内蒙古霍林河露天煤矿复垦土壤的理化性质研究

第一篇：内蒙古霍林河露天煤矿复垦土壤的理化性质研究

内蒙古霍林河露天煤矿复垦土壤的理化性质研究

摘要：本文以内蒙古霍林河南露天煤矿不同复垦时间的土壤理化性质为研究对象，分析了复垦区土壤理化性质的变化规律。结果表明，随着复垦年限的增加，复垦土壤容重逐渐降低，砾石比例呈递减趋势，其它粒径比例逐渐升高；土壤的表层养分含量增加明显，有机质、碱解氮、速效钾等呈现先增加后减少趋势，pH值逐渐降低。在垂直方向，随土层深度增加，土壤容重逐渐升高，pH值、有机质、有效磷、碱解氮等逐渐降低。

关键词：土地复垦；复垦年限；土壤养分；霍林河露天煤矿

内蒙古霍林河煤矿是大型国有煤炭企业，已有30多年的开采历史，为国家和地方经济发展做出了重要的贡献。在前期的开发过程中，为了尽可能多的为国家提供更多的煤炭资源，只求产量而忽视了矿山地质环境保护，对矿区及周边地区的生态环境造成很大影响，开采产生煤矸石尾矿、排土场占用了大面积土地，破坏了当地草原植被和土壤，造成的水土流失和土地荒漠化等生态问题日益严重[1-3]。开展矿区土地复垦，实现煤炭开采与环境保护协调发展，保证区域社会经济可持续发展已成为当地政府重点关注的问题。本研究选择霍林河南露天煤矿排土场为研究区，研究不同复垦年限的土壤物理性质和养分状况的变化特征，以期为矿区土地复垦利用提供一定的参考依据。

引言

1.1 研究区域概况

霍林河南露天煤矿位于内蒙古自治区通辽市西北部霍林郭勒市境内。地理坐标E 119°33′29″～119°37′33″，N 45°27′32″～45°32′59″，矿区面积33.9963km2，属温带半干旱大陆性气候，夏季凉爽短暂，冬季严寒多风。年平均气温0℃，多年平均降水量358.98mm，降水多集中在6～8月，九月下旬至次年5月中旬为降雪季节，年平均蒸发量1700mm。地带性土壤属栗钙土，养分条件良好，有利于造林及种草。地貌由山地丘陵、堆积台地和冲积平原三种类型组成。

霍林河南露天煤矿原隶属于霍林河矿务局，始建于1979年，1984年正式投产，2001年改制为内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司。煤炭开采采用露天开采方式进行，主要采用单斗-汽车-胶带半连续生产工艺。开采过程形成的排土场于20世纪90年代开始进行复垦治理，已取得初步的治理成效。

1.2 研究方法

（1）样品采集

选定霍林河南露天煤矿排土场不同复垦年限区域的土壤为研究对象，并选用附近未受破坏的原状草地作为对照。根据土壤风化情况，以地表向下0～20、20～40、40～60cm三个层位分别采样。采样时间为2013年8月。采样点基本情况见表1。

（2）样品处理与分析方法

采集的土壤样品室内剔除植物根系，自然风干、矸石手工敲碎并研磨后过2 mm 尼龙土筛备用。

测定方法：容重用环刀法；机械组成用比重计速测法；pH值用电极法；有机质用重铬酸钾容量法；碱解氮用碱解扩散法；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提钼锑抗比色法；速效钾用1mol/L NH4OAc浸提火焰光度法测定。

（3）试验数据整理、分析与图形绘制采用Microsoft Excel（2003）软件。

结果与分析

2.1 不同复垦年限土壤物理性状的变化

土壤容重是土壤松紧程度的重要指标。排土场在治理中，进行了覆土和植被恢复，原土壤的结构完全受到破坏，土壤容重发生改变。由图1可知，随着复垦年限的增加，复垦 1 年土壤层0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分别比对

照增加了0.38g/cm3，0.31g/cm3，0.24g/cm3；复垦5年土壤层0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分别比对照增加0.19g/cm3，0.13g/cm3，0.09g/cm3；复垦10年土壤层0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分别比对照增加0.15g/cm3，0.11g/cm3，0.06g/cm3复垦20年土壤层0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分别比对照增加0.07g/cm3，0.02g/cm3，0.03g/cm3。

随着复垦年限的增加，土壤容重在逐渐降低，其中前5年土壤容重降低最为明显，复垦20年后土壤容重值已基本接近对照的原状草地。在同一复垦年限的0～60cm土层中，容重呈现随深度的增加，土壤容重逐渐增大。这表明随着复垦年限的增加，人工种植的沙棘等植物使植被恢复，土壤成壤作用增强，土壤容重逐渐降低，也表明植被的恢复有利于改善土壤结构。

土壤机械组成是指土壤中各粒组百分含量又称颗粒大小组成。由表2可知，1年复垦矿区0～20cm土层范围的土壤粒径在0.05～2mm范围内的比例为64.11%，与其它样点相比最高。这是由于排土场在堆积和治理过程中，原状土壤经机械采挖各土层混合，土壤已经成为没有分层现象的混合土，所以粗粒物质比例比较高。原始对照土样各层土壤粒径分布则相对较为均匀。进一步分析表2发现，整体来看，随着复垦年限的增加，0.05～2mm的粗粒物质比例呈递减趋势，其它粒径比例相应逐渐升高；复垦年限越长，土壤机械组成越接近于对照样点。

