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矿区复垦土壤碳组分对外源碳输入的响应特征

中国生态农业学报（中英文） 2020年第8期28卷 1219-1229页

作者：张云龙郜春花刘靓靳东升卢晋晶李建华山西大学生物工程学院太原030006 山西农业大学(山西省农业科学院)农业环境与资源研究所太原030006

研究外源碳输入对复垦土壤有机碳及组分的影响,对于深入探究矿区复垦土壤有机碳提升及培肥管理具有重要意义。本文依托山西省襄垣县采煤沉陷复垦区的长期定位试验,研究了矿区复垦土壤碳组分对不同外源碳(生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆... 详细信息

研究外源碳输入对复垦土壤有机碳及组分的影响,对于深入探究矿区复垦土壤有机碳提升及培肥管理具有重要意义。本文依托山西省襄垣县采煤沉陷复垦区的长期定位试验,研究了矿区复垦土壤碳组分对不同外源碳(生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆)输入的响应特征。分别在2011年与2016年对矿区复垦土壤样品进行采集,测定0~20 cm土层土壤有机碳、易氧化有机碳、活性碳库Ⅰ、Ⅱ的含量。结果表明,生物炭处理的土壤有机碳增长率和年变化量较对照(CK,无外源碳添加)分别增加101.80%和0.56g·kg–1·a–1,且均显著高于其他有机物料处理;生物炭、牛粪处理土壤0~20 cm土层固碳量较CK分别提高100.52%和91.52%,二者间差异不显著,均显著高于其他有机物料处理,堆肥、沼渣和秸秆处理间对土壤固碳量的提升作用不显著。添加有机物料均能显著增加复垦土壤易氧化有机碳的增长率和年变化量,均表现为堆肥处理最高,较CK分别增加12.37%和0.16 g·kg–1·a–1。复垦土壤活性碳库Ⅰ、Ⅱ的增长率和年变化量均为牛粪处理显著高于其他有机物料处理。有机物料添加均能提高土壤稳定性有机碳含量,与CK相比,生物炭和牛粪处理的提高幅度最大,显著高于其他有机物料,而牛粪与生物碳之间差异不显著。生物炭处理碳库管理指数最高,分别较堆肥、沼渣、牛粪、秸秆处理提高36.30%、52.23%、41.50%、52.02%。施用生物炭、堆肥、沼渣、牛粪与秸秆都能显著提升复垦土壤各碳组分含量和碳库管理指数,施用生物炭的效果最优,因此施用生物炭可作为矿区复垦土壤有机碳提升的有效管理措施。

关键词：复垦土壤有机物料有机碳碳组分碳库管理指数

长期施肥对晋东南矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

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华北农学报 2018年第5期33卷 188-194页

作者：李建华李华郜春花张强靳东升卢晋晶山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006 山西省农业科学院农业环境与资源研究所山西太原030031 山西大学环境与资源学院山西太原030006

为探究不同施肥方式下矿区复垦土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以晋东南黄土区采煤沉陷复垦区为研究对象,分析了连续8年施肥对复垦土壤团聚体数量、团聚体稳定性及团聚体中有机碳分布的影响。试验共设4个施肥处理:不施肥(CK)、化肥... 详细信息

为探究不同施肥方式下矿区复垦土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以晋东南黄土区采煤沉陷复垦区为研究对象,分析了连续8年施肥对复垦土壤团聚体数量、团聚体稳定性及团聚体中有机碳分布的影响。试验共设4个施肥处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、低量有机肥化肥配施(LOF)和高量有机肥化肥配施(HOF)。结果表明,施肥显著提高了> 0. 25 mm的大团聚体数量,HOF处理显著提高了各粒级团聚体比例,其中对2～1 mm和0. 50～0. 25 mm团聚体影响最大。有机肥化肥配施均显著提高了团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了土壤团聚体分形维数(D),提高了土壤团聚体的稳定性,HOF与LOF对土壤团聚体稳定性的影响差异不显著,NPK对复垦土壤的团聚体分形维数无显著影响。> 0. 25 mm各粒径团聚体有机碳含量高于 0. 25 mm的各粒径团聚体含量均呈显著的正相关关系,SOC与R0. 25、MWD、GMD呈极显著正相关关系。在晋东南矿区复垦土壤上,高量有机肥化肥配施是提高土壤有机碳含量,增强土壤团聚体稳定性的有效施肥措施。

