重庆市煤矿临时建设用地土壤理化重构技术研究

发布时间：2020-02-28 21:46

【摘要】：煤矿开采会引发诸多的生态环境问题,煤矿临时建设用地上面的工业广场、附属建筑物以及煤矸石的堆积会造成自然景观的破坏、土壤结构的破坏和土地资源的浪费,日趋严峻的煤矿临时建设用地土壤理化性质破坏是目前亟待解决的问题。我国的矿山复垦起步较晚,有关煤矿临时建设用地土壤恢复方面的法规也较少。当前煤矿区土地复垦技术偏重于工程复垦技术,将煤矸石作为填充基质重构农业土壤,不仅可以修复煤炭开采过程中产生的地表沉陷等微地貌变化,还能降低煤矸石堆积的土地占用率以及对外围环境带来的二次污染程度。目前尚相对缺乏关于煤矸石填充重构土体水分、养分运动特征的探讨,因此,本文选择了重庆本地的三种土壤(紫色土、冷砂黄泥土、黄壤),结合煤矸石进行土体重构,设置十个重构土体处理,分别为煤矸石、紫色土、冷砂黄泥土和黄壤单一土壤填充的四种重构土体(A、B、C和D处理),煤矸石分别与紫色土、冷砂黄泥土和黄壤质量比1:1混合填充的三种重构土体(AB、AC和AD处理),煤矸石分别与紫色土、冷砂黄泥土和黄壤按上下各40 cm分层填充的三种重构土体(AB1、AC1和AD1处理)。通过入渗试验和淋溶试验,研究不同重构土体的水分湿润锋的运移、累计入渗量的变化和氮、磷等养分运移特征,分析了不同重构土体的保水和保肥能力;同时通过植物生长试验揭示了不同重构土体对植物生长的影响,以期为重庆市煤矿临时建设用地复垦提供理论依据。主要研究内容与结果如下:(1)随着煤矸石容重的增加,其饱和体积含水量呈增加趋势,1.50和1.60g/cm~3容重下煤矸石的饱和体积含水率较大,分别为34.81%和37.00%,但二者的重量含水率较低,仅为23.95%和22.77%。1.40 g/cm~3容重下煤矸石的饱和体积含水率和重量含水率分别为33.55%和24.34%,持水性和入渗速率适中,有利于重构土体对水分的吸收和保持,因此在本研究中的土体重构试验中将煤矸石的容重设置为1.40 g/cm~3。(2)不同重构土体的水分运移特征有所差异。在入渗试验过程中,煤矸石与紫色土、冷砂黄泥土、黄壤分层和混合填充的重构土体水分的湿润锋推进速率都明显小于用单一煤矸石填充的重构土体,说明混合和分层填充的重构土体比单一煤矸石填充重构土体更有利于土壤水分的保持。但在入渗试验后期,分层填充重构土体的湿润锋推进速率的下降程度大于混合填充重构土体,说明分层填充重构土体对煤矸石中水分下渗的阻碍作用增大,对土壤下层水分渗漏流失的减缓作用较强。在水分入渗试验中,各混合和分层填充重构土体在水分达到饱和时的累计入渗量分别是AB为63 cm,AC为57 cm,AD为68 cm,AC1为61 cm,AB1为68 cm,AD1为78 cm,分层填充重构土体的累计入渗量大于相应的混合填充重构土体的累计入渗量,说明分层填充重构土体比相应的混合填充重构土体更有利于水分的吸收和保持。(3)不同重构土体对土壤的保肥能力的影响不同。与单一煤矸石填充重构土体A相比,分层填充重构土体的铵态氮(NH4+-N)渗漏淋失浓度明显更低;而混合填充重构土体中NH4+-N渗漏淋失浓度并没有降低,反而升高。各混合和分层填充重构土体中,AB1处理中硝态氮(NO_3~--N)、总氮(TN)的渗漏淋失浓度最高,分别较单一煤矸石填充重构土体(A),分别增高了5.84和10.15 mg/L;AD混合填充重构土地的NO_3~--N浓度最低,为12.58 mg/L,其次为AC1(18.11 mg/L)、AD1(18.31 mg/L)和AB(18.84 mg/L);AD1处理的TN的渗漏淋失浓度最低(20.53mg/L),其次为AD(23.07 mg/L)、AC1(26.44 mg/L)和AB(39.65 mg/L)。不同重构土体之间全磷(TP)(0.00~1.04 mg/L)和正磷酸盐(PO43-)(0.00~0.94 mg/L)的渗漏淋失浓度都很低,各处理之间没有明显差异。pH值与渗漏液中氮、磷养分之间都存在极显著相关性(P0.01)。可见,AB1、AC1和AD1中NH4+-N的渗漏淋失浓度较小;而AD、AC1、AD1和AB能较好地降低NO_3~--N和TN的渗漏淋失浓度。(4)各重构土体对作物生长的影响也有所差异。在作物生长过程中,各混合填充和分层填充重构土体中土壤表层含水率均值的大小顺序为:AB1(21.15%)AB(20.70%)AD1(20.58%)AD(20.15%)AC(18.24%)AC1(12.24%),其中,AB1、AB和AD1处理土壤表层的含水率相对较大,AC1处理的表层含水率最小。在作物收获时,除AC(14.16%)处理的土壤表层含水率大于AC1(8.60%)处理的,AB1、AC1和AD1处理的作物鲜重、干重和含水率都大于相应的AB、AC和AD处理的。与A处理相比,混合填充和分层填充重构土体的TN含量分别高出4.41~5.87和13.25~17.66 g/kg;TP含量分别高出0.01~0.02和1.26~1.46 g/kg;全钾(TK)含量分别提高了0.82~4.34和10.90~13.02 g/kg;混合填充和分层填充重构土体的TN累积吸收量分别高出7.97~16.10和87.01~149.81 mg/株;TP累积吸收量分别高出0.02~0.06和4.59~8.36 mg/株;TK累积吸收量分别高出2.72~12.63和67.36~131.64 mg/株。可见分层填充重构土体中莴笋的生物量、养分含量和养分累积吸收量远大于混合填充重构土体中的,分层填充重构土体比混合填充重构土体更有利于作物对养分含量的吸收。综合各重构土体的水分运移特征、养分渗漏淋失特征和作物生长适宜性分析,可知煤矸石分别与紫色土、冷砂黄泥土、黄壤分层填充的重构土体的保水保肥能力和植物生长适宜性较高,其中煤矸石与黄壤分层填充的重构土体的效果最佳,可应用到煤矿临时建设用地复垦中。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD88

【参考文献】