2.2 不同复垦年限土壤养分的变化

土壤PH值是土壤溶液的酸碱反应，主要取决于土壤溶液中氢离子的浓度，是土壤肥力及土壤养分的主要影响因素。研究区土壤PH值总体上偏碱性，这与区域土壤背景值及煤矿开采的影响有关。由图2可以看出，不同复垦年限的土壤PH值变化范围在8.22～8.65之间，变化幅度不大。不同复垦年限的土壤各层的PH值呈现逐渐递减趋势，各土壤剖面的PH最大值出现在20～40cm土层，最小值在表层，整体剖面由上到下PH值逐渐升高。这说明在复垦土壤在复垦初期，受矿区气候、生物、人为因素、降水等因素的影响，土壤风化速度加快。在风化过程中，表土中盐类物质在外界作用影响下流失，因此在复垦初期呈现强碱性。随着复垦时间的增加，土壤PH有所降低，但仍与复垦前土壤仍有一定差距。

土壤养分特征，从图 3可知，土壤有机质含量最低值出现在复垦1年0～20cm土壤中，可见矿产资源开发活动严重降低了土壤有机质含量。不同土层的土壤有机质变化不同，随着复垦时间的增加，不同深度复垦土壤有机质总体上呈现先增加后减少的趋势，这说明土地复垦是有效果的，但复垦后土壤与原始土壤有机质含量差距仍较大。

从不同深度的复垦土壤有机质含量来看，有机质含量随深度增加呈下降趋势。在土壤氮磷钾元素水平上，由图4可发现，不同复垦年限的土壤碱解氮最大值出现在复垦10年的0～20cm土层，但与原状土壤表层碱解氮值仍相差20mg/kg；不同复垦年限的土壤速效磷最大值在复垦20年的2～40cm土层，26.36 mg/kg，已超出原状土壤10.6mg/kg；不同复垦年限的土壤速效钾最大值在复垦10年的0～40cm土层，超出原状土壤167.3mg/kg。不同剖面之间呈现大致相似的变化规律，即从上层向下层逐渐降低，复垦时间短的剖面层次之间氮磷钾含量相差不大；复垦时间长的剖面则出现较大差异。整体趋势上有随着复垦年限的增加，土壤碱解氮和速效钾含量前十年增加后十年减少的趋势；0～20cm土层内的氮磷钾含量普遍较高，主要是与表层风化程度，人为活动影响较大有关。此外，随时间增加，速效钾含量高于原始地貌土壤，说明矿产开发活动增加了土壤中速效钾含量，复垦土壤中植被不会因缺钾影响正常生长。

结论

（1）随着复垦年限的增加，各层土壤容重逐渐降低；同一剖面，随深度的增加，土壤容重逐渐增大。随着复垦年限的增加，土壤中机械组成中，粗粒物质比例呈减少趋势，其它粒径比例相应逐渐升高。

（2）随着复垦年限的增加，土壤的表层养分含量增加明显。土壤中的碱解氮、速效磷和有机质含量呈现先增加后减少趋势，说明在复垦前10年土壤养分受人类活动和植物生长影响显著，但仍与原状土壤养分含量有一定差距。土壤PH值变化范围较小，随时间推移虽逐渐降低，仍然高于未经破坏的原始土壤。

（3）土壤养分在复垦10～20年时间段里呈降低趋势，说明复垦虽在短时间内有效的提高了土壤养分含量，但要长期维持良好的土壤养分条件，保证植被的生长，还需要有人为活动参与。

总体上看，霍林河南露天煤矿排土场的土地复垦对改善土壤物理性质和养分状况，具有积极的作用。随着复垦时间的增长，土壤环境更有利于植物的生长，但还需针对不同类型植物特征，进行培肥改土，以保证植物的正常生长。

参考文献：

[1] 陈来红，马万里.霍林河露天煤矿排土场植被恢复与重建技术探讨[J].中国水土保持科学，2011，04：117-120.[2] 高晶.霍林河沙尔呼热南露天煤矿开采过程中对自然环境的破坏及防治[J].内蒙古地质，2002，03：31-34.[3] 张伟敏，李秀峰，王熠青，魏先君，樊文颖.浅谈霍林河露天煤矿土地复垦[J].内蒙古林业科技，2009，03：60-62.[4] 王昭艳，左长清，曹文洪，杨洁，徐永年，秦伟，张京凤.红壤丘陵区不同植被恢复模式土壤理化性质相关分析[J].土壤学报，2011，04：715-724.[5] 杨睿璇.黄土区露天煤矿排土场复垦土壤理化性质空间变异性研究[D].中国地质大学（北京），2014.[6] 石占飞.神木矿区土壤理化性质与植被状况研究[D].西北农林科技大学，2011.作者简介：王泽宇（1989-），男，内蒙古鄂尔多斯市人，硕士研究生，研究方向：土地资源整治与保护。

通讯作者：张武文（1957-），男，汉族，教授，硕士生导师，主要从事沙漠水资源保护与利用、水土资源平衡，土地资源整治与保护和地质环境治理方面的研究