黃河泥沙作為采煤沉陷地充填復(fù)墾材料的可行性分析

王培俊,胡振琪,邵 芳,蔣知棟,喬志勇,劉東文,陳亞凱

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所,北京 100083)

黃河泥沙作為采煤沉陷地充填復(fù)墾材料的可行性分析

王培俊,胡振琪,邵 芳,蔣知棟,喬志勇,劉東文,陳亞凱

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所,北京 100083)

目前已有的高潛水位平原地區(qū)的采煤沉陷地充填復(fù)墾技術(shù)存在充填物料數(shù)量不足和潛在污染性的問題。為分析黃河泥沙用作采煤沉陷地充填復(fù)墾材料的可行性,在濟(jì)寧市梁山縣陳垓引黃閘上游的黃河淺灘處及附近正常耕種的農(nóng)田內(nèi)采集了9個土壤剖面樣和3個泥沙表層樣,運用ICP-AES等手段對其土壤質(zhì)地、pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)和8種重金屬(As,Cd,Cr,Cu,Ni, Pb,Zn,Hg)等理化指標(biāo)進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明:①黃河泥沙質(zhì)地類型屬于砂土,保水保肥性能差。②黃河泥沙的pH呈弱堿性,電導(dǎo)率值很小,能滿足大多數(shù)作物的生長要求。③黃河泥沙的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷含量處于中下、低或很低水平,用作充填復(fù)墾材料需要采取適當(dāng)措施加以改良。④黃河泥沙中的Cd和Hg未檢出,Cr,Cu,Zn,Pb,Ni和As含量均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)二級和三級標(biāo)準(zhǔn)值,不會造成污染。黃河泥沙用作采煤沉陷地的充填復(fù)墾材料是可行的,但需改善其保水保肥性能和肥力水平。

黃河泥沙;采煤沉陷地;充填復(fù)墾;理化性狀

煤炭是我國最主要的能源,占一次能源消費的70%左右。煤炭資源開采在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的同時,也帶來一些負(fù)面影響。由于我國96%以上的煤炭產(chǎn)量來自于井工開采,且多采用走向長壁全部垮落法開采,土地不可避免地產(chǎn)生下沉,造成大量土地的沉陷損毀[1-2]。據(jù)測算,井下開采萬噸原煤造成的沉陷地,少則達(dá)0.033 hm2,多則0.533 hm2,平均0.20～0.33 hm2[3]。在東部高潛水位平原礦區(qū),采煤沉陷深度普遍較大,造成大范圍積水,農(nóng)田受澇無法耕作,耕地?fù)p失率在50%以上,農(nóng)民不得不大量搬遷。我國采煤沉陷地復(fù)墾從20世紀(jì)80年代就開展了研究和實踐,已積累了大量經(jīng)驗,許多復(fù)墾技術(shù)得到了試驗和推廣應(yīng)用:如采煤沉陷地利用煤矸石、粉煤灰等固體廢棄物進(jìn)行充填復(fù)墾、修整法、疏排法和挖深墊淺法進(jìn)行非充填復(fù)墾等,初步形成了具有中國特色的采煤沉陷地復(fù)墾技術(shù)[4]。但傳統(tǒng)的挖深墊淺技術(shù)耕地恢復(fù)率低[4]、煤矸石和粉煤灰因作為充填復(fù)墾物料的潛在污染性[5-8]以及被資源化利用而導(dǎo)致的數(shù)量不足[9-10]等原因,均不能很好地解決該類地區(qū)人多地少的矛盾。而黃河是含沙量最大的河流之一,治理黃河關(guān)鍵在于治沙。為確保黃河下游安全,國家每年都要投入巨額資金進(jìn)行清淤,用于堆積淤泥的土地動輒數(shù)萬畝。如果既能處理黃河泥沙,又能解決采煤沉陷問題,為采煤沉陷地帶來源源不盡的充填資源,將是一件兩全其美的好事。目前對黃河泥沙的研究多集中在黃河泥沙特性[11-13]及對水質(zhì)的影響[11,14-15]、入田泥沙對土壤性狀的影響[16-18]、泥沙農(nóng)田化技術(shù)[19-20]、泥沙中重金屬含量及形態(tài)[21-22],而黃河泥沙用于充填復(fù)墾采煤沉陷地的研究還少有報道。黃河泥沙能否作為充填復(fù)墾材料?作為充填復(fù)墾材料有哪些不足?這些都是采煤沉陷區(qū)黃河泥沙充填復(fù)墾中目前亟需解決的問題。本文以山東省濟(jì)寧市采煤沉陷區(qū)為研究對象,通過采集黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤,分析其理化性狀,探討黃河泥沙用于采煤沉陷地充填復(fù)墾的可行性。

