就地取土復(fù)墾土壤剖面構(gòu)建技術(shù)研究.docx

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-