关键词：矿区复垦土壤施肥土壤团聚体团聚体稳定性有机碳

不同复垦措施下土壤微生物群落的响应及组装过程

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环境科学 2024年第12期45卷 7326-7336页

作者：李子旭李建华张强卢晋晶郜春花靳东升徐明岗山西农业大学资源与环境学院太谷030800 山西农业大学生态环境产业技术研究院土壤环境与养分资源山西省重点实验室太原030031

复垦对恢复矿区土壤生态功能极为重要,但不同复垦措施下土壤生态功能重建的微生物学机制尚不清晰.厘清不同复垦措施下土壤细菌、真菌群落特征、组装过程及其与理化性质的关系,对重塑矿区土壤生态稳定性至关重要.采用宏基因组测序技术并... 详细信息

复垦对恢复矿区土壤生态功能极为重要,但不同复垦措施下土壤生态功能重建的微生物学机制尚不清晰.厘清不同复垦措施下土壤细菌、真菌群落特征、组装过程及其与理化性质的关系,对重塑矿区土壤生态稳定性至关重要.采用宏基因组测序技术并结合零模型,分析复垦自然恢复区(LH)和复垦农田区(MM)土壤微生物多样性、群落组成、网络结构及群落组装过程的差异.结果表明:①与LH处理相比,MM处理显著提高了土壤养分含量,全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(AP)和速效钾(AK)含量分别提高了34.70%、72.72%、468.98%和45.74%(P<0.05).②LH处理和MM处理下细菌和真菌的优势菌群均未发生变化,但细菌优势菌群落丰度发生显著变化.与LH处理相比,MM处理酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度显著增加5.4%,念珠菌门(Candidatus Rokubacteria)相对丰度显著降低235.72%,不同复垦措施下细菌与真菌群落指示微生物发生改变(P<0.05).③与LH处理相比,MM处理细菌网络复杂性增强,真菌网络复杂性降低,MM处理土壤细菌节点数、连接数均增加.LH处理的关键类群为念珠菌门和浮霉菌门(Planctomycetes),MM处理的关键类群为变形菌门(Proteobacteria).真菌的关键类群均为子囊菌门(Ascomycota).④确定性过程主导了细菌和真菌群落的组装,LH处理细菌群落组装以同质性选择贡献最大,MM处理以异质性选择贡献最大;真菌群落均以异质性选择为主.这些结果为采煤沉陷复垦区土壤微生物群落结构及生态功能恢复提供了新见解.

关键词：矿区复垦组装过程微生物群落共现网络土壤微生物多样性

煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性对施肥方式的响应

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干旱区资源与环境 2020年第4期34卷 183-188页

作者：张变华靳东升张强郜春花李建华卢晋晶籍晟煜忻州师范学院忻州034000 山西省农业科学院农业环境与资源研究所太原030031

文中利用高通量测序技术与R等软件分析研究煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性特征对施肥方式的响应,旨在为快速培肥复垦土壤、恢复地力提供理论依据。研究结果表明:煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性Shannon指数与Simpson指数在不同施肥处... 详细信息

文中利用高通量测序技术与R等软件分析研究煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性特征对施肥方式的响应,旨在为快速培肥复垦土壤、恢复地力提供理论依据。研究结果表明:煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性Shannon指数与Simpson指数在不同施肥处理间差异不大,但Chao1指数与ACE指数在施肥处理与CK处理间差异较为显著,且OF处理下均值最大;施肥处理下OTU单元数量均高于CK处理,且OF处理下OTU单元最多;不同施肥处理下土壤真菌中相对丰度较高的优势门为子囊菌门与接合菌门,优势属为被孢菌属;不同施肥处理下存在显著差异的土壤真菌有24种,复垦土壤真菌多样性与土壤中碱解氮、有效钾含量相关性较强。总体来看,施肥提高了煤矸石填埋区复垦土壤养分含量,改变了土壤中真菌群落结构,且复垦土壤真菌多样性在OF处理下较为丰富。