1 材料與方法

1.1 土壤和泥沙采樣方法

在濟(jì)寧市北部梁山縣陳垓引黃閘上游的黃河淺灘處采集了3個黃河泥沙樣品,每個樣品重1 kg左右。在當(dāng)?shù)匾粔K正常耕種的農(nóng)田內(nèi)均勻布設(shè)3個采樣點,采樣點間距大于10 m,在卷尺的參照下,每個采樣點挖取80 cm深的土壤剖面,按照0～20,20～50,50～80 cm的土層深度進(jìn)行土壤采樣,并分析了其理化性質(zhì),包括土壤質(zhì)地、pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、全磷、堿解氮、速效鉀、有效磷以及As, Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn和Hg等重金屬含量。

1.2 分析方法

土壤顆粒組成采用激光粒度儀進(jìn)行測試;土壤活性酸(pH值)和土壤水溶性鹽指標(biāo)(電導(dǎo)率)利用蒸餾水,按照5∶1的比例浸提后,分別用pH計和電導(dǎo)率儀測定;土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測定。土壤全氮含量的測定采用半定量凱氏定氮法;土壤堿解氮的測定采用堿解擴(kuò)散法;土壤全鉀的測定采用NaOH熔融-火焰光度法;土壤速效鉀含量采用1 mol/L的NH4OAc浸提-火焰光度法測定;土壤全磷的測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法;土壤有效磷含量采用0.5 mol/L的NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定;重金屬Cd,Pb,As,Cr,Cu,Ni,Zn等含量采用ICP-AES法測定。在測定過程中,所有的樣品均由空白樣、二次平行樣以及加標(biāo)回收率進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 結(jié)果與討論

在野外采集的土壤和泥沙樣品,除表層0～20 cm外,20～50和50～80 cm無明顯分層。在室內(nèi)測試樣品重金屬含量時分0～20,20～50和50～80 cm三層進(jìn)行,其余指標(biāo)的測試按照0～20和20～80 cm兩層進(jìn)行。

2.1 土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地室內(nèi)試驗使用濟(jì)南潤之科技有限公司生產(chǎn)的激光粒度儀進(jìn)行測試,對照農(nóng)田表層(0～20 cm)和底層(20～80 cm)土壤分別測試3次,泥沙樣品測試了5次。按照美國農(nóng)部質(zhì)地制進(jìn)行分級,分類結(jié)果如圖1所示。

圖1 黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的質(zhì)地類型Fig.1 Texture type of Yellow River sediment and the soil of control farm land

