浅议采煤塌陷区复垦技术研究

作者主要阐述了充填复垦的方法及复垦过程中土壤的性质变化,目前充填复垦根据充填材料的不同分为粉煤灰、煤矸石、河湖於泥及垃圾充填,复垦土壤性质的变化主要集中在土壤的容重、孔隙度、水分、养分、生物活性、土壤生产力、污染物质及其修复的研究上。     

粉煤灰和煤矸石充填复垦基础研究

目前粉煤灰和煤矸石充填复垦已得到广泛开展,其存在的问题也日益突出。阐述了粉煤灰和矸石的各种理化性质、充填方法及复垦种植形式、充填后土壤存在的问题及应对策略,以期为土地复垦提供参考。     

不同复垦方式对煤矿复垦区土壤养分状况的影响

以济宁市采煤塌陷区粉煤灰充填、煤矸石充填、引湖充填、引黄充填、预复垦5种方式的复垦土壤为研究对象,研究不同复垦方式对土壤养分及整体肥力恢复程度的影响。结果表明,在0~30 cm耕作层,煤矸石充填较其他方式对复垦土壤碱解氮、有效磷和有机质的含量提升效果更显著,分别达28.07 mg/kg、45.15 mg/kg、1.14%。速效钾含量以引黄充填最高,粉煤灰充填对耕层土壤碱解氮含量影响最小,预复垦对耕层土壤有效磷、速效钾、有机质含量的影响最小;在30~50 cm土层,对复垦土壤养分提升效果最显著的为粉煤灰充填,土壤碱解氮、有效磷、速效钾及有机质分别高于对照地块68.5%、89.0%、71.4%、177.3%。五种复垦方式对耕作层土壤整体肥力的影响由大到小依次为粉煤灰充填地块煤矸石充填地块引黄充填地块引湖充填地块预复垦地块,在30~50 cm土层依次为引湖充填粉煤灰充填预复垦引黄充填煤矸石充填。综合考虑不同复垦方式对土壤养分及整体肥力恢复程度的影响,粉煤灰充填、引湖充填方式对于济宁地区土壤肥力的恢复效果最为显著,可在该地区进行进一步的推广。     

充填复垦区土壤水分空间变异性研究

土壤本身的不均一性,使得充填复垦土壤特性研究结论的可信度较低。以土壤含水量作为反映土壤特性的综合性指标,研究了充填煤矸石复垦地、充填粉煤灰复垦地和未塌陷区对照地的含水量变异的结构性。结果表明,充填复垦土壤体积含水量的空间变异性小,复垦行为使土壤综合性质变得均一。     

邹城市采煤塌陷区复垦土壤质量变化研究

[目的]分析邹城市不同复垦年限土壤的质量变化。[方法]样品选自复垦工艺相同的5个不同复垦年限的复垦区和未塌陷区,选用pH、电导率、速效钾、有效磷、有机质、容重、碱解氮和紧实度8个指标,比较分析了复垦后土壤质量的时间和空间变化。[结果]利用相关系数确定权重,在Arcgis中运用地统计分析和空间分析,得到不同复垦年限的土壤质量分布图。随着时间的推移,复垦后邹城市土壤质量逐步提高;施肥不均和复垦机械造成的紧实度不均匀引起区域土壤质量变异系数比较大;复垦时的充填物质会对表层土壤质量产生影响,在较短的时间内,粉煤灰产生的影响要比煤矸石好。[结论]人工施肥不均、复垦机械作业以及复垦时的充填物质都能对复垦后的土壤质量产生影响。     

