采煤迹地新土体分层构建

本文针对采煤迹地土体渗透性强、稳定性差等力学问题和生态污染问题,在矸石山表层依次设计了隔水层、改良层和抑制蒸发层,提出“2+1”新土体分层构建技术。该技术在采煤迹地构建新土体的基础上,考虑土壤粒度、湿度、重度、构度四个力学和物理特性。新土体的构建需要在参考化学组成的同时,也要考虑生物因素和干旱区环境的影响,以及土体渗透系数、含水率、密实度、温度和水土相互作用的影响。隔水层选取当地黏粒含量高的黄土、砒砂岩为原料,设计厚度为20 cm。改良层用沙黄土、风化煤、砒砂岩为原料,考虑旱区植被特点、土壤密实度、土体化学成分,最终设计厚度为60 cm,改良层是采煤迹地生态恢复和重建的核心部分。抑制蒸发层用砾石、秸秆、草方格等抑制水分蒸发的材料进行设计,区域试验表明,砾石和草方格能较好抑制水蒸发,同时也验证了“2+1”新土体分层构建的合理性。最终效果为保障中国西北干旱荒漠区煤炭基地生态安全提供参考。

压实新土体水分动态研究

新土体是资源化利用矿化垃圾和采矿、采石场弃渣石配置而成的工矿企业污染场地植被修复生长基质。为了提高新土体的持水能力,解除弃渣场、尾矿库等困难立地条件下土壤水分对植物存活、生长的制约,本试验对新土体进行不同程度的机械压实,对10~100cm的土壤含水量进行为期2年的观测,在不同的时间尺度上分析土壤水分动态变化特征。研究结果表明：1）压实显著提高新土体含水量和持水能力。2）由于持水能力增加,重度压实区月平均含水量峰值滞后于月降水量峰值,对照及轻度压实区月平均含水量峰值与月降水量峰值时间一致。3）轻度压实区不同深度的土壤月平均含水量与降水量具有非线性相关关系,重度压实区下层含水量与降水量相关性不显著。4）雨季新土体含水量由雨前含水量和降雨量决定,决定系数为0.657~0.861。随着压实度增加,雨前含水量和降雨量的影响增加。5）随着土壤深度增加,土壤含水量的波动幅度下降,60~100cm土层在观测期间仅接受过1次降雨补给。

风化煤对晋陕蒙矿区排土场新构土体土壤呼吸的影响

为探讨风化煤添加对晋陕蒙矿区排土场沙黄土及砒砂岩掺混沙黄土等新构土体土壤呼吸特征的影响,该文设置沙黄土、沙黄土+风化煤、沙黄土+风化煤+砒砂岩掺混、沙黄土+砒砂岩掺混的4种新构土体,采用Li-8100土壤呼吸测量系统测定田间土壤呼吸,分析了不同土体重构方式土壤呼吸特征及其与土壤水热因子的相互关系。结果表明:1)风化煤添加后沙黄土+砒砂岩土体与沙黄土土体土壤呼吸速率分别提高了35.2%(P<0.05)和17.1%,沙黄土土壤呼吸日变化为单峰曲线,风化煤添加后日变化呈双峰曲线。2)各土体土壤呼吸与土壤温度均呈极显著的指数函数关系,vant’Huff模型可用来模拟各土体土壤呼吸对土壤温度的响应。3)监测期内土壤含水率整体较高,土壤呼吸与土壤水分具有一定的线性关系,但不显著。土壤呼吸与土壤温度、水分多元线性分析结果也表明,监测期内新构土体土壤呼吸与土壤温度显著相关,与土壤水分相关性不显著,土壤温度可以解释土壤呼吸的大部分变异。综合研究结果表明风化煤促进了新构土体土壤呼吸,提高了碳释放速率,同时也改变了土壤呼吸日变化格局。研究阐明了添加风化煤对矿区新构土体碳通量释放的影响,对评估风化煤添加土体优缺点,估算未来局部碳变化具有积极意义。

