【doc】矿山复垦土壤重构的概念与方法

【doc】矿山复垦土壤重构的概念与方法 矿山复垦土壤重构的概念与方法 壤(Soils),2005,37(1):8-12 矿山复垦土壤重构的概念与方法? 胡振琪 (1中国矿业大学北京校区土地复垦与生态重建研究所 魏忠义秦萍 北京100083;2沈阳农业大学土地与环境学院沈阳1101611 摘要本文从土壤学角度出发,对矿山土地复垦实践中的土壤重构问题进行了系统研究.提出了复垦土 壤重构的概念,界定了土壤重构的内涵,对土壤重构进行了系统分类与概括,并提出了煤矿区土壤重构的一般方 法.同时强调指出:土壤重构是土地复垦的核心内容;土壤剖面重构是土壤重构的关键;土壤重构需要与具体采 矿 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 相结合:重构土壤的质量是检验土壤重构或农林草复垦成败的主要标准. 关键词煤矿区;土壤重构:土地复垦 中图分类号S158 我国人多地少,采矿等人为活动引起的土地和 环境破坏,量大面广且欠账较多….截止到目前, 我国各种工矿废弃地累计超过400万hIIl2,目前仍 以每年3.3”-v.4.7万hm的速度增加.因此,土地复 垦已成为我国一项十分紧迫的任务.国土资源部从 2000年起利用新增耕地有偿使用费上交国家的30% 部分专门用于土地的开发整理复垦,并且每年批准 数百项国家投资开发整理(复垦)项目,2002年该 专项费用已达数十亿元. 由于我国土地复垦工作开展的较晚,许多地方 往往注重复垦的数量,缺乏对复垦质量的要求和控 制,特别是对土壤重构重视不够,使得一些复垦工 程失败或复垦效益低下. 土地破坏和复垦过程中都会对土壤进行了扰动 】 ,复垦后的土壤条件直接关系到复垦的成败和效 益的高低,因此,重构一个较高土壤生产力的土地 一 直是土地复垦技术革新的动力和方向.有关研究 表明,现代复垦技术研究的重点应该是土壤因素的 重构而不仅仅是作物因素的建立,为使复垦土壤达 到最优的生产力,构造一个最优的土壤物理,化学 和生物条件是最基本的和最重要的【3】,所以,土壤 重构是土地复垦的研究重点和核心任务. 土地复垦是将工矿区破坏土地采取整治 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 , 使其因地制宜地恢复到可供利用的状态.矿区破坏 土地通常可以复垦为农林草用地,水产养殖用地, 建筑用地,风景旅游及休闲娱乐区等用途.相对于 其他类型的土地复垦来说,耕作土壤的重构问题最 ?国家自然科学基金项目(编号:40071045.49701010)资助. 不容易解决,矿区破坏土地的复垦,最重要而且最 困难的部分是耕作土壤的恢复与重构,国内外一直 将其作为土地复垦研究的重点. 国外有关研究表明,现代复垦技术研究的重点 应该是土壤因素的重构而不仅仅是作物因素的建 立【4J,为使复垦土壤达到最优的生产力,构造一个 较优的土壤物理,化学和生物条件是最基本的和最 重要的内容.土壤重构是土地复垦最重要的组成部 分之一,是土地复垦的核心内容. 西方工业国家对露天矿复垦土壤重构的研究较 多,土壤重构措施与采矿工艺结合得较好,制定了 相关的复垦法规或标准,并形成了自己的一些模式. 但是,即使像美国,英国,加拿大等对土壤重构研 究历史较长的国家,迄今也尚未形成系统的土壤重 构理论与方法体系,对采煤沉陷地等类型的土壤重 构研究更较少涉及. 土壤是植物赖以生存的基础,没有良好的土壤 母质,作物与植被的建立就无从谈起或者说很难达 到良好的效果.6J.在土壤重构的前期和中期,应该 十分明确土壤重构最为重要的任务是重构,改良与 培肥土壤,作物与林草措施应该十分注重以土壤的 重构和快速培肥为目的.