從圖1可以看出,測試的5個泥沙樣品全部屬于砂土,而對照農(nóng)田表層(0～20 cm)土壤質(zhì)地類型屬于黏壤土,底層(20～80 cm)土壤屬于粉壤土。黏壤土細(xì)粒含量高而粗粒(砂粒、粗粉粒)含量極少,常呈緊實黏結(jié)的固相骨架,粒間孔隙甚為狹小,保水保肥能力強(qiáng);粉壤土兼有砂質(zhì)土和黏質(zhì)土之優(yōu)點,是較為理想的土壤,其耕性優(yōu)良,適宜的作物種類多;砂土黏粒含量很少,粒間孔隙大,降水和灌溉水容易滲入,內(nèi)部排水快,但蓄水量少,保水保肥能力差[23]。黃河泥沙主要來源于黃河中游的黃土高原地區(qū),占全河沙量的90%以上[11,24],因而水體中泥沙(沉積物、懸浮物)的粒度組成與黃河中游地區(qū)黃土具有極大的相似性[14]。進(jìn)入黃河河道的泥沙以懸移質(zhì)為主,在懸移質(zhì)泥沙的粒度組成中,黏粒(＜0.007 mm)、粉粒(0.007～0.025 mm)以及粉砂(0.025～0.050 mm)3部分之和占56.8%～71.4%,而大于0.10 mm的砂粒僅占3.7%～11.0%,說明懸浮泥沙的粒度偏細(xì)[12]。而淤積在河道中的沉積物主要是粒徑大于0.025 mm的泥沙[14]。文獻(xiàn)[16]研究了黃河中游的高含沙水流的泥沙粒徑組成,大致在如下范圍之內(nèi):＜0.005 mm的粒徑占5%～25%,0.005～0.010 mm的粒徑占2%～16%,＞0.010 mm的粒徑占60%～90%。因各支流所在流域差異,使其高含沙水流的粒度組成也有所差異,但均集中于一定的粒徑配比范圍內(nèi)。文獻(xiàn)[13]分析了小開河灌區(qū)引黃泥沙的物理性狀,發(fā)現(xiàn)引黃泥沙以0.25～0.05 mm的細(xì)砂粒和0.020～0.002 mm細(xì)粉粒為主,分別為30.47%和39.31%,兩者之和為69.78%。研究中的黃河泥沙樣品采自黃河下游濟(jì)寧段淺灘處,都是粒徑較大的沉積物,以0.25～0.05 mm的細(xì)砂粒和＞0.25 mm粗砂粒為主,分別為91.375%～94.780%和5.140%～8.505%,兩者之和在99%以上,質(zhì)地類型屬于砂土。因此,濟(jì)寧段黃河泥沙用作充填復(fù)墾材料時應(yīng)增強(qiáng)其保水保肥性能,可以采取與黏土等適當(dāng)混合、多施有機(jī)肥、秸稈還田等措施以改善復(fù)墾剖面土壤質(zhì)地,關(guān)鍵是改進(jìn)現(xiàn)有的黃河泥沙充填復(fù)墾工藝,在充填泥沙層和上覆表土層之間增加一層約20 cm厚的黏土層,以增加重構(gòu)土壤剖面的保水保肥性能。

2.2 pH值

黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的pH值如圖2所示。從圖2可以看出,黃河泥沙和對照田土壤都呈弱堿性,黃河泥沙的堿性比正常農(nóng)田土壤的堿性稍強(qiáng),pH值在7.7左右。黃河泥沙主要來源于黃土高原的第四紀(jì)沉積物,其粒度組成、礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量等與黃河中游地區(qū)的黃土具有很大的相似性[19]。黃河泥沙的pH值呈微堿性,黃河水體的pH值為7.5～8.5,與黃土的pH值(7.5～8.6)相吻合[14]。濟(jì)寧當(dāng)?shù)氐闹饕r(nóng)作物為小麥、玉米和大豆,其生長的適宜pH值為6.5～8.0,黃河泥沙用作充填復(fù)墾材料能滿足當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)作物的要求。

2.3 電導(dǎo)率

土壤水溶性鹽是土壤的一個重要屬性,是限制作物生長的障礙因素,測定土壤可溶性鹽總量可以使用電導(dǎo)法[17]。所研究的黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的電導(dǎo)率如圖2所示。從圖2可以看出,黃河泥沙電導(dǎo)率的平均值為48.27μs/cm,而對照農(nóng)田0～20和20～80 cm深度處的土壤電導(dǎo)率的平均值分別為104.67和154.77μs/cm。黃河泥沙電導(dǎo)率的平均值比對照農(nóng)田各層土壤的電導(dǎo)率低很多。當(dāng)土壤飽和浸出液的電導(dǎo)率小于2 000μs/cm時,土壤屬于非鹽漬化土壤,對于作物的生長發(fā)育是安全的[17]。黃河泥沙的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)限值,在電導(dǎo)率方面能滿足作為采煤沉陷區(qū)復(fù)墾充填物料的要求。

2.4 有機(jī)質(zhì)

黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量如圖2所示。從圖中可以看出,黃河泥沙的有機(jī)質(zhì)含量為0.41%,而對照農(nóng)田表層(0～20 cm)和底層(20～80 cm)土壤的有機(jī)質(zhì)含量分別為2.48%和1.40%。黃河泥沙的有機(jī)質(zhì)含量顯著低于對照農(nóng)田表層(0～20 cm)和底層(20～80 cm)土壤。對照全國第2次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)(表1),對照農(nóng)田表層(0～20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量屬于三級,處于中上水平,底層(20～80 cm)土壤屬于四級,處于中下水平,而黃河泥沙有機(jī)質(zhì)含量屬于六級,處于很低水平。黃河泥沙中的有機(jī)質(zhì)含量很低,一般為0.4%～0.8%,極少超過1%[19]。三義寨引黃灌區(qū)沉沙條渠表層泥沙(0～30 cm)肥力化驗結(jié)果表明其有機(jī)質(zhì)含量為0.174%～0.485%[18]。而1991—1992年河南灌區(qū)開封市資料顯示引黃入田泥沙的有機(jī)質(zhì)含量為1.07%[20]。研究中測得的黃河泥沙有機(jī)質(zhì)含量也在0.4%～0.8%,處于很低水平。因此,黃河泥沙用作充填復(fù)墾材料需增施有機(jī)肥,或復(fù)墾后前2 a種植綠肥并還田提高其有機(jī)質(zhì)含量。

圖2 黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的pH值、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量Fig.2 pH,electrical conductivity and content of organic of Yellow River sedimentand the soil of control farm land

表1 全國第2次土壤普查有機(jī)質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of organic matter of the second soil census of China

2.5 營養(yǎng)元素

黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷的含量如圖3所示。從圖3中可以看出,黃河泥沙的全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷的含量分別為10.33,4.96,1 080.00, 54.33,11.45和10.24 mg/kg,均小于對照農(nóng)田表層(0～20 cm)和底層(20～80 cm)土壤的相應(yīng)含量。其中,黃河泥沙的全氮含量顯著低于對照農(nóng)田表層(0～20 cm)和底層(20～80 cm)土壤的含量。對照表2所列的全國第2次土壤普查氮、磷、鉀分級標(biāo)準(zhǔn),黃河泥沙的全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷的含量分別屬于六級、六級、六級、四級、六級和三級水平。而對照農(nóng)田表層(0～20 cm)土壤的全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷的含量分別屬于四級、五級、六級、一級、六級和一級水平;底層(20～80 cm)土壤的全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷的含量分別屬于五級、六級、六級、三級、六級和二級水平。通過對比發(fā)現(xiàn)黃河泥沙和對照農(nóng)田表層、底層土壤的全氮、堿解氮、全鉀和全磷含量處于中下、低或很低的水平,而速效鉀和有效磷的含量相對豐富,分別處于中、高、很高和極高的水平。三義寨引黃灌區(qū)沉沙條渠表層泥沙(0～30 cm)肥力化驗結(jié)果表明其全氮含量為120～240 mg/kg,速效氮含量為16～32 mg/kg,速效磷含量為3.2～7.6 mg/kg,速效鉀含量為46～78 mg/kg[18]。文獻(xiàn)[15]也測定了三義寨引黃灌區(qū)沉沙條渠泥沙中的全氮、速效磷和速效鉀含量,分別為120～430,3.2～7.6和46～86 mg/kg。文獻(xiàn)[21]研究了小開河灌區(qū)引黃入田泥沙的土壤環(huán)境效應(yīng),發(fā)現(xiàn)泥沙的全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效鉀的含量分別為210, 460.00,23.21,10.33和186.00 mg/kg。1991—1992年河南灌區(qū)開封市資料顯示引黃入田泥沙的全氮含量為0.130 mg/kg,速效磷含量為20.00 mg/kg,速效鉀含量為360.00 mg/kg[20]。研究中泥沙的全氮含量顯著小于文獻(xiàn)[15,18,21]的測定結(jié)果,顯著大于文獻(xiàn)[20]的測定結(jié)果;速效氮含量小于文獻(xiàn)[18,21]的測定結(jié)果;速效鉀含量與文獻(xiàn)[15,18]的測定結(jié)果相當(dāng),小于文獻(xiàn)[20-21]的測定結(jié)果;速效磷的含量與文獻(xiàn)[18,21]的測定結(jié)果相當(dāng)。整體而言,研究中農(nóng)田土壤的全氮、堿解氮、全鉀和全磷含量很低,速效鉀和有效磷含量較高,而黃河泥沙的養(yǎng)分含量總體處于中下和極低水平。因此黃河泥沙充填復(fù)墾土壤后期必須加以改良,才能提高土地的生產(chǎn)力。由于黃河泥沙充填復(fù)墾土壤剖面初期的保水保肥性能較差,應(yīng)多施有機(jī)肥和緩效肥,并遵循少量多次的原則。同時改變現(xiàn)有的農(nóng)田漫灌方式,采取噴灌方式對復(fù)墾農(nóng)田進(jìn)行灌溉,并遵循少量多次的原則,以減少充填復(fù)墾農(nóng)田的土壤水分下滲和養(yǎng)分淋失,同時又保證了農(nóng)田作物生長所需水量。