晋陕蒙露天煤矿排土场不同新构土体土壤蒸发特征研究

为研究不同新构土体改良模式下的土壤蒸发特征,采用微型蒸发器田间自然条件下测定土壤水分蒸发过程,分析了不同土体重构模式的日蒸发量、累积蒸发量上差异。结果表明,相对于沙黄土,沙黄土、砒砂岩掺混(7︰3,w/w)的新构土体土壤蒸发降低了14.81%(P<0.05),风化煤对沙黄土蒸发特征无明显影响,但显著提高了沙黄土、砒砂岩掺混的新构土体蒸发10.3%(P<0.05),而砒砂岩防渗层和工业防水布等不同防渗措施土体之间蒸发差异不显著,但防渗层可以有效截留水分在蒸发过程中较长时间供给土体。试验表明砒砂岩、防渗层等措施下的新构土体土壤蒸发较小,并较长时间内保证土壤水分供给,在旱区矿区排土场具有一定的实践推广意义。

砒砂岩区排土场新构土体保水效应研究

以晋陕蒙露天煤矿区排土场为研究对象,利用土壤水分定位试验观测数据,研究了不同复配方式人工新构土体水分时空变化规律。结果表明：（1）排土场土体年内变化周期可分为雨季丰水期（7月—10月）和旱季贫水期（11月—翌年6月）,土壤水分主要受自然降雨、蒸散、底层渗漏的影响;（2）与无防渗层土体相比,7月—10月雨量丰沛期防渗层的水分蓄积作用明显,较对照高9.65%～13%,防渗层处理的土体底层体积含水量增加了21.6%,砒砂岩防渗层、工程防渗布在蓄积水分上并没有显著差异;（3）风化煤增加了表层土体蒸发损失,不利于土体的持水性的提高;砒砂岩增加了土体剖面持水能力,相对于沙黄土,复配土体0～30 cm层次土壤体积含水量增加约3.36%～9.57%,30～40 cm底层约增加11.16%～13.65%。综合来看,砒砂岩掺混显著增强了土体的持水蓄水能力,防渗层有效截留渗漏水分并持续供给土体,对涵养土壤水库有积极作用。

西北干旱荒漠区煤炭基地生态安全保障技术

"西北干旱荒漠区煤炭基地生态安全保障技术"项目(2017YFC0504400)是国家重点研发计划项目,贯彻包括《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》(2015)、《全国造林绿化规划纲要(2011—2020年)》以及国家"十三五规划"—煤炭清洁高效工程等关于矿区生态修复的各项国家相关政策,加强项目实施与创新发展战略、"一带一路"战略的密切结合。项目从基础理论研究、关键技术研发、工程示范等多个层面出发,明确西北干旱荒漠区煤炭基地生态退化机制,研发水土资源保护与高效利用、沙尘防控、植被恢复关键技术,并进行煤炭基地生态恢复工程示范,旨在为西北干旱荒漠区煤炭基地生态恢复与生态保障提供技术支撑。

矿区排土场人工草地土壤水分及入渗特征效应

本研究以露天煤矿排土场新土体上建植的不同人工草地为对象,分析了不同人工草地地上生物量、土壤水分及土壤入渗性能.结果表明,不同人工草地地上生物量之间差异显著（P〈0.05）,灌木和草灌混播草地的地上生物量比单-草种草地高,冰草＋ 沙蒿和沙打旺＋ 沙蒿草地地上生物量分别比单一种植冰草和沙打旺的草地高40.84%～47.88%和27.31% ～53.49%;不同人工草地土壤含水量随深度增加而增大,20～30cm 层土壤含水量花棒草地最高;不同人工草地地上生物量和土壤水分的累加值呈负相关关系;草灌混播草地的平均土壤初始入渗速率比单一草种草地高44.25%.本研究结果表明,在矿区排土场新土体改良和植被恢复建设中应以草灌混播人工草地为主,可有效提高草地生产力,改善土壤的水分状况和入渗性能,利于植被生长的可持续.

煤矸石山稳定坡体构建的师法自然生态修复技术研究

以师法自然的理念为指导,采用现代测试技术,研究了煤矸石山坡体恢复植被的新土体构建技术,为煤矸石山的师法自然生态修复实践提供理论依据和技术参考。研究结果表明,新土体构建渣与土的比例为70%~30%。渣大于70%不利用植物生长,渣小于30%,土体不稳定。生产实践中,需根据当地土壤粘性、降雨量、煤矸石风化特性综合评价后决定其适宜比例。