重构土壤是植被重建的基 础,复垦效果的评价,应该以重构土壤的质量作为 主要标准,而不仅仅在于人工措施支持下的作物与 植被的效果如何,重构土壤的质量是决定复垦成败 与效益高低的关键. 笙胡振琪等:矿山复垦土壤重构的概念与方法9 1复垦土壤重构的概念与内涵 土壤重构(soilreconstruction,soilrestoration) 即重构土壤,是以工矿区破坏土地的土壤恢复或重 建为目的,采取适当的采矿和重构技术工艺,应用 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 措施及物理,化学,生物,生态措施,重新构 造一个适宜的土壤剖面与土壤肥力条件以及稳定的 地貌景观,在较短的时间内恢复和提高重构土壤的 生产力,并改善重构土壤的环境质量. 土壤重构所用的物料既包括土壤和土壤母质, 也包括各类岩石,矸石,粉煤灰,矿渣,低品位矿 石等矿山废弃物,或者是其中两项或多项的混合物. 所以在某些情况下,复垦初期的”土壤”并不是严格 意义上的土壤,真正具有较高生产力的土壤,是在 人工措施定向培肥条件下,重构物料与区域气候, 生物,地形和时间等成土因素相互作用,经过风化, 淋溶,淀积,分解,合成,迁移,富集等基本成土 过程而逐渐形成的. 土壤重构的实质是人为构造和培育土壤,其理 论基础主要来源于土壤学科.在矿区土壤重构过程 中,人为因素是一个独特的而最具影响力的成土因 素,它对重构土壤的形成产生广泛而深刻的影响, 可使土壤肥力特性短时间内即产生巨大的变化,减 轻或消除土壤污染,改善土壤的环境质量.另外, 人为因素能够解决土壤长期发育,演变及耕作过程 中产生的某些土壤发育障碍问题,使土壤的肥力迅 速提高.但是,自然成土因素对重构土壤的发育产 生长期,持久,稳定的影响,并最终决定重构土壤 的发育方向.因此,土壤重构必须全面考虑到自然 成土因素对重构土壤的潜在影响,采用合理有效的 重构方法与措施,最大限度地提高土壤重构的效果, 并降低土壤重构的成本和重构土壤的维护费用. 土壤重构的目的是重构并快速培肥土壤,消除 污染,改善土壤环境质量,恢复和提高重构土壤的 生产力,恢复土壤生态系统.对主要以土壤为重构 材料的,恢复重构土壤的生产力是主要方面;对以 矿区废弃物为主要重构物料的,应该在恢复重构土 壤生产力的同时采取相应的污染处理与防治措施, 减轻或消除土壤以及对作物的污染. 所谓适宜的土壤剖面是指建立在复垦所在区域 土壤地理环境因素之上的,与矿区采矿工艺,岩土 条件,土壤利用方向等土壤重构条件相适应的,能 快速,高效,经济地恢复和提高土壤生产力,并可 最终发育为较好地带性土壤的土壤初始剖面层次和 组分构造. 鉴于复垦土壤重构物料的复杂多样性和不可选 择性,”土壤”物料的元素构成可能与正常土壤显着 不同.这就要求在培肥土壤的同时,要十分注重土 壤环境质量的改善,并采取有效措施,消除土壤污 染,尽量减小或避免其对周围环境的污染和损害. 土壤重构最经济,有效的方法是将矿区土壤重 构与采矿工艺相结合,在某些情况下,可以不增加 成本而构造出比采矿前更好的土壤.土壤重构过程 与采矿工艺脱节必然导致复垦费用高,效果差.总 之,土壤重构应该与采矿工艺密切结合,统筹考虑, 应该将土壤重构或土地复垦一开始就纳入矿山开采 设计,走在矿山开采之前. 土壤重构不是一次性的行为而是一个长期的过 程.它开始于矿产资源的开采规划设计和土壤/介质 剖面层次的重建,终止于重构土壤生产力的恢复与 提高,土壤环境质量的改善乃至区域生态的恢复, 贯穿于矿山开发及整个土壤重构过程的始终. 2土壤剖面重构是复垦土壤重构的关键 土壤剖面(soilprofile)在土壤学上是指一个具 体土壤的纵切面.一个完整的土壤剖面包括土壤形 成过程中所产生的发生学层次及母质层次,不同层 次的组合形成土体构型I7J.