基于黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地覆土材料的优选

黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地需要覆盖足够厚度的土壤以保证农作物生长,针对济宁市部分采煤沉陷地可取土量不足问题,该文提出利用当地表土、心土和黄河泥沙组配作为覆土材料研究,以达到增加覆盖土壤厚度和改良当地土壤质地的目的。研究表明,覆土材料有利于玉米生长发育,表土、心土和黄河泥沙组配(质量比)为1:1:1.33~1:1:2的覆土材料玉米苗期生物量显著高于对照土壤;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料质地为壤土,是较为理想的土壤类型;组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料容重为1.38~1.41g/cm3,密度为2.64~2.68g/cm3,较为适宜农作物生长。覆土材料可以显著降低当地土壤p H值和电导率,对农作物不产生盐害作用;其入渗性能提升,增加了土壤储水能力,组配为1:1:0.86~1:1:2的覆土材料入渗能力接近多年耕种农田;其水分特征曲线左移,毛管孔隙度、有效水孔隙度和水分常数基本呈现下降趋势,持水和供水能力下降。根据尽量增加黄河泥沙充填层上覆土材料厚度原则,优选出表土、心土和黄河泥沙组配为1:1:2的覆土材料作为黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的覆土材料,可在大田试验中进行进一步的验证。     

黏土夹层位置对黄河泥沙充填复垦土壤水分入渗的影响

在中国东部地区,土地复垦的一项重要任务是将采煤沉陷地复垦为耕地,复垦后的耕地生产力水平应接近损毁前的水平。然而,采用传统的黄河泥沙一次性充填后覆盖一定厚度土壤层的复垦方式,复垦后土壤持水性差,生产力水平低。夹层式充填复垦能够有效改善传统充填复垦土壤的水分特性,该文研究夹层位置对黄河泥沙填复垦土壤水分入渗过程的影响,共设计当地普通农田土壤剖面(CK1),传统"上土下沙"土壤剖面构型(CK2)及5个夹层式土壤剖面构型处理T1～T5:在60 cm厚的黄河泥沙充填层中的不同位置夹20 cm厚心土层(黏土层),夹层距离表土距离分别为50 cm(T1),55 cm(T2),60 cm(T3),65 cm(T4)及70 cm(T5)。通过室内入渗试验,分析不同位置设置夹层后土壤水分入渗特性及含水率分布情况,优选适应于该地区的夹层式土壤剖面构型。结果表明:入渗率随着夹层深度的增加呈先增加后减小的趋势,即夹层位置距离土表55cm为一临界深度,此时重构土壤的入渗率最低、湿润锋的运移速度最慢、阻水效果最强,但考虑到研究区强降雨天气,易形成地表径流。当心土夹层位置距离土表60cm时,更接近普通农田土壤水分入渗特性,是黄河泥沙夹层式充填复垦的理想选择。该研究对深入探讨黄河泥沙夹层式充填复垦内部作用机理和指导滨黄河地区采煤沉陷地的土地复垦具有重要意义。     

采煤塌陷对风沙区土壤理化性质影响的研究

为了研究采煤塌陷对风沙区土壤理化性质的影响,为干旱和半干旱风沙区采煤塌陷地的复垦工作提供理论依据,本文运用土壤学基本理论和方法,测定、计算了毛乌素沙地东南缘补连塔煤矿塌陷区和非塌陷区的土壤机械组成、容重、孔隙度、田间持水量、饱和导水率和养分等指标。方差分析结果表明:与非塌陷区相比,塌陷沙丘物理性粘粒含量明显减少,尤其地表10 cm处;塌陷沙丘顶部和中部土壤容重和孔隙度没有明显变化,而沙丘底部和丘间低地土壤容重明显降低,孔隙度明显增大;塌陷沙丘0~40 cm内土壤容重和孔隙度无明显变化,但40~100 cm内土壤容重明显减少,孔隙度明显增加;塌陷沙丘0~60 cm深度内田间持水量明显降低;0~60 cm内饱和导水率没有发生明显变化;0~100 cm内的全氮、全磷和全钾含量无明显变化。     

