重慶市煤礦臨時建設用地土壤理化重構技術研究.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、土壤結構的破壞和土地資源的浪費，日趨嚴峻的煤礦臨時建設用地土壤理化性質破壞是目前亟待解決的問題。我國的礦山復墾起步較晚，有關煤礦臨時建設用地土壤恢復方面的法規(guī)也較少。當前煤礦區(qū)土地復墾技術偏重于工程復墾技術，將煤矸石作為填充基質重構農業(yè)土壤，不僅可以修復煤炭開采過程中產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。目前尚相對缺乏關于煤矸石填充重構土體水分、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），結合煤矸石進行土體重構，設置十個重構土體處理，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量比1:1混合填充的三種重構土體（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土體對植物生長的影響，以期為重慶市煤礦臨時建設用地復墾提供理論依據。主要研究內容與結果如下：
　　（1）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，有利于重構土體對水分的吸收和保持，因此在本研究中的土體重構試驗中將煤矸石的容重設置為1.40 g/cm3。
　?。?）不同重構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土體，說明混合和分層填充的重構土體比單一煤矸石填充重構土體更有利于土壤水分的保持。但在入滲試驗后期，分層填充重構土體的濕潤鋒推進速率的下降程度大于混合填充重構土體，說明分層填充重構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，分層填充重構土體的累計入滲量大于相應的混合填充重構土體的累計入滲量，說明分層填充重構土體比相應的混合填充重構土體更有利于水分的吸收和保持。
　?。?）不同重構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土體A相比，分層填充重構土體的銨態(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土體（A），分別增高了5.84和10.15 mg/L；AD混合填充重構土地的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性（P＜0.01）。可見，AB1、AC1和AD1中NH4+-N的滲漏淋失濃度較?。欢鳤D、AC1、AD1和AB能較好地降低NO3--N和TN的滲漏淋失濃度。
　?。?）各重構

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。可見分層填充重構土體中萵筍的生物量、養(yǎng)分含量和養(yǎng)分累積吸收量遠大于混合填充重構土體中的，分層填充重構土體比混合填充重構土體更有利于作物對養(yǎng)分含量的吸收。
　　綜合各重構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土體的