关键词：施肥方式土壤真菌多样性煤矸石填埋区

种植植物对煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性及养分含量的影响

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华北农学报 2020年第5期35卷 206-213页

作者：靳东升张强张变华郜春花李建华卢晋晶山西农业大学资源环境学院山西太原030031 忻州师范学院山西忻州034000

为了研究种植植物对煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性及养分的影响,为复垦土壤质量的提升提供理论依据,选择分别种植玉米、大豆、苜蓿、毛苕子4种植物的复垦土壤与自然恢复复垦土壤进行比较,基于高通量测序技术分析不同植物种植下复垦土... 详细信息

为了研究种植植物对煤矸石填埋区复垦土壤真菌多样性及养分的影响,为复垦土壤质量的提升提供理论依据,选择分别种植玉米、大豆、苜蓿、毛苕子4种植物的复垦土壤与自然恢复复垦土壤进行比较,基于高通量测序技术分析不同植物种植下复垦土壤真菌多样性的特征及其与土壤养分的相关性。结果表明,真菌多样性Simpson指数在种植大豆后最大,且显著高于自然恢复(P<0.05);Shannon指数在种植大豆和玉米后较大,二者差异不显著,但均显著高于自然恢复(P<0.05);Chao1指数与ACE指数均为种植毛苕子后最大,与种植玉米和大豆差异不显著,但均显著高于自然恢复(P<0.05)。不同植物种植下复垦土壤中的OTU单元数量(514~732)均高于自然恢复(439),复垦土壤中相对丰度最高的真菌门为子囊菌门,丰度较高的真菌属为被孢菌属,相对于自然恢复,种植植物可以提高子囊菌门的相对丰度、降低被孢菌属相对丰度;不同植物种植下复垦土壤中存在显著差异的真菌包括1个纲,7个目,11个科,7个属;复垦土壤中除全磷和全钾外,全氮、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均表现为自然恢复下最低,且自然恢复与不同植物种植下土壤中全氮、有机质和碱解氮含量间有显著差异,均为毛苕子处理下最高;RDA分析结果表明,驱动该复垦土壤中真菌多样性变化的主要养分因子为全氮、全磷和碱解氮。总体来看,种植植物可以提高复垦土壤中的养分含量,改变真菌群落结构,增加复垦土壤真菌多样性。

关键词：不同植物高通量测序技术土壤真菌多样性煤矸石填埋区

施肥对我国农田土壤易氧化有机碳影响的整合分析

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中国土壤与肥料 2024年第5期 8-16页

作者：何宁波高静孙楠李然王恒飞卢晋晶徐明岗山西农业大学资源环境学院山西太谷030800 山西农业大学生态环境产业技术研究院/土壤环境与养分资源山西省重点实验室山西太原030031 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室北京100081

土壤易氧化有机碳(ROC)作为土壤有机碳的重要组成部分,与土壤养分供应密切相关,在提升土壤肥力方面有着重要意义。施肥是影响土壤易氧化有机碳的重要措施之一,探讨不同土壤性质和气候条件下施肥对ROC变化的影响,为农田合理施肥和培肥地... 详细信息