土壤剖面重构(soilprofile reconstruction),概括地说就是土壤物理介质及其剖 面层次的重新构造.是指采用合理的采矿工艺和剥 离,堆垫,贮存,回填等重构工艺,构造一个适宜 土壤剖面发育和植被生长的土壤剖面层次,土壤介 质和土壤物理环境.可根据矿区具体条件,考虑重 构物料特性,并分析所在区域的土壤形成条件,预 测土壤发育过程,来制定土壤剖面重构计划. 土壤剖面重构是土壤重构最为基础的第一步. 土壤/介质剖面重构是决定土壤重构成败与效益高 低的关键,人为构造一个适宜的土壤初始剖面层次 是土壤重构最重要的任务之一.只有构造一个适宜 土壤肥力因素发育的土壤介质层次,才有可能以较 小的投入在较短的时间内进一步有效地培肥改良复 垦土壤,达到土壤重构的目的和效果.土壤剖面重 构与采矿工艺密切结合往往是最为有效的方法,需 要根据当地具体的区域土壤地理条件,将矿山设计, 开采与重构工艺融于一体. 土壤剖面的自然发育是极其缓慢的,人类有目 10土壤第37卷 的的重构,培肥与改良措施可使重构土壤层次产生 加速分化,在较短时间内形成与地带土壤相适应的 耕作土壤剖面层次.土壤剖面重构必须全面考虑到 区域各土壤形成因素对重构土壤发育过程的影响, 要求不能有影响植物生长发育的障碍层次,也不能 有潜在的能发育成障碍层次的层次存在.对含有有 毒有害物质或具有较强放射性的物料,要采取有效 的隔离,包埋及其他处理措施,防止其对土壤和周 围环境的污染. 作者曾提出了”分层剥离,交错回填”土壤剖面 重构的原理与方法【8】,建立了土壤剖面重构的数学 模型,为矿山开采工艺与土壤重构工艺的有机结合 奠定了基础,为实现采矿与复垦一体化提供了有效 途径,在美,英,加,澳等国家露天矿开采与复垦 中得到了广泛应用.”分层剥离,交错回填”的根本 目的是要构造适宜的土壤剖面层次或者利于介质土 壤化发育的层次. 3复垦土壤重构的类型 按煤矿区土地破坏的成因和形式,土壤重构主 要可分为以下3类:即采煤沉陷地土壤重构,露天 煤矿扰动区土壤重构和矿区固体污染废弃物堆弃地 土壤重构.排土场土壤重构是露天煤矿土壤重构的 主要内容.沉陷地土壤重构根据所采取的工程措施 可分为充填重构与非充填重构.充填重构是利用土 壤或矿山固体废弃物回填沉陷区至设计高程,但一 般情况下很难得到足够数量的土壤,而多使用矿山 固体废弃物来充填,这既处理了废弃物,又复垦了 沉陷区被破坏的耕地,其经济,环境效益显着,一 举而多得.主要类型有:煤矸石充填重构,粉煤灰 充填重构与河湖淤泥充填重构等.但某些废弃物可 能造成土壤,植物与地下水的污染.非充填重构是 根据当地自然条件和沉陷情况,因地制宜地采取整 治措施,恢复利用沉陷破坏的土地.据分析估计, 矿区固体废弃物只能满足约四分之一沉陷区充填重 构的需要,还有约四分之三的沉陷区得不到充填物 料,需要进行非充填复垦重构措施.非充填复垦重 构措施包括疏排法重构,挖深垫浅法重构,梯田法 重构等重构方式. 按土壤重构过程的阶段性,可分为土壤剖面工 程重构以及进一步的土壤培肥改良.而土壤剖面工 程重构是在地貌景观重塑和地质剖面重构基础之上 的表层土壤的层次与组分构造.土壤培肥改良措施 一 般是耕作措施和先锋作物与乔灌草种植措施. 按复垦所用主要物料特性的不同,可分为土壤 的重构,软质岩土的土壤重构,硬质岩土的土壤重 构,废弃物填埋场及堆弃地的土壤重构等等. 在不同土壤类型区,自然成土因素对重构土壤 的影响和综合作用不同,土壤的发育和形成过程各 异.按区域土壤自然地理因素和地带土壤类型来划 分,复垦土壤重构可分为:红壤区的土壤重构,黄 壤区的土壤重构,棕壤区的土壤重构,褐土区的土 壤重构,黑土区的土壤重构等等. 复垦土壤重构可分为工程措施重构与生物措施 重构.