圖3 黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的營養(yǎng)元素含量Fig.3 Content of nutritive element of Yellow River sediment and the soil of control farm land

表2 全國第2次土壤普查氮、磷、鉀分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 C lassification standard of nitrogen,phosphorus and potassium of the second soil census of China

2.6 重金屬

測試了黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤中的Cd,Cr, Cu,Zn,Pb,Ni,Hg和As八種重金屬,其中Cd和Hg均未檢出,其余6種重金屬的含量如圖4所示。從圖中可以看出,黃河泥沙的Cu,Pb,Zn,Cr,As和Ni平均含量分別為0.6,14.8,27.0,24.0,6.3和11.0 mg/kg,均小于對照農(nóng)田表層(0～20 cm)、中層(20～50 cm)和底層(50～80 cm)土壤中的相應(yīng)含量。文獻(xiàn)[22]測定了黃河中下游三門峽、花園口和濼口3個斷面懸移質(zhì)泥沙中的8種重金屬含量,其中Cu,Pb,Zn,Cd,Ni和Cr的含量分別為27.83～30.69,19.38～22.65,70.78～78.70,0.30～0.40, 33.35～36.62和63.60～67.10 mg/kg。文獻(xiàn)[25]測定了黃河干流及西納川等支流的水系沉積物中的Cu,Zn,Pb,Cd,Cr,As和Hg等重金屬元素的含量,分別為11.51～45.75,50.69～119.83,10.08～37.59, 0.10～0.47,40.28～75.67,4.87～29.01和0.08～0.59 mg/kg。文獻(xiàn)[26]分析了黃河下游開封段灘區(qū)及灘外48個土壤中的Pb,Cr,Hg,As和Cd等5種重金屬含量,分別為30.90～74.40,51.37～79.75, 0.02～0.17,7.22～18.78和0.08～0.13 mg/kg。對照農(nóng)田表層(0～20 cm)、中層(20～50 cm)和底層(50～80 cm)土壤中的這6種重金屬含量與文獻(xiàn)[22,25-26]的測定結(jié)果相當(dāng),而泥沙中的這6種重金屬含量均比文獻(xiàn)[22,25-26]的測定結(jié)果小。國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1995)將土壤環(huán)境質(zhì)量分為3個等級。一級標(biāo)準(zhǔn)為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)、維持自然背景的土壤環(huán)境質(zhì)量的限制值;二級標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、維護(hù)人體健康的土壤限制值;三級標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值[27]。采煤沉陷地充填復(fù)墾后主要用作農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地,故筆者采取國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)限值和三級標(biāo)準(zhǔn)臨界值對黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤進(jìn)行評價。由于所測樣品的pH值基本為6.5～7.5,對照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)二級和三級標(biāo)準(zhǔn)值,可以看出測試的對照農(nóng)田土壤和黃河泥沙中的Cr,Cu,Zn,Pb,Ni和As含量均未超標(biāo)。因此,黃河泥沙可以作為采煤沉陷地的充填復(fù)墾材料,不會造成污染。

圖4 黃河泥沙和對照農(nóng)田土壤的重金屬含量Fig.4 Contentof heavymetals of Yellow River sediment and the soil of control farmland

3 結(jié) 論

(1)黃河泥沙質(zhì)地屬于砂土,保水保肥性能差,可以采取與一定黏土混合、多施有機(jī)肥、秸稈還田、在復(fù)墾剖面中增加黏土層等方法改善復(fù)墾剖面的保水保肥能力。

(2)黃河泥沙的pH值呈弱堿性,電導(dǎo)率值很小,能滿足大多數(shù)作物的生長要求,用作充填復(fù)墾材料不需要改良。

(3)對照全國第2次土壤普查有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀含量分級標(biāo)準(zhǔn),黃河泥沙的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷和有效磷含量處于中下、低或很低水平,用作充填復(fù)墾材料需要采取適當(dāng)措施加以改良,可以多施有機(jī)肥和緩效肥,種植綠肥,秸稈還田,將農(nóng)田灌溉方式從漫灌改為噴灌,并遵循少量多次的原則。