基于土壤肥力、环境质量的充填 复垦方式优选排序研究

立足土壤肥力、环境质量角度研究采煤塌陷区不同充填复垦方式的土壤质量差异和优选顺序,能够明 晰复垦短期、长期内各种充填复垦土壤质量提升的短板所在,针对性地为复垦土地后期管护的选取和变更提供依 据。以徐州市贾汪区为例,基于土柱实验和“外采样,采用模糊数学法、内梅罗指数法进行土壤肥力、环境质量评价, 分别立足土壤肥力和重金属污染的角度对不同充填复垦方式进行复垦后短期、长期的优选排序研究。结果表明院基 于土壤肥力质量的充填复垦方式优选排序,在复垦后短期内表现为湖泥>粉煤灰>煤矸石>建筑垃圾,长期表现为粉 煤灰>煤矸石>湖泥>建筑垃圾;基于土壤环境质量的充填复垦方式优选排序,在复垦后短期内表现为湖泥>建筑垃 圾=煤矸石>粉煤灰,长期表现为湖泥>建筑垃圾>煤矸石>粉煤灰。     

黄土高原退耕地复垦对土壤理化性状及空间变异特征的影响

【目的】明确复垦措施对黄土高原退耕地土壤理化性质的影响,并揭示其空间变异特征,为评价退耕地复垦对当地生态环境的影响提供帮助,并为相关政府决策提供参考。【方法】在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学相结合的方法,以山西省广灵县退耕6年后复垦的典型坡耕地为对象,对比研究了复垦前(2007-04)和复垦2年后(2009-05)表层(0~15 cm)土壤理化性质的差异及空间变异特征。【结果】与复垦前相比,复垦2年后表层土壤有机质、全氮、全磷以及碱解氮、速效磷和速效钾含量分别降低了38%,11%,15%,24%,81%和8%,而体积质量则降低了7%;研究区土壤养分属中等变异,而土壤体积质量属弱变异;复垦前土壤性质的合理采样数依次为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾>全氮>全磷>体积质量,复垦后略有变化;土壤养分和体积质量的变化主要是随机性因素(人为活动)作用的结果,且复垦措施可使土壤理化性质的空间相关性减弱并朝均一化方向发展,从而明显影响土壤养分和体积质量的空间分布特征。【结论】退耕地复垦可使土壤理化性状迅速恶化,使其空间相关性减弱和朝均一化方向发展,因此应予以避免。     

黄土高原退耕地复垦对土壤理化性状及空间变异特征的影响

【目的】明确复垦措施对黄土高原退耕地土壤理化性质的影响,并揭示其空间变异特征,为评价退耕地复垦对当地生态环境的影响提供帮助,并为相关政府决策提供参考。【方法】在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学相结合的方法,以山西省广灵县退耕6年后复垦的典型坡耕地为对象,对比研究了复垦前(2007-04)和复垦2年后（2009-05）表层(0～15 cm)土壤理化性质的差异及空间变异特征。【结果】与复垦前相比,复垦2年后表层土壤有机质、全氮、全磷以及碱解氮、速效磷和速效钾含量分别降低了38%,11%,15%,24%,81%和8%,而体积质量则降低了7%;研究区土壤养分属中等变异,而土壤体积质量属弱变异;复垦前土壤性质的合理采样数依次为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾>全氮>全磷>体积质量,复垦后略有变化;土壤养分和体积质量的变化主要是随机性因素（人为活动）作用的结果,且复垦措施可使土壤理化性质的空间相关性减弱并朝均一化方向发展,从而明显影响土壤养分和体积质量的空间分布特征。【结论】退耕地复垦可使土壤理化性状迅速恶化,使其空间相关性减弱和朝均一化方向发展,因此应予以避免。     

不同年度复垦土壤微生物研究

为提高复垦质量,采用稀释平板计数法分析不同复垦时间复垦的耕地、林地土壤微生物种类和数量。结果表明,经过煤矸石充填复垦的林地细菌数量高于耕地,而放线菌和真菌数量则是耕地高于林地。随着复垦时间的延长,土壤细菌数量逐渐增加。放线菌和真菌数量在复垦初期逐渐增加,B/F值表明微生物种类趋于平衡;受充填物质、覆土厚度和土地利用方式的影响,随着复垦时间的延长,林地土壤的放线菌和真菌数量降低,B/F值较高,土壤微生物种群、数量失衡。     

