內蒙古霍林河露天煤礦復墾土壤的理化性質研究

王澤宇++張武文

摘 要：本文以內蒙古霍林河南露天煤礦不同復墾時間的土壤理化性質為研究對象，分析了復墾區(qū)土壤理化性質的變化規(guī)律。結果表明，隨著復墾年限的增加，復墾土壤容重逐漸降低，礫石比例呈遞減趨勢，其它粒徑比例逐漸升高；土壤的表層養(yǎng)分含量增加明顯，有機質、堿解氮、速效鉀等呈現先增加后減少趨勢，pH值逐漸降低。在垂直方向，隨土層深度增加，土壤容重逐漸升高，pH值、有機質、有效磷、堿解氮等逐漸降低。

關鍵詞：土地復墾；復墾年限；土壤養(yǎng)分；霍林河露天煤礦

內蒙古霍林河煤礦是大型國有煤炭企業(yè)，已有30多年的開采歷史，為國家和地方經濟發(fā)展做出了重要的貢獻。在前期的開發(fā)過程中，為了盡可能多的為國家提供更多的煤炭資源，只求產量而忽視了礦山地質環(huán)境保護，對礦區(qū)及周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成很大影響，開采產生煤矸石尾礦、排土場占用了大面積土地，破壞了當地草原植被和土壤，造成的水土流失和土地荒漠化等生態(tài)問題日益嚴重[1-3]。開展礦區(qū)土地復墾，實現煤炭開采與環(huán)境保護協調發(fā)展，保證區(qū)域社會經濟可持續(xù)發(fā)展已成為當地政府重點關注的問題。本研究選擇霍林河南露天煤礦排土場為研究區(qū)，研究不同復墾年限的土壤物理性質和養(yǎng)分狀況的變化特征，以期為礦區(qū)土地復墾利用提供一定的參考依據。

1 引言

1.1 研究區(qū)域概況

霍林河南露天煤礦位于內蒙古自治區(qū)通遼市西北部霍林郭勒市境內。地理坐標E 119°33′29″～119°37′33″，N 45°27′32″～45°32′59″，礦區(qū)面積33.9963km2，屬溫帶半干旱大陸性氣候，夏季涼爽短暫，冬季嚴寒多風。年平均氣溫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月中旬為降雪季節(jié)，年平均蒸發(fā)量1700mm。地帶性土壤屬栗鈣土，養(yǎng)分條件良好，有利于造林及種草。地貌由山地丘陵、堆積臺地和沖積平原三種類型組成。

霍林河南露天煤礦原隸屬于霍林河礦務局，始建于1979年，1984年正式投產，2001年改制為內蒙古霍林河露天煤業(yè)股份有限公司。煤炭開采采用露天開采方式進行，主要采用單斗-汽車-膠帶半連續(xù)生產工藝。開采過程形成的排土場于20世紀90年代開始進行復墾治理，已取得初步的治理成效。

1.2 研究方法

（1）樣品采集

選定霍林河南露天煤礦排土場不同復墾年限區(qū)域的土壤為研究對象，并選用附近未受破壞的原狀草地作為對照。根據土壤風化情況，以地表向下0～20、20～40、40～60cm三個層位分別采樣。采樣時間為2013年8月。采樣點基本情況見表1。

（2）樣品處理與分析方法

采集的土壤樣品室內剔除植物根系，自然風干、矸石手工敲碎并研磨后過2 mm 尼龍土篩備用。

測定方法：容重用環(huán)刀法；機械組成用比重計速測法；pH值用電極法；有機質用重鉻酸鉀容量法；堿解氮用堿解擴散法；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提鉬銻抗比色法；速效鉀用1mol/L NH4OAc浸提火焰光度法測定。

（3）試驗數據整理、分析與圖形繪制采用Microsoft Excel （2003）軟件。

2 結果與分析

2.1 不同復墾年限土壤物理性狀的變化

土壤容重是土壤松緊程度的重要指標。排土場在治理中，進行了覆土和植被恢復，原土壤的結構完全受到破壞，土壤容重發(fā)生改變。由圖1可知，隨著復墾年限的增加，復墾 1 年土壤層0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分別比對

照增加了0. 38g/cm3， 0. 31g/cm3，0. 24g/cm3； 復墾5年土壤層0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分別比對照增加0. 19g/cm3， 0. 13g/cm3，0. 09g/cm3； 復墾10年土壤層0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分別比對照增加0. 15g/cm3， 0. 11g/cm3，0. 06g/cm3復墾20年土壤層0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤容重分別比對照增加0. 07g/cm3， 0. 02g/cm3，0. 03g/cm3。

隨著復墾年限的增加，土壤容重在逐漸降低，其中前5年土壤容重降低最為明顯，復墾20年后土壤容重值已基本接近對照的原狀草地。在同一復墾年限的0～60cm土層中，容重呈現隨深度的增加，土壤容重逐漸增大。這表明隨著復墾年限的增加，人工種植的沙棘等植物使植被恢復，土壤成壤作用增強，土壤容重逐漸降低，也表明植被的恢復有利于改善土壤結構。

