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文檔簡介

1、礦山測量MINESURVEYINGdoi:10.3969/j.issn.1001-358X.2009.05.027資源與環(huán)境資源與環(huán)境就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建技術(shù)研究*魯葉江,李樹志,高均海(煤炭科學(xué)研究總浣唐山研究院,河北唐山063012)摘要:在分析土壤剖面構(gòu)建理論和土壤肥力學(xué)基礎(chǔ)上,在綜合考慮復(fù)墾工藝、地下水位、土壤質(zhì)地層次性、表層土厚度、作物根系的條件下,提出就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)造方法,并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。該方法可使復(fù)墾耕地土壤能基本維持原耕作上壤的層次結(jié)構(gòu)性特點(diǎn),同時也探討了表層土壤質(zhì)地的改良途徑,可有效提高復(fù)墾耕地質(zhì)量水平。關(guān)鍵詞:就地取土;復(fù)墾土壤;割面構(gòu)建中圖分類號:TD

2、88文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1001-358X(2009)05-0089-03國外采煤以露天開采為主,此外,國外人地矛盾沒有國內(nèi)突出,土地夏墾研究更多側(cè)重于環(huán)境保護(hù)。而我國采煤則以井工開采為主,井工開采占煤炭開采量的95%以上,F(xiàn)L我國土地復(fù)墾政策是優(yōu)先笈墾耕地,由于沉陷區(qū)耕地復(fù)墾沒有足夠的充填物料,就地取土復(fù)墾是采煤沉陷區(qū)耕地夏墾的常用方法之一。在過去我國的土地復(fù)墾實(shí)踐中,側(cè)重于挖填土方調(diào)配和平衡問題,而對土壤本身特性問題考慮的較少,致使復(fù)墾土壤上下層混合,復(fù)墾土壤質(zhì)量不高"增加r后續(xù)的土壤改度難度。因此,根據(jù)耕作土壤的剖面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及優(yōu)良土壤特征,在復(fù)墾過程中對上壤層次的合理調(diào)配

3、進(jìn)行研究,使復(fù)果土壤保持或優(yōu)于復(fù)墾前原耕作土壤的剖面層次構(gòu)造,對建立適宜的植物生長環(huán)境、快速恢復(fù)土壤生產(chǎn)力和提高復(fù)墾效益等都具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。1就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建理論基礎(chǔ)土壤層次變異性土壤剖面則指土壤從地表向下的垂直切面。fi然土壤在人為長期耕作影響下,土壤中物質(zhì)發(fā)生移動、轉(zhuǎn)化,使不同深度土壤的物質(zhì)組成、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、顏色、松緊度、濕度、新生體、侵入體等不同,從而產(chǎn)生了耕作土壤所將有的土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。耕作土壤剖面結(jié)構(gòu)從上往下一般可分為耕作層、犁底層、心土層、底土層四個層次。耕作層位于地表,是作物根系集中分布的層次,含有機(jī)質(zhì)較多,其深度一般在1020cm;犁底層位于耕作層之下,長期

4、受犁、畜、機(jī)械的擠壓,土層相對緊實(shí),-般厚度為68cm;心土層位于幫底層之卜,,此層受上部土體的壓力而較緊密,受7候和地表植物生長的影響較弱,厚度一般約為2030cm;底土層位于心土層之下,不受耕作影響.保持著母質(zhì)或原母土淀積層的原來的面貌。此外,在同一土壤質(zhì)地的上下層之間也可能有很大不同,有的土壤的質(zhì)地層次性表現(xiàn)為上粘下砂,也有的表現(xiàn)為下粘上砂,或粘砂相間,排成夾層型,表現(xiàn)為土壤質(zhì)地的層次性差異特征。1.1 土壤肥力中國土壤(1978年,科學(xué)出版社出版)對肥力的論述認(rèn)為:“肥力是土壤的本質(zhì)”,“土壤肥力的概念是:土壤為植物生產(chǎn)供應(yīng)和協(xié)調(diào)營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力”。綜合來說,無論從農(nóng)民對土壤肥

