第３３卷第４期 安徽理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．４ ２０１３年１２月 Ｄｅｃ．２０１３ 煤矸石充填复垦对土壤特性影响研究 摘值 量异 郑永红 ，张治国 ，姚多喜 ，陈孝 杨 （１．安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南２３２００１；２．安徽省矿山地质灾害防治重点实验室，安徽淮南２３２００１） 要：为实现矿区可持续发展，以潘一矿复垦区土壤为研究对象，选择土壤含水率、容重、ｐＨ 、有机碳、速效钾、速效磷和全氮７项指标对煤矸石充填复垦土壤特性及肥力水平进行评价。 结果显示：与对照区土壤特性相比，潘一矿复垦区土壤含水量、有机质、速效钾、速效磷、全氮含 偏低。但是土壤容重较大，ｐＨ值略高显弱碱性。在土壤剖面上，这７种指标在各层含量差 不大。潘一矿复垦区土壤营养元素中有机质和速效磷比较缺乏，特别是有机质含量严重缺 乏。风化后的煤矸石对土壤有一定增肥作用。但是，由于煤矸石偏碱性和含盐量较高特点，容 易引起接触层土壤发生盐化现象，应当引起重视。 关键词：煤矸石；复垦土壤；理化特性；肥力水平 中图分类号：￥１５７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—１０９８（２０１３）０４—０００７—０５ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｇａｎｇｕｅ ｏｎ Ｒｅｃｌａｉｍｅｄ Ｓｏｉｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＺＨＥＮＧ Ｙｏｎｇ—ｈｏｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ—ｇｕｏ ，ＹＡＯ Ｄｕｏ—Ｘ１’ ，ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ—ｙａｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉｎａｎ Ａｎｈｕｉ ２３２００１， Ｃｈｉｎａ；２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｈａｚａｒｄ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｕａｉｎａｎ Ａｎｈｕｉ ２３２００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ，ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｉｎ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｒｅａ ｏｆ Ｐａｎｙｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｐＨ ｖａｌｕｅ，ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ，ａ— ｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｖｅｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｒｅｃｌａｉｍｅｄ ｗｉｔｈ ｇａｎｇｕｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ｌｅｖｅｌｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏｉｌ， ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｉｎ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ａｒｅａ ｏｆ Ｐａｎｙｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ，ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ，ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｓ ｂｉｇｇｅｒ，ａｎｄ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ ａｌｋａｌｉｎｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｖｅｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｌｉｔｔｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｙ— ｅｒｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｎｕｔｉｒｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｓｏｉｌ ｏｆ Ｐａｎｙｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｃｋｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｓｏｒｅｌｙ ｌａｃｋｉｎｇ．Ａｆｔｅｒ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ，ｇａｎｇｕｅ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｓｏｉｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｇａｎｇｕｅ ｉｓ ａｌｋａｌｉｎｅ ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｓａｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｅａｓｙ ｔｏ ｃａｕｓｅ ｓｏｉｌ ｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ；ｒｅｃｌａｉｍｅｄ ｓｏｉｌ；ｐｈｙｓｉｅｏｅｈｅｍｉｅａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ ｌｅｖｅ１． 煤矿塌陷区土地复垦是保护耕地资源，实现矿 压和扰动，破坏了土壤原始结构和剖面层次。重构 区可持续发展的重要途径之一［卜 。人为对塌陷 后的土壤理化特性及肥力水平发生较大变化，土壤 区土壤进行复垦重构，往往由于施工过程的机械碾 的生产力很难达到之前或耕作土壤水平。复垦土 收稿日期：２０１３—０３—２５ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７４０１３）；安徽高校省级自然科学研究基金资助项目（ＫＪ２０１１Ｚ１０２） 作者简介：郑永红（１９７９一），女，乌鲁木齐人，讲师，硕士，研究方向：环境监测与评价。 第４期 郑永红，等：煤矸石充填复垦对土壤特性影响研究 ９ 量较大。随着深度的增加，水分由重力作用下渗能 力逐渐减弱。另外复垦时对下层土壤的人工压实 作用，也减小水分的下渗作用。 含水率／％ ５．５ ６．５ ７．５ ８．５ ９．５ ｌ０．５ Ｏ～２Ｏ 量 ２０～４ｏ 羞４辚 ０—６０ ６０～８０ ８０～ｌ００ 一复垦区土壤；＋对照区土壤 图２对照区土壤与复垦区土壤含水量变化曲线 容重／（ｇ・ｃｍ ） １．１ １．２ １．３ １．４ １．５ １．６ １．７ １．８ ０～２０ 墨。＼越隧棼 僻ｌ仟 ２０～４０ ｏ 加 加 ～ ～ ～ ∞ ～ ４０—６Ｏ 加 ∞ ∞ ∞ ∞ ６０～８０ ８０～ｌ００ 图３对照区土壤与复垦区土壤容重变化曲线 ２）土壤容重。一般来说，土壤耕作层容重在 １．０５～１．３５ ｇ／ｃｍ 之间，底土和紧实的耕作层容重 在１．３５～１．５５ ｇ／＇ｃｍ 之间 （见图３）。土壤容重 大小受土壤质地、有机质含量、结构性和松紧度 的影响较大，还与土壤层次有关，耕层容重一般 在１．１０～１．３０ｇ／ｃｍ ，随土层增深，容重值也相应 变大，在１．