就地取土复垦土壤剖面构建技术研究.docx

1、矿山测量MINESURVEYINGdoi：10.3969/j.issn.1001-358X.2009.05.027资源与环境资源与环境就地取土复垦土壤剖面构建技术研究*鲁叶江，李树志，高均海（煤炭科学研究总浣唐山研究院，河北唐山063012）摘要：在分析土壤剖面构建理论和土壤肥力学基础上，在综合考虑复垦工艺、地下水位、土壤质地层次性、表层土厚度、作物根系的条件下，提出就地取土复垦土壤剖面构造方法，并建立了相应的数学模型。该方法可使复垦耕地土壤能基本维持原耕作上壤的层次结构性特点，同时也探讨了表层土壤质地的改良途径，可有效提高复垦耕地质量水平。关键词：就地取土；复垦土壤；割面构建中图分类号：TD

2、88文献标识码：B文章编号：1001-358X（2009）05-0089-03国外采煤以露天开采为主，此外，国外人地矛盾没有国内突出，土地夏垦研究更多侧重于环境保护。而我国采煤则以井工开采为主，井工开采占煤炭开采量的95%以上，FL我国土地复垦政策是优先笈垦耕地，由于沉陷区耕地复垦没有足够的充填物料，就地取土复垦是采煤沉陷区耕地夏垦的常用方法之一。在过去我国的土地复垦实践中，侧重于挖填土方调配和平衡问题，而对土壤本身特性问题考虑的较少，致使复垦土壤上下层混合，复垦土壤质量不高"增加r后续的土壤改度难度。因此，根据耕作土壤的剖面结构特点以及优良土壤特征，在复垦过程中对上壤层次的合理调配

3、进行研究，使复果土壤保持或优于复垦前原耕作土壤的剖面层次构造，对建立适宜的植物生长环境、快速恢复土壤生产力和提高复垦效益等都具有十分重要的理论和现实意义。1就地取土复垦土壤剖面构建理论基础土壤层次变异性土壤剖面则指土壤从地表向下的垂直切面。fi然土壤在人为长期耕作影响下，土壤中物质发生移动、转化，使不同深度土壤的物质组成、质地、结构、颜色、松紧度、湿度、新生体、侵入体等不同，从而产生了耕作土壤所将有的土层结构特点。耕作土壤剖面结构从上往下一般可分为耕作层、犁底层、心土层、底土层四个层次。耕作层位于地表，是作物根系集中分布的层次，含有机质较多，其深度一般在1020cm;犁底层位于耕作层之下，长期

4、受犁、畜、机械的挤压，土层相对紧实，-般厚度为68cm；心土层位于帮底层之卜,，此层受上部土体的压力而较紧密，受7候和地表植物生长的影响较弱，厚度一般约为2030cm；底土层位于心土层之下，不受耕作影响.保持着母质或原母土淀积层的原来的面貌。此外，在同一土壤质地的上下层之间也可能有很大不同，有的土壤的质地层次性表现为上粘下砂，也有的表现为下粘上砂，或粘砂相间，排成夹层型，表现为土壤质地的层次性差异特征。1.1 土壤肥力中国土壤（1978年，科学出版社出版）对肥力的论述认为：“肥力是土壤的本质”，“土壤肥力的概念是：土壤为植物生产供应和协调营养条件和环境条件的能力”。综合来说，无论从农民对土壤肥

5、力（包括水田和早地）评价经验来看，或者从影响植物生长的土壤因素的论证分析来看，土壤的肥力因素应该至少包括水分、养分、空气和温度四者，其中水、肥、气是物质基础，热是能址条件。四大因素之间，互有制约条件，综合起来，就构成肥力。在长期的农业实践中，土壤质地常常作为土壤质量好坏的一个重要衡量指标。土壤质地就是质土壤中的粒级组成，质地对土壤肥力的影响是多方面的，它常常是决定土壤的蓄水，导水，保肥，供肥、保温、导温和耕性的重要因素。一般来说，土壤质地的基本类别主要有砂（质）土、壤（质）土和粘（所）土三大类，不同的质地反映出不同的土壤肥力基础，根据近代土壤学知识，壤（质）土是较优的土壤质地条件。因此，在上地