引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术的试验研究

为探寻适合中国东部高潜水位平原矿区的土地复垦新技术,该文选取济宁市北部试验场为研究对象,介绍了引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的新技术,包括技术工艺流程、复垦后地貌景观、复垦土壤剖面状况、复垦土壤理化性状以及复垦农田生产力。结果表明:1)短距离引黄河泥沙充填复垦技术在济宁市北部试验场得到了成功应用,土地复垦率为100%,耕地面积恢复率达95%,证明了引黄河泥沙充填复垦技术的可行性;2)黄河泥沙充填复垦土壤剖面的保水保肥性能存在一定的不足,复垦农田的表层(0~20 cm)、中层(20~50 cm)和底层(50~80 cm)土壤的含水量、全氮、速效钾、有机质含量以及表层(0~20 cm)土壤的有效磷含量均小于对照农田相应层的含量,且复垦农田土壤全氮和有机质较为缺乏,限制了农作物的生长;3)实地测产发现充填复垦农田的产量只有对照农田的一半左右,说明需要对充填复垦工艺进行革新和复垦土壤进行改良。论文在分析引黄充填技术可行性的基础上,提出了未来需要革新的4个方面:复垦土壤剖面重构的革新、水沙快速分离的充填排水工艺革新、动水条件下高效取沙设备的优选与革新以及远距离管道输沙技术参数优选。引黄河泥沙充填复垦技术对滨黄河流域的河南、山东等省很多矿区的采煤沉陷地都具有推广应用价值。     

高潜水位矿区不同复垦方式下土壤热导率及其影响因素

以东部高潜水位采煤塌陷复垦耕地为研究对象,研究挖深垫浅复垦、充填复垦、预复垦3种复垦方式下土壤热导率的分布及原因。在3种复垦方式典型样地上开挖剖面,分别取0—20,20—40,40—60cm土层土样,经实验分析观测土壤热导率及相关物理指标。结果表明:(1)复垦方式、剖面层次和二者交互作用均是使热导率产生显著差别的因素(p0.01),对土壤热导率总体变异的贡献率分别为86.8%,89.6%,71.9%;(2)土壤热导率随土壤剖面深度增加呈先增加后降低的""型变化趋势;(3)复垦可以显著(p0.05)影响土壤热导率大小,并增加其在不同剖面层次上分布的差异;(4)在含水量和温度差异不大的条件下,土壤容重在1.205~1.593g/cm3时,砂粒含量为影响热导率的主要因素,当土壤容重在1.604~1.813g/cm3时,容重为影响热导率的主要因素。与未塌陷耕地相比,复垦土壤热导率偏低,在土层间分布差异性增加,因此应综合考虑容重和质地,从降低土壤容重的角度入手,改良复垦土壤热导率。     

高潜水位采煤塌陷区重构土壤水分运移规律模拟研究

以江苏省徐州市贾汪矿区为研究区,通过野外采样与室内土柱试验模拟不同土壤重构模式,对固定地下水位不同重构模式下土壤水分运移过程进行了观测。试验设置土柱上层0—50cm为土壤充填,50—80cm为不同表土替代物充填。按照下层50—80cm充填物的不同,设置4组处理,其中处理1为对照组(土壤充填),处理2(粉煤灰充填)、处理3(煤矸石充填)、处理4(煤矸石-粉煤灰混合物充填)为试验组。结果表明:(1)重构土壤上层含水率与下层相比变化明显,底层含水率临近于饱和含水率,变化微小;(2)在不同充填物的分界线处含水率变化明显,充填物类型对土壤水分垂直变化有较大影响;(3)煤矸石、粉煤灰混合物充填重构模式含水率变化规律与土壤充填模式最为一致,且饱和含水率最为接近,具有良好的保水、透气性,是高潜水位采煤塌陷区土地复垦最理想的土壤重构模式。本研究可以为高潜水位采煤塌陷区土地复垦的土壤重构以及盐渍化控制等提供一定的理论依据和技术支撑。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