(4)黃河泥沙中的Cd和Hg未檢出,Cr,Cu,Zn, Pb,Ni和As含量均未超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)二級和三級標(biāo)準(zhǔn)值,用作采煤沉陷地的充填復(fù)墾材料,不會造成污染。

(5)黃河泥沙用作采煤沉陷地的充填復(fù)墾材料是可行的,但需改善其保水保肥性能和肥力。

引黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地是一項系統(tǒng)、宏大的工程,本論文的研究僅僅是論證黃河泥沙作為充填復(fù)墾材料的可行性,是引黃充填復(fù)墾工程的基礎(chǔ)性工作,而黃河泥沙充填復(fù)墾后的快速沉沙排水以及如何科學(xué)、合理的進(jìn)行土壤剖面重構(gòu)以重建高質(zhì)量的農(nóng)田才是引黃充填復(fù)墾技術(shù)的關(guān)鍵,這些工作將在后續(xù)研究中展開。

[1] 魏忠義,胡振琪,司繼濤,等.采煤沉陷地粉煤灰充填復(fù)墾土壤元素淋溶特性實驗研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),2002,21(1):13-15,18.

Wei Zhongyi,Hu Zhenqi,Si Jitao,et al.Leaching characteristics of several elements on subsided land filled in with flying ash[J].Agroenvironmental Protection,2002,21(1):13-15,18.

[2] 趙艷玲,胡振琪.未穩(wěn)沉采煤沉陷地超前復(fù)墾時機(jī)的計算模型[J].煤炭學(xué)報,2008,33(2):157-161.

Zhao Yanling,Hu Zhenqi.Proper time model for pre-reclamation of unstable subsidence[J].Journal of China Coal Society,2008, 33(2):157-161.

[3] 胡振琪.采煤沉陷地的土地資源管理與復(fù)墾[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1996.

Hu Zhenqi.Land resource management and reclamation of mining subsidence land[M].Beijing:China Coal Industry Publishing House,1996.

[4] 胡振琪,肖 武,王培俊,等.試論井工煤礦邊開采邊復(fù)墾技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2013,38(2):301-307.

Hu Zhenqi,Xiao Wu,Wang Peijun,et al.Concurrent mining and reclamation for underground coal mining[J].Journal of China Coal Society,2013,38(2):301-307.

[5] 王 瑩,董霽紅.徐州礦區(qū)充填復(fù)墾地重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].煤炭學(xué)報,2009,34(5):650-655.

Wang Ying,Dong Jihong.Potential ecological risk assessment of filling reclaimed soils polluted by heavy metals in Xuzhou mining area [J].Journal of China Coal Society,2009,34(5):650-655.

[6] 王心義,楊 建,郭慧霞.礦區(qū)煤矸石堆放引起的土壤重金屬污染研究[J].煤炭學(xué)報,2006,31(6):808-812.

Wang Xinyi,Yang Jian,Guo Huixia.Study on heavy metals in soil contaminated by coal waste rock pile[J].Journal of China Coal Society,2006,31(6):808-812.

[7] 張 鋰,韓國才,陳 慧,等.黃土高原煤礦區(qū)煤矸石中重金屬對土壤污染的研究[J].煤炭學(xué)報,2008,33(10):1141-1146.

Zhang Li,Han Guocai,Chen Hui,et al.Study on heavy metal contaminants in soil come from coal mining spoil in the Loess Plateau [J].Journal of China Coal Society,2008,33(10):1141-1146.

[8] 胡振琪,戚家忠,司繼濤.不同復(fù)墾時間的粉煤灰充填復(fù)墾土壤重金屬污染與評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2003,19(2):214-218.

Hu Zhenqi,Qi Jiazhong,Si Jitao.Contamination and assessment of heavy metals in fly ash reclaimed soil[J].Transactions of the CSAE,2003,19(2):214-218.

[9] 卞正富,金 丹,董霽紅,等.煤礦矸石處理與利用的合理途徑探討[J].采礦與安全工程學(xué)報,2007,24(2):132-136.

Bian Zhengfu,Jin Dan,Dong Jihong,et al.Discussion on rational ways for coal gangue treatment and utilization[J].Journal of Mining &Safety Engineering,2007,24(2):132-136.

[10] 高榮久,胡振琪.煤礦區(qū)固體廢棄物——煤矸石的最佳利用途徑[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2002,21(6):824-826.