6、复星中构建一个适宜的土壤层是保障复埃质址的关键，但是在开采沉陷区表层土壤可能会存在着质地偏砂、偏粘的不良性状，在复垦上壤剖面过程中可利用不同土壤层次质地差异.通过选取合适的复垦工艺，对复基地土壤剖面进行科学调配，从而达到优化复垦土壤剖面，使复垦耕地剖面达到或优于原有耕地水平，也为其后的复鼠七壤培肥措施奠定良好的物质基础。2就地取土复垦土壤剖面构建方法2.1就地取土复垦土壤剖面构建指导原则根据上述土壤肥力基础以及自然土壤层次结构，在夏垦T.艺中应遵循自然层次结构，但保证复垦耕地质虽的关键不仅仅是构造一个良好的土壤层次结构，表层土壤质地的构建往往显得更为重要，因为，表层上壤是农作物根系的主要活动层

7、，它的优劣直接影响着农作物生长发育，以及上壤养分的利用效率。因此，在构建耕地表层土壤时，首先考虑的是构建一个良好的土壤质地，使夏垦耕地的表层（030cm）土壤质地达到或接近壤11的标准；K次，在保证表层土壤质地的前提下，尽虽保护表层土壤，以维持表层土壤的养分状况。1.2 就地取上复垦土壤的剖面构造方法良好的上壤层次构造可以协调土壤水、肥、气、热因素，为植物根系生长提供适宜的土壤生态环境；而不足的土壤层次构造，则不能满足植物生K对土壤水分、养分的需要，或土壤通气不良、水气平衡失调，或土壤紧实、不利于根系伸展。因此，在进行采煤塌陷地就地取土复最时，构造适宜作物生长的复垦土壤剖面结构是衡量土地复星质

8、址的最重要因素。-般来说，耕作土壤自然剖面结构是复鼠地理想的土壤层次结构。但在有些开采沉陷区可能存在着表层土壤质地偏砂或偏粘的不良性状。这就需要在复肆时采取一定的技术措施，在保持原有耕地土壤层次的基础上，进一步优化表层土壤质地，力争使表层土壤质地达到或接近壤土的标准，使复垦地保持类似复垦前的耕作土壤层次结构或更优。根据土壤质地可能存在的层次变异性，在复蜷施匚过程中，可以利用复鼠区不同层次土壤质地间的差异，通过科学的调配措施，对存在不良性状的表层土壤质地（偏粘或偏砂）进行改良，调整表层土壤粘砂比例，以提高复星耕地土壤质址基础，为后期土壤培肥提供条件。为此，提出如下就地取土复垦土壤的剖而构造方法：

9、首先需要对待复垦区不同土壤层次进行取样监测获取土壤剖面各层土壤质地数据。确定表层土壤质地适宜性程度，制定就地取土夏垦上壤剖面构建方案。如果耕作层土壤质地不良（偏砂、偏粘），在条件允许的前提下（如表土层为粘质土壤，底土层为砂质土壤，或相反），根据表土层、底上层颗粒组成,参照土壤学中壤土的粒级标准，通过理论计算确定表土层、底土层混合比例，在复星土壤剖面调配过程中，按理论值计算混合比例进行表土层构建工作。由于复垦机械和人工操作的控制精度有限，犁底层-般较薄，复星时很难对该层进行单独处理，此外，旱作区耕作层与犁底层性质差异不大，从复鼠施工可行性角度考虑，在实际复星施工中将这两个层次作为表土层统一处理。

10、根据就地取土根据取土区域和回填区域的大小及其土方量，将取土区和回填区按3的倍数关系的划分取土、回填区段，且取土区段和回填区段的数目相等，如图1所示。取EKAt人2人3A.,Az们BiBi8"Bz仇图I就地取土区域区段划分图1中，4.表示取土区划分区段./九表示回填区划分区段，且An,Hn是3的倍数，4“=8,。其挖、垫顺序设置为：首先，将取土区4的表土层、心土层分别挖置一边按从下往上顺序堆积，将其底土层垫至回填区饥的区段作为其底土层；其次，将取土区%的表土层挖置一边，将其心土层和底土层分别垫至P1填区夕底土层之上作为其心上层、回填区的区段作为其底土层；接着，将取土区土的表土层、心土层