5、力(包括水田和早地)評價(jià)經(jīng)驗(yàn)來看,或者從影響植物生長的土壤因素的論證分析來看,土壤的肥力因素應(yīng)該至少包括水分、養(yǎng)分、空氣和溫度四者,其中水、肥、氣是物質(zhì)基礎(chǔ),熱是能址條件。四大因素之間,互有制約條件,綜合起來,就構(gòu)成肥力。在長期的農(nóng)業(yè)實(shí)踐中,土壤質(zhì)地常常作為土壤質(zhì)量好壞的一個重要衡量指標(biāo)。土壤質(zhì)地就是質(zhì)土壤中的粒級組成,質(zhì)地對土壤肥力的影響是多方面的,它常常是決定土壤的蓄水,導(dǎo)水,保肥,供肥、保溫、導(dǎo)溫和耕性的重要因素。一般來說,土壤質(zhì)地的基本類別主要有砂(質(zhì))土、壤(質(zhì))土和粘(所)土三大類,不同的質(zhì)地反映出不同的土壤肥力基礎(chǔ),根據(jù)近代土壤學(xué)知識,壤(質(zhì))土是較優(yōu)的土壤質(zhì)地條件。因此,在上地

6、復(fù)星中構(gòu)建一個適宜的土壤層是保障復(fù)埃質(zhì)址的關(guān)鍵,但是在開采沉陷區(qū)表層土壤可能會存在著質(zhì)地偏砂、偏粘的不良性狀,在復(fù)墾上壤剖面過程中可利用不同土壤層次質(zhì)地差異.通過選取合適的復(fù)墾工藝,對復(fù)基地土壤剖面進(jìn)行科學(xué)調(diào)配,從而達(dá)到優(yōu)化復(fù)墾土壤剖面,使復(fù)墾耕地剖面達(dá)到或優(yōu)于原有耕地水平,也為其后的復(fù)鼠七壤培肥措施奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。2就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建方法2.1就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建指導(dǎo)原則根據(jù)上述土壤肥力基礎(chǔ)以及自然土壤層次結(jié)構(gòu),在夏墾T.藝中應(yīng)遵循自然層次結(jié)構(gòu),但保證復(fù)墾耕地質(zhì)雖的關(guān)鍵不僅僅是構(gòu)造一個良好的土壤層次結(jié)構(gòu),表層土壤質(zhì)地的構(gòu)建往往顯得更為重要,因?yàn)?,表層上壤是農(nóng)作物根系的主要活動層

7、,它的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)作物生長發(fā)育,以及上壤養(yǎng)分的利用效率。因此,在構(gòu)建耕地表層土壤時,首先考慮的是構(gòu)建一個良好的土壤質(zhì)地,使夏墾耕地的表層(030cm)土壤質(zhì)地達(dá)到或接近壤11的標(biāo)準(zhǔn);K次,在保證表層土壤質(zhì)地的前提下,盡雖保護(hù)表層土壤,以維持表層土壤的養(yǎng)分狀況。1.2 就地取上復(fù)墾土壤的剖面構(gòu)造方法良好的上壤層次構(gòu)造可以協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱因素,為植物根系生長提供適宜的土壤生態(tài)環(huán)境;而不足的土壤層次構(gòu)造,則不能滿足植物生K對土壤水分、養(yǎng)分的需要,或土壤通氣不良、水氣平衡失調(diào),或土壤緊實(shí)、不利于根系伸展。因此,在進(jìn)行采煤塌陷地就地取土復(fù)最時,構(gòu)造適宜作物生長的復(fù)墾土壤剖面結(jié)構(gòu)是衡量土地復(fù)星質(zhì)

