤性质演化过程可以为矿区复垦重构土壤生态系统重建和植被恢复提供理论指导。山西省是煤矿区生态恢复研究的“样区”。所以，项目以此为研究区，选取了长治王庄煤矿复垦15a、8a和3a3种年限以及曹村煤矿复垦8a、6a和4a3种年限和草地、果园和农田3种土地利用类型复垦地为样地，研究了煤矿区不同复垦年限和不同土地利用类型重构土壤理化性质、土壤环境质量、土壤微生物活性的演变过程。结果表明：（1）煤矿区复垦重构土壤养分状况和贮水能力与普通农地有明显差别，其中土壤有机质在整个100cm重构层中均偏低，速效养分和全量养分在0-20cm表层和60-100cm深层较低；复垦重构土壤容重高于普通农地，特别是0-60cm土层表现明显；土壤总孔隙度、非毛管空隙度、土壤饱和贮水量和非毛管贮水量也明显低于普通农地。（2）复垦重构土壤0~40cm土层含Hg、Pb和Ni量、20~40cm土层含As量随复垦年限增加而增加；从污染程度来看，复垦农田Hg在0~40cm土层、Pb在0~20cm土层污染程度均随复垦年限加重，并且其综合污染指数也随复垦年限增加而增高，且达到重度污染。（3）复垦重构土壤土壤微生物碳、氮量、微生物总浓度和群落浓度随年限增加均不同程度增加，但复垦样地微生物总浓度和群落浓度低于普通农地；普通细菌中i15:1G和16:0、真菌中18:1 w9c、革兰氏阳性菌中i15:0和a15:0、阴性菌中11Me18:1 w7c和18:1 w5c可指示复垦土壤质量的改善。.项目执行期间发表相关文章9篇，其中北大核心期刊文章7篇，另有4篇北大核心期刊文章录用，2篇SCI/EI文章在审，授权国家实用新型专利2项，申请国家发明专利2项（实审阶段）。以项目负责人牵头组建了山西师范大学地理科学学院“矿区生态破坏区水—土—植物资源及系统重建”的创新研究团队，依托项目培养全日制学术硕士研究生9人。