土壤機械組成是指土壤中各粒組百分含量又稱顆粒大小組成。由表2可知，1年復墾礦區(qū)0～20cm土層范圍的土壤粒徑在0.05～2mm范圍內的比例為64.11%，與其它樣點相比最高。這是由于排土場在堆積和治理過程中，原狀土壤經機械采挖各土層混合，土壤已經成為沒有分層現象的混合土，所以粗粒物質比例比較高。原始對照土樣各層土壤粒徑分布則相對較為均勻。進一步分析表2發(fā)現，整體來看，隨著復墾年限的增加，0.05～2mm的粗粒物質比例呈遞減趨勢，其它粒徑比例相應逐漸升高；復墾年限越長，土壤機械組成越接近于對照樣點。

2.2 不同復墾年限土壤養(yǎng)分的變化

土壤PH值是土壤溶液的酸堿反應，主要取決于土壤溶液中氫離子的濃度，是土壤肥力及土壤養(yǎng)分的主要影響因素。研究區(qū)土壤PH值總體上偏堿性，這與區(qū)域土壤背景值及煤礦開采的影響有關。由圖2可以看出，不同復墾年限的土壤PH值變化范圍在8.22～8.65之間，變化幅度不大。不同復墾年限的土壤各層的PH值呈現逐漸遞減趨勢，各土壤剖面的PH最大值出現在20～40cm土層，最小值在表層，整體剖面由上到下PH值逐漸升高。這說明在復墾土壤在復墾初期，受礦區(qū)氣候、生物、人為因素、降水等因素的影響，土壤風化速度加快。在風化過程中，表土中鹽類物質在外界作用影響下流失，因此在復墾初期呈現強堿性。隨著復墾時間的增加，土壤PH有所降低，但仍與復墾前土壤仍有一定差距。endprint

土壤養(yǎng)分特征，從圖 3可知，土壤有機質含量最低值出現在復墾1年0～20cm土壤中，可見礦產資源開發(fā)活動嚴重降低了土壤有機質含量。不同土層的土壤有機質變化不同，隨著復墾時間的增加，不同深度復墾土壤有機質總體上呈現先增加后減少的趨勢，這說明土地復墾是有效果的，但復墾后土壤與原始土壤有機質含量差距仍較大。

從不同深度的復墾土壤有機質含量來看，有機質含量隨深度增加呈下降趨勢。在土壤氮磷鉀元素水平上，由圖4可發(fā)現，不同復墾年限的土壤堿解氮最大值出現在復墾10年的0～20cm土層，但與原狀土壤表層堿解氮值仍相差20mg/kg；不同復墾年限的土壤速效磷最大值在復墾20年的2～40cm土層，26.36 mg/kg，已超出原狀土壤10.6mg/kg； 不同復墾年限的土壤速效鉀最大值在復墾10年的0～40cm土層，超出原狀土壤167.3mg/kg。不同剖面之間呈現大致相似的變化規(guī)律，即從上層向下層逐漸降低，復墾時間短的剖面層次之間氮磷鉀含量相差不大；復墾時間長的剖面則出現較大差異。整體趨勢上有隨著復墾年限的增加，土壤堿解氮和速效鉀含量前十年增加后十年減少的趨勢；0～20cm土層內的氮磷鉀含量普遍較高，主要是與表層風化程度，人為活動影響較大有關。此外，隨時間增加，速效鉀含量高于原始地貌土壤，說明礦產開發(fā)活動增加了土壤中速效鉀含量，復墾土壤中植被不會因缺鉀影響正常生長。

3 結論

（1）隨著復墾年限的增加，各層土壤容重逐漸降低；同一剖面，隨深度的增加，土壤容重逐漸增大。隨著復墾年限的增加，土壤中機械組成中，粗粒物質比例呈減少趨勢，其它粒徑比例相應逐漸升高。

（2）隨著復墾年限的增加，土壤的表層養(yǎng)分含量增加明顯。土壤中的堿解氮、速效磷和有機質含量呈現先增加后減少趨勢，說明在復墾前10年土壤養(yǎng)分受人類活動和植物生長影響顯著，但仍與原狀土壤養(yǎng)分含量有一定差距。土壤PH值變化范圍較小，隨時間推移雖逐漸降低，仍然高于未經破壞的原始土壤。

（3）土壤養(yǎng)分在復墾10～20年時間段里呈降低趨勢，說明復墾雖在短時間內有效的提高了土壤養(yǎng)分含量，但要長期維持良好的土壤養(yǎng)分條件，保證植被的生長，還需要有人為活動參與。

總體上看，霍林河南露天煤礦排土場的土地復墾對改善土壤物理性質和養(yǎng)分狀況，具有積極的作用。隨著復墾時間的增長，土壤環(huán)境更有利于植物的生長，但還需針對不同類型植物特征，進行培肥改土，以保證植物的正常生長。

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作者簡介：王澤宇（1989-），男，內蒙古鄂爾多斯市人，碩士研究生，研究方向：土地資源整治與保護。

通訊作者：張武文（1957-），男，漢族，教授，碩士生導師，主要從事沙漠水資源保護與利用、水土資源平衡，土地資源整治與保護和地質環(huán)境治理方面的研究endprint