工程重构主要是采用工程措施(同时包括相 应的物理措施和化学措施),根据当地重构条件,按 照重构土地的利用方向,对沉陷破坏土地进行的剥 离,回填,挖垫,覆土与平整等处理.工程重构一 般应用于土壤重构的初始阶段.生物重构是工程重 构结束后或与工程重构同时进行的重构”土壤”培肥 改良与种植措施,目的是加速重构”土壤”剖面发育, 逐步恢复重构土壤肥力,提高重构土壤生产力.生物 重构是一项长期的任务,决定了土壤重构的长期性. 根据重构目的和重构土壤用途分类:土壤重构 根据目的和用途可分为耕地土壤重构,林地土壤重 构,草地土壤重构;其中耕地土壤重构的标准最高. 耕地土壤重构是将恢复后的土地用于作物种 植,是沉陷区土壤重构的重点研究目标,它要求重 构土地平整,土壤特性较好,具备一定的水利条件. 工程重构结束后应及时进行有效的生物重构措施, 进一步改良培肥土壤. 林地土壤重构是将重构后的土壤作乔灌种植, 是重构物料特性较差时的主要重构方式,它对重构 土壤层的标准要求较低,地形要求亦不是很严,允 许地表存在较大的坡度.林业重构一般侧重其环境 与生态效益,在此基础上才能考虑经济效益.所选 先锋树种应该对特定恶劣立地条件有较强的适应 性.对未达到土壤环境质量标准的废弃地的重构, 可栽植能吸收降解有害元素的抗性乔灌品种,达到 逐步净化重构土壤的目的. 草地土壤重构国内研究较少,西方发达国家相 关研究较多,可与乔灌措施相结合使用. 4矿山复垦土壤重构的一般方法 矿山复垦土壤重构的方法因具体重构条件而 异,不同采矿区域,不同采矿类型,不同采矿与复 第1期胡振琪等:矿山复垦土壤重构的概念与方法 垦阶段的土壤重构方法各不相同.因篇幅所限,具 体的土壤重构方法作者将撰文另述.在此,只就土 壤重构的一般方法及其依据进行分析讨论. 煤矿区土壤重构的一般方法概括地如图1所 示.土壤重构方法的确定首先要考虑到具体的采矿 工艺和岩土条件;其次,土壤重构方法应该考虑到 重构后的”土壤”物料组成与介质层次要与区域自然 成土条件相协调;第三,土壤重构还要考虑到破坏 土地复垦后的利用方向,法律法规要求,复垦资金 保证等其他一些相关因素. 采矿工艺 岩土条件 区域土壤形成因素 土壤重构 复垦区其他相关条件 地貌景观重塑 土壤培肥改良 图1复垦土壤重构的一般方法 Fig.1Thegeneralmethodofsoilreconstruction 土壤重构是一个长期的过程,土壤重构的一般 程序是:首先考虑的是地貌景观重塑,它是土壤重 构的基础和保证;然后是表层土壤剖面层次重构, 目的是构造适宜重构土壤发育的介质层次;最后是 重构土壤培肥改良措施(主要是生物措施),促使重 构介质快速发育,短期内达到一定的土壤生产力. 特别是对于利用矿山固体废弃物作为主要重构物料 的土壤介质,只有采取适当的生物措施才能使重构 物料逐步发育,从而形成土壤特性.在土壤重构的 设计和实施中,应注意以下问题: (1)采矿工艺及岩土条件对土壤重构方法的影 响.土壤重构要以具体的采矿工艺和当地的岩土条 件为基础,不同的采矿工艺和岩土条件要求采取不 同的重构方式:井工采煤往往造成不同程度的地表 沉陷,沉陷地的土壤重构可采用直接利用法,修整 法,疏排法,挖深垫浅法,充填法等方法;露天土 壤重构应该十分注重采排工艺的紧密结合,不考虑 土壤重构的采排工艺必然会大大增加土壤重构的难 度和成本,一般要求对表土进行剥离和回填,以及 地质剖面重构及地貌景观重塑;对少土区来说,表 土的剥离与回填最为关键;在无土区,则需要对各 扰动层次进行样品分析,选择合适层次的物料作为 替代”土壤”覆盖于表层;黄土区土层深厚,对表土 的剥离与回填要求不高,但需要采取有效的水土保 持措施防止水土流失,恢复植被,重建生态;在土 壤重构的初期,偏重工程措施和物理化学方法,复 垦的后期则多用生物生态措施. (2)区域土壤形成因素对土壤重构方法的影响. 