煤矸石充填复垦地水盐运移特征及复垦效应研究

摘要

以淮南市张集矿煤矸石充填复垦区为研究对象，选取不同覆土厚度的地块对其土壤理化性质及农作物长势产量情况进行研究，考察复垦地土壤及农作物中重金属含量，建立土柱模拟煤矸石充填复垦地在毛管水上升、降雨和蒸发条件下土壤水盐运移规律，通过现场调查和室内实验分析，揭示煤矸石复垦土壤理化性质变化规律，探寻煤矸石充填复垦最佳复垦模式，对土壤和农作物安全性进行评价，研究土壤水盐运移规律，为淮南乃至全国矿区煤矸石充填复垦区的复垦工作提供理论依据。
　　分析结果表明:复垦地块土壤肥力低于对照地块，覆土厚度70～80cm的复垦地块土壤质量、农作物根长密度、长势、产量优于其它地块，为煤矸石充填复垦地最佳覆土厚度。土壤质量评价方法是内梅罗污染指数法，监测了10个土壤样品，属于Ⅰ类水平的样品有8个，属于Ⅱ类和Ⅲ类水平水平的样品各1个。10个小麦样品中，1个小麦样品受到中度污染，4个小麦样品受到轻度污染，2个小麦样品属于尚清洁水平，3个小麦样品属于清洁水平。评价煤矸石复垦地小麦中Cu、Zn、Cd、Cr、As的暴露健康风险，Cu、Zn、As元素的暴露风险指数(RI)小于1，小麦样品为安全水平，Cd、Cr元素的暴露风险指数高于1，有健康风险。对三种覆土厚度的土壤-煤矸石充填土柱进行毛管水上升试验，覆土厚度45cm、65cm、85cm的土柱毛管水上升最大高度分别为47.00、46.37、44.81cm，未到达土壤层，不利于农作物生长发育。大气降水条件下，三种土柱不同深度处水势变化具有延迟性，均随降雨时间的延长而降低。在30天的蒸发过程中，三种土柱水势变化趋势相同，10天前土壤水势增加缓慢，10天后，土壤水势快速增加，45cm覆土厚度的土柱上层覆盖土壤水势高于其它土柱。三种覆土厚度土柱土壤盐分含量在毛管水上升和大气降水作用下，有显著的累积作用，且盐分累积位置与毛管水上升高度有关。蒸发条件下，土壤盐分含量有向上层迁移的现象。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 研究区域概况

2．1 地理位置

2．2 气候与气象

3 煤矸石充填复垦地土壤质量及效应研究

3．1 采样方案设计

3．1．1 实验地块选择

3．1．2 土壤分层方法

3．2 样品采集与分析方法

3．3 煤矸石充填复垦地土壤理化性状研

3．3．1 不同覆土厚度地块土壤容重分析

3．3．2 不同覆土厚度地块土壤含水量分析

3．3．3 不同地块土壤pH值分析

3．3．4 不同覆土厚度地块土壤有机质含量分析

3．3．5 不同覆土厚度地块土壤速效氮含量分析

3．3．6 不同覆土厚度地块土壤速效磷含量分析

3．3．7 不同覆土厚度地块土壤速效钾含量分析

3．4 煤矸石充填复垦地土壤质量评价

3．4．1 数据分析方法

3．4．2 结果与分析

3．5 煤矸石复垦地农作物效应分析

3．5．1 样品采集与分析方法

3．5．2 复垦地小麦根系密度及根系总长分析

3．5．3 复垦地小麦株高及产量分析

3．6 复垦地土壤污染评价

3．6．1 评价方法

3．6．2 评价结果

3．7 复垦地粮食安全性分析

3．7．1 评价方法

3．7．2 评价结果

3．8 本章小结

4 煤矸石复垦区土壤水盐运移机理研究

4．1 实验材料和方法

4．1．1 土柱试验模型与充填材料

4．1．2 水盐运移试验监测装置

4．2 毛管水上升阶段水分运动试验

4．2．1 试验内容

4．2．2 试验结果与讨论

4．3 模拟大气降水条件下水盐运移试验

4．3．1 试验内容

4．3．2 试验结果

4．4 模拟蒸发条件下水盐运移试验

4．4．1 试验内容

4．4．2 实验结果

4．5 本章小结

5 新庄孜矿与张集矿煤矸石复垦地复垦效应对比研究

5．1 新庄孜矿煤矸石复垦区域概况

5．2 新庄孜矿与张集矿煤矸石复垦地复垦效应结果分析

6 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果