土壤易氧化有机碳(ROC)作为土壤有机碳的重要组成部分,与土壤养分供应密切相关,在提升土壤肥力方面有着重要意义。施肥是影响土壤易氧化有机碳的重要措施之一,探讨不同土壤性质和气候条件下施肥对ROC变化的影响,为农田合理施肥和培肥地力提供理论依据。收集了2000-2022年公开发表的文献78篇,建立了378组包含不同施肥条件下表层土壤ROC含量的数据库。采用整合分析和随机森林方法分析全国农田土壤ROC的提升幅度在不同施肥措施之间的差异,定量分析不同肥料施用量,土壤性质和气候条件等因素对ROC提升的相对贡献。结果表明:(1)施肥能显著提高ROC的含量,且施用有机肥(单施或配施)对ROC的提升幅度(70.1%)是施用化肥(17.7%)的4.1倍。随着有机肥施用量的增加,ROC的提升幅度也在逐渐提高。(2)在不同土壤养分含量下,施肥均能显著增加ROC含量,但在养分较低的土壤中ROC的提升幅度显著高于养分较高的土壤;中性土壤施用化肥后对ROC的提升幅度(34.8%)显著高于酸性土壤(16.6%)和碱性土壤(10.4%),但施用有机肥对ROC的提升幅度在不同pH下的土壤中无显著差异。(3)不同气候条件下,施肥对ROC的提升幅度存在显著差异,寒冷干旱地区施用有机肥对ROC的提升幅度显著高于温暖湿润地区。(4)不同施肥条件下(施用化肥和有机肥)均是土壤性质对ROC的提升幅度起决定性作用。因此,建议在我国构建以有机肥为核心的肥料施用体系,因地制宜地选择有机肥配施化肥的施用量,从而改善土壤性质,以最大的程度提高ROC含量,提升土壤肥力。

关键词：施肥易氧化有机碳土壤性质气候整合分析

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施肥对复垦土壤微生物代谢功能与苗期玉米生长的影响

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干旱地区农业研究 2019年第5期37卷 176-181页

作者：张变华靳东升张强郜春花李建华卢晋晶籍晟煜忻州师范学院山西忻州034000 山西省农业科学院农业环境与资源研究所山西太原030031

利用Biolog-ECO技术、WinRHIZO扫描仪及其图像分析技术,研究了对照CK(施肥量为0)、施复合肥F(施肥量为600 kg·hm^-2)、施有机肥O(施肥量为7500 kg·hm^-2)、有机无机肥配施OF(施肥量为复合肥300 kg·hm^-2+有机肥3750 kg·hm^-2)处理... 详细信息

利用Biolog-ECO技术、WinRHIZO扫描仪及其图像分析技术,研究了对照CK(施肥量为0)、施复合肥F(施肥量为600 kg·hm^-2)、施有机肥O(施肥量为7500 kg·hm^-2)、有机无机肥配施OF(施肥量为复合肥300 kg·hm^-2+有机肥3750 kg·hm^-2)处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落代谢功能及苗期玉米根系形态等特征,结果表明:不同施肥处理下煤矸石复垦区土壤微生物群落功能多样性差异显著,OF处理下土壤微生物多样性Shannon-wiener指数与Simpson指数最高,分别为3.22和0.96,Eveness指数最低,为0.21,而CK处理与之相反,Shannon-wiener指数与Simpson指数最低,分别为3.07和0.95,Eveness指数最高,为0.23;影响该区域土壤微生物群落代谢功能多样性的关键碳源包括6种氨基酸(L-精氨酸、L-天冬酰胺酸、L-苯基丙氨酸、L-丝氨酸、L-苏氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸)、4种酯(D-半乳糖酸γ内酯、丙酮酸甲酯、吐温40、吐温80)、1种胺(腐胺)、5种酸(D-半乳糖醛酸、2-羟苯甲酸、4-羟基苯甲酸、r-羟基丁酸、D-苹果酸)、3种糖(-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸盐、a-环状糊精)、3种醇(I-赤藻糖醇、D,L-a-甘油、D-甘露醇);OF处理下玉米根系形态参数如根长、根体积、根系分形维数及玉米生物性状如生物量、茎粗、株高等与CK处理差异最为显著,说明OF处理有利于煤矸石复垦土壤质量的恢复与提高,利于煤矸石复垦区玉米生长。

关键词：煤矸石复垦土壤施肥土壤微生物功能多样性玉米生长

风化煤固定化微生物修复弱碱性铅污染土壤的效果及机制

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环境科学学报 2024年第12期44卷 369-379页

