采煤塌陷区耕地土壤培肥与改良措施*

郭友红

(中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

煤炭资源的开发利用对耕地的负面影响逐渐受到重视。从开始的对耕地破坏的表观特征描述发展到了对土地生产力、农作物产量、土壤侵蚀以及景观、生态等方面的研究[1]。大量资料表明[2-4]，煤炭开采沉陷导致土地资源损毁、耕地土壤肥力降低，主要表现在：煤炭开采沉陷导致地表下沉、地裂缝、台阶、地面附加坡度加大，土壤退化；农田原有的灌溉排水系统遭到破坏、水工建筑设施失去原有功能；高潜水位地区常常出现采煤沉陷积水区和季节性积水区，原有农田土壤被侵蚀、地貌被改变，不能耕种，或发生土壤盐碱化；农田防护系统被破坏，防护能力降低，易发生水土流失；露天开采扰动土壤、尾矿压占土地，破坏了原有的土壤剖面。因此采煤沉陷区土地复垦逐渐受到重视。

目前，我国采煤沉陷区土地复垦研究主要集中在土地损毁特征、沉陷区土壤变异特点、矸石山复垦方法、不同工程复垦方式的土壤特性、复垦土壤改良、矿区生态重建技术等方面[5-7]。一些资料对东部煤矿区土壤剖面构建技术、疏排法复垦技术、预复垦技术等进行了研究[8]，部分文献研究了采煤沉陷区复垦土地安全性评价[9]，污染土壤修复方法[10]、采煤沉陷区重金属修复技术[11]、及微生物复垦作用[12]等。与其不同，文章主要研究施用绿肥及常见农田作物施用不同化肥、有机肥配比对重构土壤的改良效果，以其为采煤塌陷区提供一种有效可行的土壤培肥与改良措施。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

(1)供试土壤：为重新构建采煤塌陷区表土，用未腐熟的底土与腐熟的表土以1∶1的比例混合而成，试验用重构土壤本底值见表1。

表1 重构土壤表土本底值

(2)供试植物：玉米，大豆，紫花苜蓿(Medicago sativa L.)。

(3)供试肥料：复合肥(16-16-16)，尿素，鸡粪肥。

1.2 试验方法

采用田间试验方法，通过采用种植绿肥、豆科作物、有机无机配合施用、无机肥施用等方法对重构土壤进行改良。根据一年种植后的土壤指标监测结果，对复垦土壤培肥效果进行评估，从而确定快速培肥土壤的措施。

(1)试验设计，共设置4个施肥处理：

处理1：在试验区种植玉米和大豆，在其生长的整个生育期内只施用化肥(复合肥和尿素)，正常管理；

处理2：在试验区种植玉米和大豆，在其生长的整个生育期内，有机肥和化肥配合施用，有机肥与化肥比例为3∶7，正常管理；

处理3：在试验区种植玉米和大豆，在其生长的整个生育期内，有机肥和化肥配合施用，有机肥与化肥比例为6︰4，正常管理；

处理4：在试验区种植绿肥作物紫花苜蓿，正常管理。

其中，处理1、处理2、处理3的玉米施肥量为N 369 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；大豆N，P2O5和K2O的用量均为24 kg/hm2。

(2)样品的采集与分析测定方法

一年后，分别采集各试验田表层0～20 cm、20～40 cm土壤样品。测定项目为土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、有效钾、土壤pH。

土壤各指标的测定按照中国土壤学会农业化学委员会编制的《土壤农业化学常规分析方法》进行。

2 结果与分析

2.1 玉米种植区土壤改良效果分析

在玉米试验区，共设置了三个施肥处理进行土壤改良，处理4为绿肥改良措施。耕作一年后，四个处理的重构土壤各指标检测结果详见表2。

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表2 玉米种植区不同改良方法对土壤特性的影响

从表2可看出，在施肥处理系列中，从处理1到处理4，表层0～20 cm土壤有机质含量随着有机肥施用量的增加而增加，各处理的表层土壤速效养份含量也具有相似的变化趋势，表明施用有机肥对提高土壤有机质和改善土壤肥力有显著效果。从表中还可以看出，绿肥种植小区(处理4)施肥量较少，磷的养份含量水平相对较低，但由于绿肥豆科作物和丰富的根系生物量对土壤的熟化改良，所以归还土壤有机质和固氮作用还是比较明显，土壤有机质与速效氮含量与其他处理相比，均表现出较高值，分别为16.67 g/kg、107.26 mg/kg，比改良效果较差的处理1中相应指标含量分别高67 %、22 %。

不同土壤层间比较，各项土壤特性都表现出表层(0～20 cm)高于下层(20～40 cm)，而且有机质、速效磷、速效钾差异显著；氮素虽然趋势与其他指标相似，但差异不显著，这主要与重构土壤耕作年限较短(仅为一年)、土壤层次分异程度较弱有关。