Gao Rongjiu,Hu Zhenqi.Bestuseway of the coalgobs,solid wastes in mining area[J].Journal of Liaoning Technical University,2002, 21(6):824-826.

[11] 姚文藝,時明立,崔長江.黃河泥沙問題研究綜述[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004,16(1):1-3,10.

Yao Wenyi,ShiMingli,Cui Changjiang.Review on the problem research of Yellow River sediment[J].Journal of Yellow River Conservancy Technical Institute,2004,16(1):1-3,10.

[12] 孫劍輝,柴 艷,王國良,等.黃河泥沙對水質(zhì)的影響研究進(jìn)展[J].泥沙研究,2010(1):72-80.

Sun Jianhui,Chai Yan,Wang Guoliang,et al.Review on effects of sediment on the water quality of the Yellow River[J].Journal of Sediment Research,2010(1):72-80.

[13] 毛偉兵,王景元,孫玉霞,等.入田泥沙對黃河三角洲地區(qū)土壤物理性狀的影響——以小開河引黃灌區(qū)為例[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,19(1):212-217.

Mao Weibing,Wang Jingyuan,Sun Yuxia,et al.Effects of the sediment introduced into the field on soil physical properties in Yellow River Delta——A case study in Xiaokaihe irrigation district [J].Ecology and Environmental Sciences,2010,19(1):212-217.

[14] 胡國華,趙沛?zhèn)?肖翔群.黃河泥沙特性及對水環(huán)境的影響[J].水利水電技術(shù),2004,35(8):17-20.

Hu Guohua,Zhao Peilun,Xiao Xiangqun.Sediment characteristics of Yellow River and their influence on water environment[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2004,35(8):17-20.

[15] 李 寧,楊寶中,林斌文.引黃灌區(qū)泥沙農(nóng)田化技術(shù)[J].人民黃河,2002,24(2):33-34.

Li Ning,Yang Baozhong,Lin Binwen.Sediment field technology in irrigation districts along Yellow River[J].Yellow River,2002, 24(2):33-34.

[16] 劉瑋祎,石 輝.黃河中游高含沙水流泥沙粒徑特征研究[J].人民黃河,2006,28(7):17-18,26.

Liu Weiwei,Shi Hui.Characteristics of sediment particle size of hyper-concentration flow in themiddle Yellow River[J].Yellow River,2006,28(7):17-18,26.

[17] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1999:178-187.

[18] 宋鐵嶺,周文治.三義寨引黃灌區(qū)泥沙農(nóng)田化技術(shù)研究成果簡介[J].人民黃河,2000,22(6):44-45.

Song Tieling,Zhou Wenzhi.Research on sediment field technology of irrigation districts along Yellow River in Sanyi Village[J].Yellow River,2000,22(6):44-45.

[19] 王兆印,王文龍,田世民.黃河流域泥沙礦物成分與分布規(guī)律[J].泥沙研究,2007(5):1-8.

Wang Zhaoyin,Wang Wenlong,Tian Shimin.Mineral composition and distribution of the sediment in the Yellow River basin[J].Journal of Sediment Research,2007(5):1-8.

[20] 秦明周,朱連奇,陳云增,等.引用黃河泥沙對下游平原土地質(zhì)量及其演變的影響[J].水土保持學(xué)報,2001,15(4):107-109, 135.

Qin Mingzhou,Zhu Lianqi,Chen Yunzeng,et al.Effect of using suspended sediment load in the Yellow River on land quality and its evolution in the lower reaches[J].Journal of Soil and Water Conservation,2001,15(4):107-109,135.

[21] 孫玉霞,楊 蕓,李 妮,等.小開河灌區(qū)引黃入田泥沙的土壤環(huán)境效應(yīng)[J].中國農(nóng)村水利水電,2010(3):51-54.

Sun Yuxia,Yang Yun,Li Ni,et al.Soil environmental effects of field sediment from Yellow River in Xiaokaihe irrigation area[J].China Rural Water and Hydropower,2010(3):51-54.

[22] 高傳德,馮榮周.黃河泥沙與水環(huán)境[A].黃河水資源[C].鄭州:黃河水利出版社,1996:294-316.

Gao Chuande,Feng Rongzhou.Yellow River sediment and water environment[A].Yellow River Water Resources[C].Zhengzhou: Yellow River Water Conservancy Press,1996:294-316.

