重慶市煤礦臨時建設(shè)用地土壤理化重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、煤礦開采會引發(fā)諸多的生態(tài)環(huán)境問題，煤礦臨時建設(shè)用地上面的工業(yè)廣場、附屬建筑物以及煤矸石的堆積會造成自然景觀的破壞、土壤結(jié)構(gòu)的破壞和土地資源的浪費，日趨嚴(yán)峻的煤礦臨時建設(shè)用地土壤理化性質(zhì)破壞是目前亟待解決的問題。我國的礦山復(fù)墾起步較晚，有關(guān)煤礦臨時建設(shè)用地土壤恢復(fù)方面的法規(guī)也較少。當(dāng)前煤礦區(qū)土地復(fù)墾技術(shù)偏重于工程復(fù)墾技術(shù)，將煤矸石作為填充基質(zhì)重構(gòu)農(nóng)業(yè)土壤，不僅可以修復(fù)煤炭開采過程中產(chǎn)生的地表沉陷等微地貌變化，還能降低煤矸石堆積的土地占用率

2、以及對外圍環(huán)境帶來的二次污染程度。目前尚相對缺乏關(guān)于煤矸石填充重構(gòu)土體水分、養(yǎng)分運動特征的探討，因此，本文選擇了重慶本地的三種土壤（紫色土、冷砂黃泥土、黃壤），結(jié)合煤矸石進行土體重構(gòu)，設(shè)置十個重構(gòu)土體處理，分別為煤矸石、紫色土、冷砂黃泥土和黃壤單一土壤填充的四種重構(gòu)土體（A、B、C和 D處理），煤矸石分別與紫色土、冷砂黃泥土和黃壤質(zhì)量比1:1混合填充的三種重構(gòu)土體（AB、AC和AD處理），煤矸石分別與紫色土、冷砂黃泥土和黃壤按上下各40

3、 cm分層填充的三種重構(gòu)土體（AB1、AC1和AD1處理）。通過入滲試驗和淋溶試驗，研究不同重構(gòu)土體的水分濕潤鋒的運移、累計入滲量的變化和氮、磷等養(yǎng)分運移特征，分析了不同重構(gòu)土體的保水和保肥能力；同時通過植物生長試驗揭示了不同重構(gòu)土體對植物生長的影響，以期為重慶市煤礦臨時建設(shè)用地復(fù)墾提供理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　?。?）隨著煤矸石容重的增加，其飽和體積含水量呈增加趨勢，1.50和1.60 g/cm3容重下煤矸石的飽和體

4、積含水率較大，分別為34.81％和37.00%，但二者的重量含水率較低，僅為23.95%和22.77%。1.40 g/cm3容重下煤矸石的飽和體積含水率和重量含水率分別為33.55%和24.34%，持水性和入滲速率適中，有利于重構(gòu)土體對水分的吸收和保持，因此在本研究中的土體重構(gòu)試驗中將煤矸石的容重設(shè)置為1.40 g/cm3。
　?。?）不同重構(gòu)土體的水分運移特征有所差異。在入滲試驗過程中，煤矸石與紫色土、冷砂黃泥土、黃壤分層和混合

5、填充的重構(gòu)土體水分的濕潤鋒推進速率都明顯小于用單一煤矸石填充的重構(gòu)土體，說明混合和分層填充的重構(gòu)土體比單一煤矸石填充重構(gòu)土體更有利于土壤水分的保持。但在入滲試驗后期，分層填充重構(gòu)土體的濕潤鋒推進速率的下降程度大于混合填充重構(gòu)土體，說明分層填充重構(gòu)土體對煤矸石中水分下滲的阻礙作用增大，對土壤下層水分滲漏流失的減緩作用較強。在水分入滲試驗中，各混合和分層填充重構(gòu)土體在水分達到飽和時的累計入滲量分別是AB為63 cm， AC為57 cm，AD

6、為68 cm，AC1為61 cm，AB1為68 cm，AD1為78 cm，分層填充重構(gòu)土體的累計入滲量大于相應(yīng)的混合填充重構(gòu)土體的累計入滲量，說明分層填充重構(gòu)土體比相應(yīng)的混合填充重構(gòu)土體更有利于水分的吸收和保持。
　?。?）不同重構(gòu)土體對土壤的保肥能力的影響不同。與單一煤矸石填充重構(gòu)土體A相比，分層填充重構(gòu)土體的銨態(tài)氮（NH4+-N）滲漏淋失濃度明顯更低；而混合填充重構(gòu)土體中NH4+-N滲漏淋失濃度并沒有降低，反而升高。各混合和分

7、層填充重構(gòu)土體中，AB1處理中硝態(tài)氮（NO3--N）、總氮（TN）的滲漏淋失濃度最高，分別較單一煤矸石填充重構(gòu)土體（A），分別增高了5.84和10.15 mg/L；AD混合填充重構(gòu)土地的NO3--N濃度最低，為12.58 mg/L，其次為AC1（18.11 mg/L）、AD1（18.31 mg/L）和AB（18.84 mg/L）； AD1處理的TN的滲漏淋失濃度最低（20.53 mg/L），其次為AD（23.07 mg/L）、AC1（2

8、6.44 mg/L）和AB（39.65 mg/L）。不同重構(gòu)土體之間全磷（TP）（0.00~1.04 mg/L）和正磷酸鹽（PO43-）（0.00~0.94 mg/L）的滲漏淋失濃度都很低，各處理之間沒有明顯差異。pH值與滲漏液中氮、磷養(yǎng)分之間都存在極顯著相關(guān)性（P＜0.01）?？梢?，AB1、AC1和AD1中NH4+-N的滲漏淋失濃度較??；而AD、AC1、AD1和AB能較好地降低NO3--N和TN的滲漏淋失濃度。
　?。?）各重構(gòu)

9、土體對作物生長的影響也有所差異。在作物生長過程中，各混合填充和分層填充重構(gòu)土體中土壤表層含水率均值的大小順序為：AB1（21.15%）>AB（20.70%）>AD1（20.58%）>AD（20.15%）>AC（18.24%）>AC1（12.24%），其中，AB1、AB和AD1處理土壤表層的含水率相對較大，AC1處理的表層含水率最小。在作物收獲時，除AC（14.16%）處理的土壤表層含水率大于AC1（8.60%）處理的，AB1、AC1和A

10、D1處理的作物鮮重、干重和含水率都大于相應(yīng)的AB、AC和AD處理的。與A處理相比，混合填充和分層填充重構(gòu)土體的 TN含量分別高出4.41~5.87和13.25~17.66 g/kg；TP含量分別高出0.01~0.02和1.26~1.46 g/kg；全鉀（TK）含量分別提高了0.82~4.34和10.90~13.02 g/kg；混合填充和分層填充重構(gòu)土體的TN累積吸收量分別高出7.97~16.10和87.01~149.81 mg/株；TP

11、累積吸收量分別高出0.02~0.06和4.59~8.36 mg/株；TK累積吸收量分別高出2.72~12.63和67.36~131.64 mg/株。可見分層填充重構(gòu)土體中萵筍的生物量、養(yǎng)分含量和養(yǎng)分累積吸收量遠(yuǎn)大于混合填充重構(gòu)土體中的，分層填充重構(gòu)土體比混合填充重構(gòu)土體更有利于作物對養(yǎng)分含量的吸收。
　　綜合各重構(gòu)土體的水分運移特征、養(yǎng)分滲漏淋失特征和作物生長適宜性分析，可知煤矸石分別與紫色土、冷砂黃泥土、黃壤分層填充的重構(gòu)土體的