与重构土壤本底值(见表1)相比，各处理土壤肥力均有所提高，说明各处理均有一定的培肥改良作用。考虑绿肥处理小区施肥量少导致的部分养分元素含量低的不利因素，综合比较四个处理可以看出，单纯施用化肥的土壤改良效果最差，有机肥与化肥配合施用次之，且有机肥比重越高效果越好(有机肥与化肥的最佳经济合理配比有待于进一步的研究)，种植绿肥土壤改良效果最好，但经济效益较差。

2.2 大豆种植区土壤改良效果分析

与玉米种植区相同，在大豆种植区也设置了三个施肥处理进行土壤改良，与处理4绿肥改良措施进行对比。耕作一年后，四个处理重构土壤各指标检测结果详见表3。

表3 大豆种植区不同改良方法对土壤特性的影响

大豆种植区中，不同处理对复垦土壤特性影响的总体趋势与玉米种植区基本一致(表3)，除了氮素养分以外，有机质与其它养分元素在表层土壤中含量也基本表现出随着有机肥施用量的增加而增加的趋势，氮素养分在各处理间没有表现出明显的规律性。不同土壤层间，各项土壤特性也都表现出表层(0～20 cm)高于下层(20～40 cm)，除了氮素外，土壤有机质、速效磷、速效钾差异显著，与大豆种植区相同。

两种作物种植区土壤特性之所以出现这种大同小异的现象，主要与作物本身特性有关，大豆为豆科植物，本身具有生物固氮性状，因此，表层土壤速效氮含量不仅受有机质含量影响，也与大豆的生物固氮能力密切相关。

2.3 不同施肥方法对土壤培肥与改良效果分析

由表2和表3可以看出，不论是玉米种植区还是大豆种植区，在施肥处理系列中，从处理1到处理4，表层土壤有机质含量、及土壤速效养份含量都随着有机肥施用量的增加而增加。体现了施用有机肥对提高土壤有机质和改善土壤肥力的作用。

对比表2、表3还可以看出，大豆对土壤的改良效果要好于玉米，单纯施用化肥的大豆种植区(见表3中处理1)土壤有机质含量比单纯施用化肥的玉米种植区(见表2中处理1)高26.9 %，由于两种作物种植区施肥量不同，其它养分指标大小在此就不做进一步比较研究。同理，从表3中也可以看出，种植绿肥对土壤的改良效果要好于大豆，处理4(绿肥)中表层土壤有机质含量(16.67 g/kg)比处理1(化肥)中有机质含量(12.66 g/kg)高31.7 %。

综合以上分析可以看出，不同的处理方法对复垦土壤的培肥效果不同，虽然本次试验由于培肥时间的限制(仅1年)，各处理间培肥效果差异显著性还有待于进一步研究，但总体上可以看出不同的培肥措施对复垦土壤的改良效果表现出：单施化肥<有机肥+化肥<种植绿肥，不同作物对土壤的改良效果表现出玉米<大豆<绿肥的趋势。

3 结 论

在自然条件下，土壤肥力的形成是个缓慢的过程，虽然可以通过人为方式加速土壤的肥力形成过程，但土壤肥力的形成过程不可能一蹴而就，在复垦土壤改良实践过程中，应遵循土壤肥力的自然发展规律，充分考虑复垦土壤自身条件，结合实际需要，有针对性地采取土壤培肥措施，这样既培肥了土壤，维持了耕地生产力，又产生了一定的社会、经济效益。

从文章试验的土壤培肥研究来看，有很多种措施可以加速土壤培肥过程，选择什么样的土壤培肥措施和方法，需要因地制宜、综合考虑。在实际的土壤培肥改良措施选择中，还要根据复垦土地土壤肥力基础，来确定、选择较优的土壤培肥措施。如下建议仅供参考：

(1)对于因缺少腐熟的耕作层土壤而导致肥力低下的复垦土地，可优先选择以种植豆科绿肥进行土壤培肥为主，待土壤具有一定的肥力基础后再进行正常的农业种植。

(2)由于单纯种植绿肥没有直接的农作物经济效益产出，在选择绿肥时，可以考虑充分利用豆科绿肥的高营养价值发展养殖业，间接获得一定的经济效益；

(3)虽然化肥能以最直接的方式为土壤提供农作物必须的营养元素，但是在改良土壤方面，还应进行有机肥与化肥组合施用，才能更好地维持土壤肥力水平。

(4)对于耕作层保护较好的复垦土壤，肥力基础相对较好，但由于工程复垦过程扰动的影响，直接进行一般的作物种植可能效果较差，可以先进行豆科作物(如大豆、花生等)种植，待土壤理化性状改善后再进行正常的农业种植。