黄土高原矿区复垦土地土壤监测分析

陈海滨

(临汾市水土保持监督监测总站，山西 临汾041000)

黄土高原矿区复垦土地土壤监测分析

陈海滨

(临汾市水土保持监督监测总站，山西 临汾041000)

复垦土地；重构土壤；跟踪监测；土壤特性；黄土高原矿区

随着煤矿开发活动的加剧，矿区水土流失问题日益突出，对采空沉陷区、排矸场、废弃厂区等区域进行土地复垦和生态重建意义重大。重构土壤是保障生态重建的基础内容之一，以山西省乡宁县毛则渠矿区复垦土地为研究对象，分别对其中的耕地、林地、草地进行了3个周期的监测，从土壤水分、土壤容重、全氮、全磷、全钾等方面分析和讨论了重构土壤特性在监测周期内的变化。总体而言，随着复垦时间的延长，土壤含水量会逐渐增加且高于原地貌水平，土壤容重逐年降低，土壤中有机质含量有不同程度的增加，全磷、全钾、全氮含量呈上升趋势。

黄土高原地区的煤炭资源非常丰富，这里拥有我国一多半的大型、特大型煤田。而黄土高原土质疏松，气候比较特殊，雨季集中，全年平均气温在6 ℃左右且极端天气比较常见，生态环境脆弱。煤矿的开采使得黄土高原的地形地貌遭到大面积破坏，植被退化甚至消失，滑坡、泥石流等灾害发生频繁。目前，人们已认识到煤矿开采带来的一系列负面影响，政府也正努力采取措施进行治理，而黄土高原矿区土地复垦是治理工作的重中之重。

国外土地复垦强调的不仅是将损毁和压占的土地恢复到可利用状态，而且使复垦后矿区环境更优于开采前，另外还非常重视不同阶段复垦效果的评价和监管。我国复垦土地的监管、验收还未形成全国统一、系统的监测体系，但这项工作也一直在努力进行中，且在不断进步中。目前，科研人员正根据土地复垦的过程管理和目标控制原则，不断探索矿区复垦土地监测的具体指标，期望早日形成监测评价技术规范，从而达到提高复垦质量、预防复垦土地退化的目的。

1 重构土壤监测方法和流程

根据以往的经验，重构土壤监测通常选取农作物单位面积产量、植被覆盖度和植被健康状况作为复垦土地重建监测指标。结合山西省乡宁县毛则渠矿区的情况，对矿区复垦土地(重构时间大致在2006年前后)进行3个周期的监测，第一个监测周期是2006—2008年，第二个是2009—2012年，第三个是2013—2015年。在重构土壤区域内设置了多个具有代表性的采样点，采集重构土壤中的含水量、全氮、全磷、全钾、有机质等指标，同时重点分析和讨论重构土壤特性在3个监测周期内的变化情况。

具体的监测流程为：①土壤样品采集。结合矿区土地复垦现状、复垦工程措施、植被配置模式和3个监测周期所对应复垦土地的空间位置，设置了120个采样点，采样截至2015年5月，详细记录、描述采样点的实地坐标和相关特征，每个样点采集的表层土壤厚度为0～20 cm，重复3次， 5天内完成所有采样。②样品测试。将土壤带回实验室后，进行风干、过滤，分析其相关土壤特性。土壤容重采用环刀法测量；田间持水量采用威尔科克斯法；有机质采用油浴加热K2CrO7容量法；全磷采用NaOH熔钼锑抗比色法；全氮采用半微量凯氏定氮法；全钾采用NaOH溶解，火焰光度法。③重构土壤特性监测分析。运用SPSS软件对重构土壤的监测指标进行标准差监测和方差分析，分析各个监测周期内土壤养分监测指标的差异性。

2 试验区土壤状况

毛则渠矿区地带性土壤是当地分布最广的褐土，土壤剖面中黏化、钙积明显，钙积层多出现在黏化层，黏化层较厚且硅铝铁率较低，土体中碳酸钙分异明显。由于地形切割破碎，水土流失严重，成土过程不连续，土壤发育较差，母质特征较明显。该区域土壤共同特点是质地较粗，结构不良，且有机质、氮、磷、钾的含量均较低，因此植物生长严重受限。梁峁、倾斜平地和河谷沟地，绝大多数为农耕地，少数为林地和荒地。土壤侵蚀类型主要是水力侵蚀、重力侵蚀，侵蚀模数为6 250 t/(km2·a)。

3 监测数据分析

从重构土壤特性的基本描述来看，将各个监测周期中的监测指标、原地貌的相应指标总体水平进行K-S检验，结果显著性水平都大于给定的0.05，符合正态分布。

连续几个监测周期内，复垦耕地含水量、全磷、全钾3个监测指标逐渐提高，第三个监测周期的监测值已经优于原地貌；有机质、全氮两个监测指标先降低后增加，但第三个监测周期没有达到原地貌的水平；随着复垦时间的延长，土壤容重不断降低，但离自然土壤容重还有一定差距，土壤容重偏大的原因可能是斜坡为土石混排，石砾含量高，用传统方法测定的容重可能与实际情况有偏差。6个监测指标在3个监测周期内的变异系数基本高于原地貌，且第二个监测周期的变异系数普遍高于第一和第三个监测周期。通过LSD方差分析进行多重比较(见表1)，发现3个监测周期内，只有土壤含水量有显著性差异，其余皆不明显。第三个监测周期的土壤含水量明显高于原地貌和第一、第二个监测周期，其余监测指标没有显著差异。

表1 复垦耕地不同监测周期土壤特性差异性分析

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著，下同。

复垦林地重构土壤特性的多重比较分析见表2。3个监测周期内，复垦林地土壤含水量表现出显著差异性，第三个监测周期与第一、第二个监测周期存在显著性差异，其余监测指标无显著性差异。随着监测周期的延长，容重逐渐降低，重构土壤的物理性状在一定程度上有所改善。土壤含水量、全氮、全磷、全钾监测指标均有随监测周期递增而逐渐提高的趋势，说明复垦林地的土地质量有较明显的改善。

表2 复垦林地不同监测周期土壤特性差异性分析

复垦草地重构土壤特性的多重比较分析见表3。3个监测周期内，也只有土壤含水量表现出显著性差异，第三个监测周期与第一、第二个监测周期差异显著，其余监测指标无明显差异。随着监测周期的增长，复垦草地的土壤容重有了明显改善，第三个监测周期的土壤容重已经达到自然土壤的正常水平，土壤有机质、全氮监测指标有了明显的提高，其余监测指标则在3个监测周期内出现了一定的波动。

表3 复垦草地不同监测周期土壤特性差异性分析

4 结 语

总体而言，随着复垦时间的延长，土壤含水量会逐步增加且高于原地貌水平，土壤容重逐年降低，复垦后土壤的物理特性有很大程度的改善，但是相同复垦年限的平台与斜坡差异较大，这与斜坡和平台不同的排土工艺形成背景存在密切联系。因为平台形成初期表层土壤被严重压实，而边坡相对比较疏松，同时斜坡还可能为土石混排，土壤中混有大量的煤矸石。同样，随着复垦时间的延长，土壤中有机质含量有不同程度的增加。在3个连续监测周期内，全磷、全氮、全钾的含量总体呈上升趋势，第三个监测周期的结果均已高于原地貌。

(责任编辑 孙占锋)

国家自然科学基金项目(2009011041-1)

TD88

A

1000-0941(2015)12-0077-02

陈海滨(1973—)，男，山西临汾市人，工程师，学士，主要从事水土保持监测及研究工作。

2015-08-15