8、址的最重要因素。-般來說,耕作土壤自然剖面結(jié)構(gòu)是復(fù)鼠地理想的土壤層次結(jié)構(gòu)。但在有些開采沉陷區(qū)可能存在著表層土壤質(zhì)地偏砂或偏粘的不良性狀。這就需要在復(fù)肆?xí)r采取一定的技術(shù)措施,在保持原有耕地土壤層次的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化表層土壤質(zhì)地,力爭使表層土壤質(zhì)地達(dá)到或接近壤土的標(biāo)準(zhǔn),使復(fù)墾地保持類似復(fù)墾前的耕作土壤層次結(jié)構(gòu)或更優(yōu)。根據(jù)土壤質(zhì)地可能存在的層次變異性,在復(fù)蜷施匚過程中,可以利用復(fù)鼠區(qū)不同層次土壤質(zhì)地間的差異,通過科學(xué)的調(diào)配措施,對存在不良性狀的表層土壤質(zhì)地(偏粘或偏砂)進(jìn)行改良,調(diào)整表層土壤粘砂比例,以提高復(fù)星耕地土壤質(zhì)址基礎(chǔ),為后期土壤培肥提供條件。為此,提出如下就地取土復(fù)墾土壤的剖而構(gòu)造方法:

9、首先需要對待復(fù)墾區(qū)不同土壤層次進(jìn)行取樣監(jiān)測獲取土壤剖面各層土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)。確定表層土壤質(zhì)地適宜性程度,制定就地取土夏墾上壤剖面構(gòu)建方案。如果耕作層土壤質(zhì)地不良(偏砂、偏粘),在條件允許的前提下(如表土層為粘質(zhì)土壤,底土層為砂質(zhì)土壤,或相反),根據(jù)表土層、底上層顆粒組成,參照土壤學(xué)中壤土的粒級標(biāo)準(zhǔn),通過理論計(jì)算確定表土層、底土層混合比例,在復(fù)星土壤剖面調(diào)配過程中,按理論值計(jì)算混合比例進(jìn)行表土層構(gòu)建工作。由于復(fù)墾機(jī)械和人工操作的控制精度有限,犁底層-般較薄,復(fù)星時很難對該層進(jìn)行單獨(dú)處理,此外,旱作區(qū)耕作層與犁底層性質(zhì)差異不大,從復(fù)鼠施工可行性角度考慮,在實(shí)際復(fù)星施工中將這兩個層次作為表土層統(tǒng)一處理。

10、根據(jù)就地取土根據(jù)取土區(qū)域和回填區(qū)域的大小及其土方量,將取土區(qū)和回填區(qū)按3的倍數(shù)關(guān)系的劃分取土、回填區(qū)段,且取土區(qū)段和回填區(qū)段的數(shù)目相等,如圖1所示。取EKAt人2人3A.,Az們BiBi8"Bz仇圖I就地取土區(qū)域區(qū)段劃分圖1中,4.表示取土區(qū)劃分區(qū)段./九表示回填區(qū)劃分區(qū)段,且An,Hn是3的倍數(shù),4“=8,。其挖、墊順序設(shè)置為:首先,將取土區(qū)4的表土層、心土層分別挖置一邊按從下往上順序堆積,將其底土層墊至回填區(qū)饑的區(qū)段作為其底土層;其次,將取土區(qū)%的表土層挖置一邊,將其心土層和底土層分別墊至P1填區(qū)夕底土層之上作為其心上層、回填區(qū)的區(qū)段作為其底土層;接著,將取土區(qū)土的表土層、心土層

11、、底土層分別墊至回填區(qū)們、上,即分別作為P1填區(qū)色、名、們的表土層、心土層、底土層,為了改良表層土壤質(zhì)地,在將取土區(qū)1的表土層網(wǎng)填至作為表土層的同時,就近從取土區(qū)1的底土層區(qū)域取相應(yīng)比例(以表土層體積杭為參照)的土壤回填到氐的表七層,達(dá)到改良復(fù)里耕地表土層土壤質(zhì)地的目的。如此循環(huán)往復(fù).直至取土區(qū)丸的底土層為止。最后,將取土區(qū)&置于一邊的表土層和相應(yīng)比列的.I的底土混合回填至卜上作為其表土層。將取土區(qū)九置于一邊的心土層墊至回填區(qū)B,之上作為其心土層,1世于一邊的表土層和相應(yīng)比列的4,的底土混合回填至Bn之上作為表土層。至此,整個就地取土工作結(jié)束,其復(fù)墾地的土壤剖面層次保持類似原挖深區(qū)耕作