粉煤灰充填复垦土壤理化性质分布特征及其对覆土厚度响应

以淮南市平圩电厂粉煤灰堆场复垦区为研究对象,采用经典统计和地统计学相结合的方法,从点和区域、水平与垂直等多维角度分析了不同覆土厚度下的复垦土壤主要理化性质分布特征,旨在揭示粉煤灰充填基质下复垦土壤理化性质分布特征及其与覆土厚度之间的响应关系。结果表明,随着覆土厚度的增加,土壤含水量均值呈现先增后减的趋势,各覆土厚度下土壤含水量基本在20%以上,覆土厚度20～30cm的土壤含水量最大,达到31.11%。在一定的覆土厚度下,含水量在粉煤灰重构剖面中间会出现一个突变层次,在土—灰界面将产生土壤水分的聚集。不同覆土厚度下表层土壤的容重出现明显的差异,随着覆土厚度的增加,土壤容重整体呈现上升趋势,覆土厚度40～60 cm时,土壤表层平均土壤容重达到1.75 g·cm-3,复垦后出现了不同程度的板结现象。不同覆土厚度下砂、粉和黏粒含量差异明显,总体上与该地区非重构土壤相似,基本属于粉砂质壤土。粉煤灰充填复垦后土壤颗粒组成由粉煤灰、覆土土源和覆土方式共同决定的,泥浆泵法覆土在不同水平间土壤颗粒组成差异较为明显。随着覆土厚度的增加,不同层次的有机质含量都有不同程度的提升,且提升程度与覆土厚度呈正相关。基于经验贝叶斯克里格法的复垦土壤含水量、容重、粉砂和有机质含量的RMSE分别为1.72、1.01、1.57和0.85;MSDR值分别为2.12、1.32、2.72和0.62,RMSE较小,预测精度较高,MSDR比较接近1,模型拟合效果较好。综合考虑各理化指标对覆土厚度的响应特征,冬小麦-夏玉米种植模式下覆土厚度40～50cm较为合理。经验贝叶斯克里格法比较适合粉煤灰充填复垦土壤理化指标空间预测。     

露天矿区充填式复垦实际研究

研究小范围露天矿区复垦过程,对使用充填式复垦产生的土壤贫瘠、土壤侵蚀和土壤压实问题进行分析,并提出了可行性建议,以期为今后土地复垦工作奠定理论基础。     

不同充填复垦方式下土壤有机碳的空间分布特征

以济宁煤矿复垦区为研究对象,研究不同充填材料对土壤有机碳(SOC)和土壤有机碳密度(SOCD)空间分布的影响。通过对黄河沙(M1)、湖泥(M2)、矸石(M3)、煤灰(M4)和客土(M5)等充填材料的复垦地进行分层采样和室内化验分析,找出影响充填复垦土壤的SOC及SOCD分布的因素。研究表明:(1)5种复垦土壤的SOC含量在4.19?11.29 g·kg-1之间,SOCD在3.41?10.09 kg·m-2之间。与对照耕地相比,五种复垦土壤的SOC含量均显著偏低(P0.05)。除M2b和M5的SOCD大于或等于对照耕地的SOCD外,其他复垦土壤的SOCD均小于各自对照耕地的SOCD;(2)复垦土壤的SOC和SOCD在表层集聚,随着土层深度增加,除了M4b,其余复垦土壤的SOC和SOCD均呈逐渐降低的趋势;(3)从恢复效果来看,不同充填材料对SOC和SOCD在0?60 cm土层的总值具有一定的影响,五种充填材料对有机碳的恢复效果由好到差为:M2M5M1M4M3。结论:充填层的充填材料会影响在0?60 cm土层SOC和SOCD的总值,但不影响剖面分布。SOC和SOCD在不同土层深度(0?20 cm、20?40 cm和40?60 cm)与碱解氮、有效磷和速效钾呈显著或极显著的正相关,因而说明复垦土壤覆土层的土壤养分情况会影响SOC和SOCD的土壤剖面分布。     