[23] 黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:77-78.

[24] 葉青超.黃河流域環(huán)境演變與水沙運行規(guī)律研究[M].濟(jì)南:山東科技出版社,1994:220.

[25] 袁 浩,王雨春,顧尚義,等.黃河水系沉積物重金屬賦存形態(tài)及污染特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27(11):1966-1971.

Yuan Hao,Wang Yuchun,Gu Shangyi,et al.Chemical forms and pollution characteristics of heavymetals in Yellow River sediments [J].Chinese Journal of Ecology,2008,27(11):1966-1971.

[26] 張鵬巖,秦明周,閆江虹,等.黃河下游灘區(qū)開封段土壤重金屬空間分異規(guī)律[J].地理研究,2013,32(3):421-430.

Zhang Pengyan,Qin Mingzhou,Yan Jianghong,et al.Spatial variation of soil heavymetals in the beach of lower Yellow River:A case study in Kaifeng section[J].Geographical Research,2013,32(3): 421-430.

[27] 葉 琛,李思悅,卜紅梅,等.三峽水庫消落區(qū)蓄水前土壤重金屬含量及生態(tài)危害評價[J].土壤學(xué)報,2010,43(6):1264-1269.

Ye Chen,Li Siyue,Bu Hongmei,et al.Heavy metals in soil of the ebb-tide zone of the three-gorges reservoir and their ecological risks [J].Acta Pedologica Sinica,2010,43(6):1264-1269.

Feasibility analysis of Yellow River sediment used as the filling reclamation m aterial ofm ining subsidence land

WANG Pei-jun,HU Zhen-qi,SHAO Fang,JIANG Zhi-dong,QIAO Zhi-yong,LIU Dong-wen,CHEN Ya-kai

(Institute of Land Reclamation and Ecological Restoration,China University ofMining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

The shortage and potential contamination of thematerials of filling reclamation ofmining subsidence land in plain area with high groundwater level is serious.In order to analyze the feasibility of Yellow River sediment used as the filling reclamation material ofmining subsidence land,nine soil profile samples of the control farmland and three surface sediment samples of the Yellow River shoal at the upstream of Chengai diversion gate in Liangshan County of Jining City were collected.Soil texture,pH,electrical conductivity,organic matter,nutrient substance and eight heavy metals(As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn,Hg)were analyzed by ICP-AES and other methods.The results indicate that the texture type of Yellow River sediment is sandy soil and its capacity to retain water and nutrients is poor;the pH of Yellow River sediment isweakly alkaline,electrical conductivity is very low,but they canmeet the requirementas the reclaimed material;the contents of organic matter,total nitrogen,available nitrogen,total potassium,available potassium,total phosphorus and available phosphorus of Yellow River sediment are at the levels ofmiddle,low or very low and its fertility needs to be improved as the reclaimedmaterial;Cd and Hg are not detected in the Yellow River sediment,and the contents of Cr,Cu,Zn,Pb,Ni and As are less than the first and second level values of Environmentalquality standard for soils(GB 15618—1995),itwon’t cause pollution as the filling reclamation material.It’s feasible for Yellow River sedimentused as the filling reclamationmaterial ofmining subsidence land,but its fertility and capacity to retain water and nutrients need to be improved.

Yellow River sediment;mining subsidence land;filling reclamation;physical and chemical properties

TD88

A

0253-9993(2014)06-1133-07

王培俊,胡振琪,邵 芳,等.黃河泥沙作為采煤沉陷地充填復(fù)墾材料的可行性分析[J].煤炭學(xué)報,2014,39(6):1133-1139.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0987

Wang Peijun,Hu Zhenqi,Shao Fang,et al.Feasibility analysis of Yellow River sediment used as the filling reclamation material ofmining subsidence land[J].Journal of China Coal Society,2014,39(6):1133-1139.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0987

2013-07-12 責(zé)任編輯:王婉潔

國家“十二五”科技支撐計劃資助項目(2012BAC04B03)

王培俊(1986—),男,安徽阜南人,博士研究生。Tel:010-62339045,E-mail:wangpeijun1227@163.com。通訊作者:胡振琪(1963—),男,安徽五河人,教授,博士生導(dǎo)師。Tel:010-62339045,E-mail:huzq1963@163.com