11、、底土层分别垫至回填区们、上，即分别作为P1填区色、名、们的表土层、心土层、底土层，为了改良表层土壤质地，在将取土区1的表土层网填至作为表土层的同时，就近从取土区1的底土层区域取相应比例（以表土层体积杭为参照）的土壤回填到氐的表七层，达到改良复里耕地表土层土壤质地的目的。如此循环往复.直至取土区丸的底土层为止。最后，将取土区&置于一边的表土层和相应比列的.I的底土混合回填至卜上作为其表土层。将取土区九置于一边的心土层垫至回填区B,之上作为其心土层，1世于一边的表土层和相应比列的4,的底土混合回填至Bn之上作为表土层。至此，整个就地取土工作结束，其复垦地的土壤剖面层次保持类似原挖深区耕作

12、土壤的剖面层次构造，并且改良了构建的耕地表土层质地，复垦土壤质量更高。上述取土、回填顺序用数学模型表示如下：耕作层：饱=&.2+MJ底土），iV几1=1底土），B“=由底土），（注£为表土和底土达到壤土标准的混合比例系数）；心土层=4r>1;底土层：们=&如果待复果区表层土壤质地无偏砂、偏粘的不良性状，则£为0,即在构建表土层时则不需要进行混和底土的复垦措施。3就地取土复垦土壤剖面构建标高适宜的复垦标高值，对于减少取土、回填土方扯，节约工程费，加快施工进度都具有十分重:要的意义。因此，就地取土复垦时应根据煤矿沉陷地的现场实际情况以及农业生产的要求，选择

13、复展地最佳标高。应满足以下条件HmH。+h式中：/为复垦地设计标高（m）；/。为复垦地潜水位高度（m）；h为潜水位上部土层的厚度（m）。对耕作土壤来说，其复垦耕地的目的是为作物生长提供适宜的土壤生态环境，因此，复虽地潜水位上部土层的厚度至少应包括表土层，同时还应考虑种植作物的种类。作物的种类主要决定了潜水位上部土层厚度，深根系的作物要求潜水位上部的土层厚度要厚，浅根系的作物则可以薄些。因此，煤矿沉陷地就地取土复垦耕地潜水位上部土层的圈度应考虑土壤耕层（如前所述）、作物种类等因素，在综合考虑这些因素的基础上，复垦土壤潜水位上部土层的厚度应有一最佳值，过厚则增加复垦土方量，增加复垦成本；过薄则作物

14、根系生长发育会受到地下潜水影响，从而不能满足作物生长对土层厚度的要求。4小结在分析土壤剖面构建理论和土壤肥力学基础上，对就地取土土壤剖面构建进行了理论分析，探讨了利用土壤层次质地差异进行表土层土壤质地改良的可行性途径。在综合考虑复垦工艺、地下水位、表层土厚度、作物根系的条件下，提出就地取土复星土壤剖面构造方法，并建立了相应的数学模型。该方法可使复垦耕地土壤能基本维持原耕作土壤的层次结构性特点，同时也注重表土层土壤质地的改良，可有效提高复垦耕地质量水平。参考文献：1G.Singh,1993,Landreclamationandrestorationofnaturalecosystem:AcasestudyfromopencastminesofNorthEasternCoalfieldofIndia,InternationalJournalofMiningandReclamation,1993,7李树志，高荣久.塌陷地复垦土壤特性变异研究J.辽宁工程技术大学学报，2006,25（5）：792-794；2 陈龙乾，邓喀中，唐宏等.寸区泥浆泵复垦土填化学特性的时空演化她律J.中国矿业大学学报,2000,29（3）:262-265.41王前槐.土壤脂料学M.北京：农业出版社，1992：127-130.5朱祖禅.土壤学（M,北京：农业出版社，1993：11-35.作者简介：害叶江（1977-