作者：李建华庞黛焦子乐李林张强陈潇晶卢晋晶郜春花徐明岗山西农业大学生态环境产业技术研究院土壤健康山西省实验室太原030031 山西农业大学资源与环境学院晋中030801

以风化煤为原料,经交联改性制成固定化载体,联合高效耐铅的功能菌株得到了一种风化煤固定化微生物(WC-MI).通过土壤培养实验研究了WC-MI添加对铅污染土壤的修复效果及其钝化机制,结果表明:WC-MI可使土壤中DTPA可提取态铅含量显著降低38.... 详细信息

以风化煤为原料,经交联改性制成固定化载体,联合高效耐铅的功能菌株得到了一种风化煤固定化微生物(WC-MI).通过土壤培养实验研究了WC-MI添加对铅污染土壤的修复效果及其钝化机制,结果表明:WC-MI可使土壤中DTPA可提取态铅含量显著降低38.5%,TCLP可提取态铅含量显著降低8.2%;WC-MI添加下弱酸提取态铅占比下降了14%,残渣态铅占比提高了18%;WC-MI修复56 d后,土壤有机质含量、阳离子交换量和电导率分别提高了556%、30%和60%;WC-MI对土壤铅的钝化机制主要包括表面官能团(C-OH、C=O、-COOH、-NH2)与Pb(II)之间的离子交换、络合、沉淀及物理吸附作用.WC-MI在修复铅污染土壤和改善土壤肥力方面具有较高的应用潜力.

关键词：铅污染土壤固定化微生物风化煤修复效果修复机制

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改性风化煤铅修复剂的制备及其吸附机制

山西农业大学学报（自然科学版） 2024年第2期44卷 99-109页

作者：焦子乐李林陈潇晶卢晋晶郜春花徐明岗李建华山西农业大学资源与环境学院山西太原030031 土壤环境与养分资源山西省重点实验室山西太原030031 山西大学黄土高原研究所山西太原030006

[目的]风化煤来源广泛,价格低廉,且具有孔径分布合理、活性官能团丰富的特点,可通过改性提高其吸附性能,处理高浓度重金属废水,具有较大的开发价值。本文旨在以风化煤为原料制备一种高效的铅修复剂并对其吸附机制进行探究,以期为含铅废... 详细信息

[目的]风化煤来源广泛,价格低廉,且具有孔径分布合理、活性官能团丰富的特点,可通过改性提高其吸附性能,处理高浓度重金属废水,具有较大的开发价值。本文旨在以风化煤为原料制备一种高效的铅修复剂并对其吸附机制进行探究,以期为含铅废水的净化提供材料基础和理论支撑,同时为风化煤的高值化利用提供方向。[方法]采用乙烯胺改性、响应曲面法制备和优化风化煤修复剂的制备工艺,在批量吸附实验的基础上结合扫描电镜(SEM)、比表面及孔隙度分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XPS)等表征技术,对该材料的吸附机理进行探究。[结果]确定了三乙烯四胺改性风化煤制备铅修复剂的工艺参数:体系pH=4.98、乙烯胺用量2.58 mL·g^(-1)风化煤、超声时间为64.34 min、超声功率为350 W;该修复剂对铅的吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,表明该过程是以化学吸附为主的单分子层吸附,最大吸附容量达228 mg·g^(-1),较原煤提高了48%;热力学分析显示,ΔG0、ΔS>0,即该反应是自发的吸热反应,且温度升高促进反应的发生;超声改性的破坏作用和三乙烯四胺的接枝使该修复剂的介孔面积减小了63.14%、微孔面积增大了126%,同时表面丰富的羟基、羧基、羰基、酰胺基等活性基团与铅发生配位或络合反应,促进了其对铅的捕获。[结论]本研究获得了一种高效的铅修复材料,乙烯胺用量和超声温度是影响该材料吸附性能的显著因素,微孔面积增大以及丰富的活性基团(羟基、羧基、羰基、酰胺基)是其主要的铅吸附机制。

关键词：风化煤乙烯胺改性铅污染响应曲面法

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