４０～１．６０ｇ／ｃｍ 之间 。从图３中可以 看出，由于充填复垦机械压实作用，从表层土壤到 １００ｅｍ深度处土壤容重逐渐增大，孔隙度减小，土 体变得紧密结实。潘一矿复垦区土壤垂直方向上 容重在１．４９—１．５６ ｇ／ｅｍ。之间，分层土壤差距不 大。复垦区土壤表层土壤容重大于耕作层土壤容 重。与对照区土壤容重相比，复垦区土壤容重较 大。因此，应对该复垦区表层土壤进行深翻，这样 有利于空气、水分、营养成分的下渗，促进农作物、 草本植物的生长，促进微生物和小动物的活动，改 善复垦区土壤环境。 ３）土壤ｐＨ值。土壤的酸碱性对土壤重金属 的毒性、土壤微生物的活性和有机质分解等起着重 甚。＼谜醛 眯 要作用。如果土壤碱性过强，将会破坏土壤结构， 导致土壤水、气、热状况恶化，间接影响养分转化及 其有效。所有采样点的ｐＨ分布在７．０１—８．６１之 问，分层土壤ｐＨ均值在７．９５～８．０４之间，复垦区 土壤ｐＨ呈弱碱性。与对照区农田土壤相比ｐＨ略 高，但分层变化差异较小（见图４）。 ｐＨ ７．０ ７．２ ７．４ ７．６ ７．８ ８．０ ８．２ ８．４ 图４对照区土壤与复垦区土壤ｐＨ变化曲线 ４）有机质含量。土壤有机质是土壤中各种含 碳有机化合物的总称。它与矿物质一起构成土壤 的固相部分。土壤中有机质含量并不多，一般只占 固相总重量的１０％以下，耕作土壤多在５％以下， 但它却是土壤的重要组成部分，是土壤发育过程的 重要标志，对土壤性质的影响重大。分析潘一矿复 垦区土壤有机质含量，土壤剖面自上而下有机质含 量呈减少趋势，并且表层土壤的有机质含量高于底 层土壤，这与农业土壤有机质含量的空间变化特征 一致。与对照区比较，复垦区土壤有机质含量偏低 （见图５）。 有机质／％ ０．４ ０．６ ０．８ １．０ １．２ １．４ １．６ １．８ ２．Ｏ ２．２ 图５对照区土壤与复垦区土壤有机质变化曲线 ５）速效钾含量。钾是植物必需的营养元素之 一，而速效钾是指易被作物吸收利用的钾，包括了 水溶性钾和交换性钾。尽管速效钾只占土壤全钾 ｏ 加加 ∞鲁。＼Ｉ～ １０ 安徽理工大学学报（自然科学版） ０．１％～０．２％【ｌｏ］。第３３卷 潘一矿复垦区土壤在垂直剖面 的１％一２％，但由于能被当季作物所吸收，对植物 的钾素营养状况有直接影响，其含量高低是判断土 基。＼ 醛 眯群 壤钾素丰缺的重要指标 。 。潘一矿复垦区土壤剖 面中速效钾含量在１０５～１０９．１４ ｍｓ／ｋｇ之间。在 上全氮含量在０．１８％～０．２３％之间，且分布均匀， 蟋州 量。＼ 醛 ６０—１００ ｃｍ深度处全氮含量略低。与对照区土壤 。 加 ∞ ∞ ～ ～ ～ ～ 相比，复垦区土壤全氮含量偏低，特别是表层土壤 （见图８）。 全氮／％ 土壤剖面上，表层土壤速效钾含量最大，依次减少， 且变化差异不大。与对照区土壤速效钾含量相比， 加 ∞ ∞ ∞ 明显偏低（见图６）。 速效钾／（ｎａｇ‘ｋｇ ） ｌ００ ｌ１０ ｌ２０ １３０ １４０ １５０ １６０ ０～２０ ２０～４０ ４０—６０ ６０～８０ ８０～ｌ０ｏ 图６对照区土壤与复垦区土壤速效钾变化曲线 毫。＼莓【避 加 ｖ ∞ ｖ 印 ｌ ６）速效磷含量。速效磷是土壤有效磷贮库中 ∞ 舳 ∞ 对作物最为有效的部分，能直接供作物吸收利用， 因而是评价土壤供磷能力的重要指标 ８ Ｊ。潘一矿 复垦区土壤剖面中速效磷含量都小于ｌＯｍｇ／ｋｇ，并 且在垂直剖面上含量差异不大。与对照区土壤速 效磷相比，复垦区土壤速效磷含量偏低。但在６０～ １００ａｍ深度处，与对照区土壤含量接近（见图７）。 速效磷／（ｎａｇ ｋｇ ） ６ ８ ｌ０ ｌ２ ｌ４ ｌ６ ｌ８ ２Ｏ 图７对照区土壤与复垦区土壤速效磷变化曲线 ７）全氮含量。氮元素是植物生长必需的元 素，影响植物生长和产量。氮对植物生命活动以及 作物产量和品质均有重要的作用，是植物体内许多 重要有机化合物的组分，也是遗传物质的基础。土 壤中氮含量通常用于衡量土壤氮素的基础肥 力 。中国耕地土壤的全氮含量不高，一般为 ０．１５ ０．２Ｏ ０．２５ ０．３Ｏ ０．３５ ０．４０ ０．４５ Ｏ～２０ 图８对照区土壤与复垦区土壤全氮变化曲线 ２．２土壤肥力水平评价 土壤肥力水平高低主要与土壤结构、有机质以 及氮、磷、钾等养分含量密切相关。