江西大岗山3种林型土壤水分物理性质研究

对江西大岗山林区常绿阔叶林、杉木人工林和毛竹林土壤的容重、孔隙度、持水量和贮水量等物理性质进行了研究。结果表明:(1)常绿阔叶林、毛竹林和杉木人工林的土壤容重均随深度的增加而增加。在0~80 cm的土层中,杉木人工林、常绿阔叶林和毛竹林的土壤容重分别为1.29 g/cm3,1.24 g/cm3和1.20 g/cm3。(2)随土层深度的增加,3种林型土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、饱和持水量和毛管持水量均逐渐降低。(3)在0~80 cm的土层中,常绿阔叶林的土壤总孔隙度和非毛管孔隙度最大,毛竹林次之;而常绿阔叶林土壤的毛管孔隙度最小,毛竹林最大。(4)在0~80 cm的土层中,3种林型土壤的饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量均为毛竹林>常绿阔叶林>杉木人工林。在0~80 cm的土层中,3种林型土壤的现有贮水量和饱和贮水量均为常绿阔叶林>杉木人工林>毛竹林。(5)毛竹林在0~40 cm土层中,土壤物理性质明显优于另外两种林分。     

不同复垦工艺土壤物理性状研究

采用实地模拟试验,研究不同复垦机械在不同填充材料下不同的碾压次数对土壤物理性状的影响,并采用winner2000激光颗粒仪对其土壤颗粒组成进行了量测分析,研究不同机械不同填充材料复垦对物理性状的影响。结果表明:(1)经过3次碾压后,各复垦地块土壤容重变化趋势趋于平稳,但从碾压7次到碾压9次这个过程,是复垦过程中的一个敏感碾压区,碾压7次后土壤容重会有明显的上升,且在煤矸石、建筑垃圾和粉煤灰三种填充材料中,粉煤灰充填复垦地块在碾压5次后,容重明显高于煤矸石和建筑垃圾充填地块。(2)自卸汽车复垦过程碾压超过3次,其容重即超过1.5 g cm-3,碾压9次容重达到1.76 g cm-3,使土壤质地板结;履带式推土机碾压7次,其容重仍在1.44 g cm-3以下,适于作物生长。(3)经不同程度的碾压后,履带式复垦地块中,建筑垃圾、粉煤灰和煤矸石充填地块"物理性黏粒"含量的最大值分别为25.29%、26.66%和36.89%;自卸汽车复垦的地块中,建筑垃圾、粉煤灰和煤矸石填充的地块总含量的最大值分别为36.23%、32.11%和51.73%。     

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术（CT）对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限（0、20、23 a）以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明：原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。     

土壤结构调理剂PAM对复垦铁尾矿砂物理性状的影响

聚丙烯酰胺（polyacrylamide,PAM）是一种常见的土壤结构调理剂,但在尾矿复垦中却少有应用。该文通过室内土柱模拟试验,采用干混法在铁尾矿砂中加入PAM,设置0%（对照）、0.05%、0.10%和0.20%共4种质量浓度PAM,观测PAM对铁尾矿砂物理性状的影响。结果表明：1）除总孔隙度之外,对照与混合PAM尾矿砂的容重、毛管孔度和毛管持水量差异显著（P<0.05）。2）随着尾矿砂毛管水上升高度增加,PAM质量浓度越大,含水率下降的趋势越缓慢,但含水率的变异性却越大,变异系数从1.22%（10 cm）增大到7.13%（40 cm）。3）PAM会极显著抑制尾矿砂毛管水上升高度（P<0.01） 但PAM质量浓度不同,抑制程度不同。据此可将上升曲线分为3个阶段：第1阶段,0～5 min,上升高度相似阶段;第2阶段6～25 min,上升高度分异阶段;第3阶段30～420 min,上升高度变化规律相对稳定阶段。毛管水上升高度随时间变化呈现幂函数增加趋势,上升速率随时间变化呈现幂函数减小趋势。4）在自然通风状态下,72小时内不同PAM质量浓度尾矿砂的含水率均持续降低,纯尾矿砂含水率的降低幅度最大,从37.53%减少到35.60%;PAM质量浓度为0.20%的尾矿砂含水率降低幅度最小,从37.40%减少到36.67%。因此,PAM的合理使用能够有效改善尾矿砂的物理性状和水分运移,为无土区的植被恢复创造适宜的生长条件。     