12、土壤的剖面層次構(gòu)造,并且改良了構(gòu)建的耕地表土層質(zhì)地,復(fù)墾土壤質(zhì)量更高。上述取土、回填順序用數(shù)學(xué)模型表示如下:耕作層:飽=&.2+MJ底土),iV幾1=1底土),B“=由底土),(注£為表土和底土達(dá)到壤土標(biāo)準(zhǔn)的混合比例系數(shù));心土層=4r>1;底土層:們=&如果待復(fù)果區(qū)表層土壤質(zhì)地?zé)o偏砂、偏粘的不良性狀,則£為0,即在構(gòu)建表土層時則不需要進(jìn)行混和底土的復(fù)墾措施。3就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建標(biāo)高適宜的復(fù)墾標(biāo)高值,對于減少取土、回填土方扯,節(jié)約工程費(fèi),加快施工進(jìn)度都具有十分重:要的意義。因此,就地取土復(fù)墾時應(yīng)根據(jù)煤礦沉陷地的現(xiàn)場實(shí)際情況以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求,選擇

13、復(fù)展地最佳標(biāo)高。應(yīng)滿足以下條件HmH。+h式中:/為復(fù)墾地設(shè)計(jì)標(biāo)高(m);/。為復(fù)墾地潛水位高度(m);h為潛水位上部土層的厚度(m)。對耕作土壤來說,其復(fù)墾耕地的目的是為作物生長提供適宜的土壤生態(tài)環(huán)境,因此,復(fù)雖地潛水位上部土層的厚度至少應(yīng)包括表土層,同時還應(yīng)考慮種植作物的種類。作物的種類主要決定了潛水位上部土層厚度,深根系的作物要求潛水位上部的土層厚度要厚,淺根系的作物則可以薄些。因此,煤礦沉陷地就地取土復(fù)墾耕地潛水位上部土層的圈度應(yīng)考慮土壤耕層(如前所述)、作物種類等因素,在綜合考慮這些因素的基礎(chǔ)上,復(fù)墾土壤潛水位上部土層的厚度應(yīng)有一最佳值,過厚則增加復(fù)墾土方量,增加復(fù)墾成本;過薄則作物

14、根系生長發(fā)育會受到地下潛水影響,從而不能滿足作物生長對土層厚度的要求。4小結(jié)在分析土壤剖面構(gòu)建理論和土壤肥力學(xué)基礎(chǔ)上,對就地取土土壤剖面構(gòu)建進(jìn)行了理論分析,探討了利用土壤層次質(zhì)地差異進(jìn)行表土層土壤質(zhì)地改良的可行性途徑。在綜合考慮復(fù)墾工藝、地下水位、表層土厚度、作物根系的條件下,提出就地取土復(fù)星土壤剖面構(gòu)造方法,并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。該方法可使復(fù)墾耕地土壤能基本維持原耕作土壤的層次結(jié)構(gòu)性特點(diǎn),同時也注重表土層土壤質(zhì)地的改良,可有效提高復(fù)墾耕地質(zhì)量水平。參考文獻(xiàn):1G.Singh,1993,Landreclamationandrestorationofnaturalecosystem:AcasestudyfromopencastminesofNorthEasternCoalfieldofIndia,InternationalJournalofMiningandReclamation,1993,7李樹志,高榮久.塌陷地復(fù)墾土壤特性變異研究J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,25(5):792-794;2 陳龍乾,鄧喀中,唐宏等.寸區(qū)泥漿泵復(fù)墾土填化學(xué)特性的時空演化她律J.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,29(3):262-265.41王前槐.土壤脂料學(xué)M.北京:農(nóng)業(yè)出版社,1992:127-130.5朱祖禪.土壤學(xué)(M,北京:農(nóng)業(yè)出版社,1993:11-35.作者簡介:害葉江(1977-

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