对比全国土壤 养分含量分级标准 Ｊ，潘一矿复垦区土壤有机质 含量在１％以内，达到了全国Ｖ级缺乏水平；速效 钾含量稍大于１００ｍｓ／ｋｇ，肥力等级Ⅲ中等水平；速 效磷含量８ ｍｇ／ｋｇ左右，肥力等级Ⅳ，较缺乏水平； 全氮含量在０．１８％～０．２２％之间，０～６０ ｃｍ层土 壤中全氮含量达到Ｉ级丰富水平，６０～１００ ｃｍ层全 氮含量属于Ⅱ级较丰富水平（见表２）。 表１土壤养分分级表 丰缺 蜘％ 表２潘一矿复垦区土壤肥力等级水平 第４期 郑永红，等：煤矸石充填复垦对土壤特性影响研究 质和速效磷比较缺乏苎竺 圭 ２．３充填煤矸石理化指标 特别是有机质含量严重缺 。。 …～………… ，乏。因此，潘一矿复垦区土壤应首先注重提高土壤 有机质水平，利用土壤有机质在土壤生产力形成方 根据复垦区煤矸石充填的深度，采集潘一矿复 垦区１００ ｃｍ左右深度的煤矸石风化样品，进行检 面的关键作用，促进土壤各肥力因素的提高。 测分析。其理化指标测试值如表３所示。 表３复垦区煤矸石的理化指标统计结果 潘一矿复垦区矸石ｐＨ偏碱性，均值为８．８３， 变异系数１．９３％，变化范围较小。分析充填后的 化后的煤矸石营养元素含量较丰富，可以满足植物 生长的需要，同时会对复垦土壤有一定的增肥作用。 煤矸石理化指标，潘一矿复垦区的覆土底部的煤矸 石含水量都很小，均值为２．１５％；底部风化的煤矸 石孔隙度比较大，都超过了５０％，增加了土壤中空 气的含量，减少了土壤的涵水作用。参考土壤养分 分级表（见表１），潘一矿复垦区煤矸石中有机质均 但是，由于煤矸石偏碱性和含盐量较高特点，容易引 起接触层土壤发生盐化现象，应当引起重视。 参考文献： ［１］王卓理，耿鹏旭，刘嘉俊．平顶山市煤矿塌陷区复垦 土壤理化性质研究［Ｊ］．河南理工大学学报：自然科 学版，２００９，２８（５）：６６５—６６９． 值１１．３０％，有机质含量非常丰富；速效钾均值含 量为１９３．４６ ｍｇ／ｋｇ，速效钾均值含量处于较丰富水 平；速效磷含量分别为５．５３ ｍｇ／ｋｇ，速效磷含量比 较缺乏，与潘一矿土壤速效磷含量水平较一致；全 氮的均值为０．４２％，底部煤矸石中全氮的含量都 处于很丰富的水平。 ［２］ 国土资源部土地整理中心．土地复垦方案编制务实 ［Ｍ］．中国大地出版社，２０１１：１—２． ［３］胡振琪．露天煤矿土地复垦研究［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，１９９５：１０—１００． 总体上，煤矸石风化产物中营养元素含量较丰 富，可以满足植物生长的需要，同时也会对复垦土 壤有一定的增肥作用。 ［４］ 胡振琪，戚家忠，司继涛．粉煤灰充填复垦土壤理化 性状研究［Ｊ］．煤炭学报，２００２，２７（６）：６３９—６４３． ［５］朱祖祥．土壤学［Ｍ］．上册．北京：农业出版社，１９８３： １９１：５—１５０． ３ 结论 １）与对照区土壤特性相比，潘一矿复垦区土 壤剖面各层含水量、有机质、速效钾、速效磷、全氮 ［６］ 陈怀满．环境土壤学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５：８５． ［７］ 李贵宝，焦有，孙克刚，等．河南省耕地土壤速效钾含 量与分布［Ｊ］．河南农业科学，１９９８，（２）：２７—２８． ［８］廖菁菁，黄彪，孙维侠，等．农田土壤有效磷的时空变 含量偏低。但是土壤容重较大，ｐＨ略高显弱碱性。 由于煤矿复垦活动的人为扰动，与对照区土壤特性 相比已经产生了较大的变化。在土壤剖面上，这７ 种指标在各层含量差异不大。 ２）潘一矿复垦区土壤营养元素中有机质和速 效磷比较缺乏，特别是有机质含量严重缺乏。针对 异及其影响因素分析［Ｊ］．土壤学报，２００７，４４（４）： ６２０—６２７． ［９］刘国栋，崔玉军，谭福成，等．黑龙江五常地区土壤 肥力及环境健康评价［Ｊ］．现代地质，２００８，２２（６）： １ ０１０—１ ０１４． ［１０］鲍士旦．土壤农业化学分析［Ｍ］．北京：中国农业 出版社，２０００：１２３—１２６． 土壤肥力结构不合理的现象，应注意平衡施肥和采 取适当的农业措施，充分发挥土壤的生产力，提升 土壤肥力水平。 ３）分析用于充填复垦的煤矸石，结果表明，风 ［１１］全国土壤普查办公室．中国土壤普查技术［Ｍ］．北 京：农业出版社，１９９２：８—１００． （责任编辑：李丽）