矿区土地复垦工程可垦性分析

该文论述了土地复垦规划中可垦性分析的重要性,阐述了可垦性分析的含义和内容,提出可垦性分析的一般程序和多因素综合评价法,即在选定评价单元的基础上,选择可垦性分析的主导因素,采用层次分析法给主导因素打分,采用乘法模型计算评价单元的可垦性综合分值,从而得到待复垦区域的可垦性分析值,通过量化的综合分值可以确定待复垦区域的可垦性。并以山东某矿采煤塌陷地为例进行分析,经验证该方法得出的评价结果能够反应待复垦区的实际情况,为土地复垦规划设计提供参考。     

机械压实过程中复垦土壤紧实度影响因素的模拟分析

机械碾压造成的土壤压实是土地复垦中面临的主要问题之一,影响土壤压实程度的因素很多,除土壤自身的因素以外,还包括压实机械、压实次数以及土层厚度等。该文基于统计学的理论,采用2×5×4的混合试验设计并建立模拟实验区,使用重锤模拟分析了2种压实机械、不同压实次数(1、3、5、7、9次)和不同土层厚度(0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40 cm)上土壤紧实度的变化情况,并在SPSS中进行变量的方差分析和多重比较,试图找到机械压实过程中影响土壤紧实度的因素及其变化水平。结果表明:增加压实机械的承重轮面积能够有效降低对土壤的压实作用;压实机械、土层厚度和压实次数都是影响土壤紧实度的显著性因素且各因素的贡献率(97%)远高于随机误差;自卸汽车在第5次压实之后就已经使上层土壤紧实度达到最大值,而履带式推土机需要压实7次,土地复垦中应尽量选择履带型机械,碾压次数控制在5~7之内;机械压实的过程中,各土层厚度之间土壤紧实度的大小关系并不是一成不变的,中间层次(10~30 cm)的土壤由于同时受到来自上下2个方向的作用力,紧实度相对较高;不同次数的压实对土壤紧实度的影响深度和程度不同,在一定范围内,随着压实次数的增加,单次压实对土壤紧实度的影响逐渐减小。     

Polymeric conditioner gels for desert soils

Abstract

Our prospect on direct application of polyacrylamide gel “PAMG”; without pre nor post treatments of soils for conditioning is realized. Seeds gemination, seedlings growth and cuttings propagation were investigated.

The versatility of the gel is greatly increased by radiation‐induced preparation of the reclaimer ameliorator polymeric gel “RAPG”;. This is an amphoteric telomer grafted upon cellulosic worthless agricultural discard.

The chemical properties of RAPG is governed by fractional intensities of the functional groups. The hydroproperty is controlled by the spatial architecture of the macromolecules.

So, RAPG is tailored to suit all soils at various climates.

A method for plantation without direct irrigation is contrived. The preliminary results show that it is feasible.     

不同复垦模式及复垦年限对土壤微生物的影响

为了研究不同复垦年限及复垦植被模式对复垦土壤生物肥力的影响,通过野外调查和采样分析,对平朔安太堡露天煤矿不同复垦年限及复垦植被模式下和原地貌（对照）土壤中细菌、放线菌和真菌3种微生物的数量及变化进行了研究。结果表明：1）从微生物总数来看,随着复垦年限的增加,微生物总数呈增加的趋势,复垦13a的土壤微生物总数达到了624.35×105～1 448.19×105 cfu/g,平均可达1 183.01×105 cfu/g（除自燃地外）,最高的和原地貌已相当。2）在不同复垦年限及复垦模式复垦地0～20 cm表层土壤微生物三大类区系组成中,细菌数量占绝对优势（95%以上）,放线菌数量次之,真菌数量最少。3）不同复垦植被配置方式对复垦土壤微生物数量的增加作用不同。在同一地点不同复垦模式复垦7 a的土壤中微生物数量的变化趋势是紫穗槐＞沙枣＞沙棘。不同复垦模式复垦13 a,从微生物角度评价它们的生态效益是：云杉×油松×落叶松＞刺槐×油松×榆树＞刺槐×柠条＞冰草×刺槐×柠条。4）从土壤微生物与复垦土壤养分的相关系数来看,细菌数量和微生物总数与土壤有机质、碱解氮含量呈显著正相关。     