安太堡露天矿复垦地不同林龄对土壤酶活性和微生物区系的影响

为研究不同植被恢复年限对复垦土壤生物肥力的影响和作用,通过野外调查及采样分析,对安太堡露天煤矿复垦区不同恢复年限下土壤的理化性质、土壤酶活性、土壤微生物数量和多样性进行了研究。结果表明,不同复垦年限的土壤酶活性不同,复垦20 a的土壤酶活性优于复垦15,10 a和对照;不同复垦年限对土壤微生物数量和多样性的影响作用不同,复垦20 a的土壤微生物数量和多样性高于复垦15,10 a和对照。植被恢复可以促进土壤生态肥力提高,改善土壤质量。     

黄河泥沙充填复垦农田生产力障碍因素调查分析

为揭示复垦农田生产力的障碍因素,提升黄河泥沙充填复垦农田的作物产量,选取山东省邱集煤矿黄河泥沙充填复垦区域为对象,通过农户问卷调查和定点采样分析的方法进行研究。结果表明:1)黄河泥沙充填复垦农田覆土厚度影响小麦实际产量,随着覆土厚度的减小,小麦实际产量呈现递减趋势;2)土壤有机质、总氮、总磷、碱解氮和有效磷含量整体上与研究区农田小麦实际产量成正相关;3)施肥量对黄河泥沙充填复垦农田小麦调查产量的影响不稳定性较强;耕种复垦农田的农户习惯施肥量存在严重过高现象,且肥料施用比例失衡;4)研究区两类农田小麦调查产量与灌溉量均在0.01水平上显著相关。在研究区内利用黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地是可行的,但复垦农田在耕作管理过程中应当采取少量多次的施肥和灌溉方式,注意农作物秸秆还田,培肥地力、提高土壤保水保肥能力等。     

山西平朔露天矿区复垦农用地表层土壤质量差异对比

以复垦农用地为研究对象,以原地貌未受损农用地和排土场未复垦地作为对照,共选择18个样地,对比研究复垦农用地、未复垦地及原地貌未受损农用地的土壤容重、田间持水量、pH值、有机质、全氮、全钾、有效磷、速效钾的差异,揭示复垦农用地土壤重构的过程及变异的规律。结果表明：（1）复垦农用地土壤容重、田间持水量、pH值、全钾、有效磷、速效钾的均值都略高于未受损农用地;而复垦农用地有机质、全氮的均值都略低于未受损农用地。（2）复垦农用地和未受损农用地在0~10 cm的土壤容重及pH值均略低于10~20 cm土层;0~10 cm的土壤肥力指标均值略高于10~20 cm土层。（3）在0~10 cm土层,复垦耕地和复垦林地的相关土壤理化性质要优于未受损耕地;在10~20 cm,复垦林地土壤理化性质基本上优于未受损耕地。（4）复垦13年的耕地土壤容重、速效钾与未受损耕地差异不显著;复垦22年林地的单个土壤理化指标基本上优于复垦19年林地,复垦19年林地的单个土壤理化指标基本上优于未受损林地。     

安徽省淮南市采煤沉陷生态修复区表层土壤有机碳分布

以采煤沉陷生态修复区为研究对象,分析了不同煤矸石充填复垦区表层土壤有机碳的分布特征,及其与土壤理化性质的相关性。结果表明,各生态修复区表层土壤有机碳含量由大到小依次为大通矿生态修复区潘一矿生态修复区新庄孜矿生态修复区创大生态园修复区;不同覆土厚度复垦土壤表层有机碳含量为5.56~9.31 g/kg,覆土较薄的地块(0~20 cm)有机碳含量最高,为9.31 g/kg;土壤微生物生物量碳含量与有机碳含量呈极显著正相关,且对工程措施(煤矸石充填复垦)响应较有机碳更加剧烈,可以将微生物生物量碳作为土壤有机碳库动态变化的敏感性指标。     