高潜水位煤矿区完整复垦周期的土壤碳演变特征

在济宁高潜水位矿区的充填复垦区内,分析完整复垦周期的土壤碳演变特征。通过从塌陷地(M1)、复垦年限为0,3年的复垦耕地(M2、M3)以及正常耕地(M4)采集土样并检测土壤全碳(TC)、有机碳(SOC)、有机碳密度(SOCD)、有机碳组分(WDOC、POC、MOC、LFOC、HFOC、MBC)及稳定性同位素(δ13C),研究不同复垦周期阶段下土壤碳空间特征的变化情况。研究表明:(1)塌陷地的TC、SOC、SOCD和各有机碳组分含量较低。经过复垦措施期后,SOCD在复垦当年就恢复到正常耕地的水平,TC和SOC含量随着复垦年限不断增加。WDOC、POC、LFOC、MBC等组分恢复速率较快,MOC和HFOC恢复周期较长。(2)TC、SOC、SOCD和各有机碳组分的恢复速率随着土层深度的增加逐渐减缓。(3)复垦土壤的δ13 C均值在不同深度间的差异较小,而标准差和变异系数偏大,说明复垦土壤层次不明显且同一层次间土壤来源混乱。从整个复垦周期来看,复垦工作虽具有"碳汇"作用,但会对土壤层次造成破坏。建议进行塌陷地治理时,尽量采用对土层扰动较小的复垦方式,对表土剥离和回填工序进行优化和监督,从而达到更好的恢复效果。     

省级土地整治规划中复垦规划方法与实证研究——以山西省为例

当前我国正在开展新一轮土地整治规划编制,而土地复垦规划作为土地整治规划的重要内容,因损毁土地基数不清、复垦潜力评价方法单一、复垦目标确定不够科学等问题严重影响土地复垦规划编制的科学性。该文采用统计分析法、典型调查法、实证分析法和类比法,结合山西省的具体情况,将损毁土地划分为煤炭、金属、砖瓦窑、公路、铁路、水利水电、自然灾毁7个类型,具体采用单位产量损毁系数测算法、典型调查法和统计分析法测算损毁土地面积、采用定性与定量结合的方法进行复垦适宜性评价、综合考虑多方面因素确定复垦目标。研究表明:山西省各类型损毁土地基数5.06×10⁵ hm²,待复垦损毁土地3.51×10⁵ hm²,损毁土地可复垦耕地潜力1.55×10⁵ hm²,规划期内确定土地复垦总目标3.0×10⁴ hm²。基于省级土地整治规划中损毁土地测算、复垦潜力评价及复垦目标确定的方法体系的探索,可为土地整治规划中复垦规划的编制、实施、监管和评价提供参考,具有重要的理论意义和实践指导意义。     

矿山复垦保证金测算方法综述及改进

为分析中国矿山复垦保证金测算方法存在的问题,提出科学合理的方法,以促进保证金制度的健康发展。该文对国内外的测算方法进行了总结及对比分析,结果表明:国际上的成功实践及理论界的研究均证实应依据复垦成本测算保证金,但实践中,中国各地测算方法不一,且测算出的数额往往低于复垦成本,影响了保证金制度的公平性和有效性;理论界测算复垦成本的方法可分为两类,即通过对"标准费用"的修正测算复垦成本及将复垦过程中发生的各种费用加总测算复垦成本,这2种方法均不能兼顾客观性、科学合理性及可操作性。应将各地保证金的测算依据统一为复垦成本;针对已有测算方法的不足,该文进而从导致矿山复垦成本发生差异的根本原因入手,提出了基于土地破坏主导因子的测算方法并构建了测算模型,为以复垦成本为依据统一全国的测算方法提供了理论支持。     

国外工矿区地复垦动态研究

就国外工矿区破坏土地的复垦研究现状与进展，包括复垦方向、复垦地生物适宜性、土壤改良、造林技术等方面的研究动态进行了分析及评价。