粉煤灰充填复垦土壤可溶性钾的迁移与浓度变化趋势

应用土柱试验和HYDRUS-1D软件模拟,研究粉煤灰充填复垦土壤可溶性钾初期迁移特征和长期浓度变化趋势。结果表明,复垦初期若有田间灌溉行为或降雨量较大,绝大部分土壤可溶性钾在10 d左右均会随着土壤水分入渗迅速迁移至下层土壤或地下水,土壤可溶性钾流失严重,粉煤灰中高富集的钾往往不能为植物利用。地下水位对复垦土壤可溶性钾质量浓度长期变化有重要影响。地下水位较高(-115 cm)时,若降雨量少、蒸发量大,上覆土壤可溶性钾浓度升高,植物养分利用机会增加,但相应地上覆土壤盐分和重金属等污染的风险也会增加。     

粉煤灰场复垦地肥力状况及对土壤理化性质的影响

选择安徽省淮南市上窑镇粉煤灰处置场覆土复垦地为研究区域,测定覆土厚度和土壤剖面各层的容重、pH、含水量、有机质等理化性质,土壤总氮、有效磷、速效钾等养分含量,以及冬小麦抽穗期的生物量,研究粉煤灰处置场复垦土壤理化性质及其与土壤养分的相关性,不同覆土厚度复垦地冬小麦生长的差异性.结果表明,粉煤灰场复垦地土壤总氮含量约0.90 g/kg,有效磷和速效钾含量分别为12～76 mg/kg、114～135 mg/kg,土壤肥力与作物生长状况和自然农业土壤相比差异不显著;除复垦土壤厚度、容重、含水量对有效磷含量影响显著外,其余土壤养分与土壤理化性质和表土厚度的相关性不强.     

土地复垦项目后评价时点界定研究

土地复垦是增加耕地面积,提高耕地质量,保持耕地总量动态平衡的一项重要措施。由于土地复垦后耕地质量不能在短期内显现,导致很多矿区土地复垦后土地质量不能满足相应的耕作需求。土地复垦项目后评价时点界定就是对一定时期后土地复垦项目土壤质量进行反馈,对于提高土地复垦质量有非常重要的意义。在综述土壤质量恢复过程相关研究的基础上,通过分析土壤质量恢复的过程,对不同土地复垦方式后评价时点进行了界定。认为疏排法复垦、基塘式复垦、梯田式复垦、充填式复垦、矸石山绿化复垦和露天开采复垦的评价时点分别为4~6 a,5~7 a,5~7 a,6~10 a,10~15 a和10~15 a。     

基于农户行为的复垦耕地质量研究——以徐州市柳新镇复垦区为例

复垦耕地的质量不仅与复垦方式有关,而且与农民的生活水平和农户行为息息相关。以徐州市铜山县柳新镇复垦区的耕地作为调查研究对象,基于问卷调查方法,对柳新镇复垦区的农户进行调查,对收集到的数据采用统计学方法,利用SPSS软件和Excel进行数据分析。结果表明,在农户对复垦耕地质量的感性认识的调查中,持满意及非常满意态度的农户达42．5％,所占比例较高,由于非农收益日益提高,6％的农户时复垦耕地质量持无所谓的态度;在农户对复垦耕地质量的理性认识的调查中,粉煤灰充填土壤的含氮量和有机质含量明显低于煤矸石充填土壤和对照区土壤;现行农户的生产种植习惯并未有效地提高复垦区耕地质量,大部分农户按照习惯进行种植生产,应加强对农户的思想引导,科学种植,提高复垦耕地质量;复垦耕地年产量在第1年很低,随着投入的增加和地力的恢复,复垦耕地的年产量逐渐增长,趋近于正常单位产量。基于此,提出了相应的对策：一是改良土壤碱性,提高地力;二是重视技术指导,科学种植;三是严格执行复垦标准。