区域土壤形成因素必然对重构土壤产生长期的稳定 的影响,并最终决定重构土壤的发育方向.土壤重 构虽然是人为构造和培肥土壤,但是,人工措施只 有与自然成土因素相协调,全面考虑到自然成土因 素对重构土壤的影响,才能有效地发挥作用,从而 使重构土壤最终与生态环境相协调,降低重构土壤 的维护和管理费用. (3)复垦区域其他相关条件对土壤重构方法的 影响.复垦区破坏土地利用方向的依据是相关法律 法规以及区域土地利用总体规划,它们决定了破坏 土地是否恢复为农林草用途,此为土壤重构的依据. 复垦的投资是土壤重构的资金保证,复垦资金的多 少,关系到土壤重构工艺和措施的选择,从而影响 到重构土壤的质量. 参考文献 1龚子同,张甘霖.人为土研究的新趋势.土壤,1998,30 (1):54,56 2LiuZigang,MaXuehui.Effectofreclamationonsoil environmentinSanjiangplain.Pedosphere,1997,7(1):73 , 78 3McCormackDE,CarlsonCL.Formulationofsoil reconstructionandproductivitystandards.In:Carlson, Sarishe~eds.Innovativeapproachestominedland reclamation.SouthernIllinoisUniversityPress,1986,19, 3O 4NationalResourcesCouncil.Surfacemining:soil,coaland society.WashingtonDC:NmionalAcademyPress,1981 5赵其国.现代土壤学与农业持续发展.土壤,1996, 33(1):1,12 6刘毅华.我国耕地数量变化研究的回顾一进展及问题. 土壤,2003,35(3):193,197 7林培主编.区域土壤地理学.北京:北京农业大学出版 社,1993 8胡振琪.煤矿山复垦土壤剖面重构的基本原理与方法. 煤炭,1997,(6):617,618 12土壤第37卷 CONCEPTOFANDMETHODSFoRSoILRECoNSTRUCTIoN INMINEDLANDRECLANL【’IoN HUZhen—qiWEIZhong.yiQINPing (1ResearchInstituteofLandReclamationandEcologicalRestoration,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beifing100083; 2CollegeofLandandEnvironment,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161) AbstractFromtheviewpointofagrology,thispaperaddressessystematicallysoilreconstructioninland reclamation,putsforewo. rdconceptofsoilreconstructionincoalminingareas,discussesitsmeanings,classifiesand generalizessoilreconstructionandproposesacommonmethodforsoilreconstruction.Atthesametimeitemphasizes thatsoilreconstructionisthecorecontentoflandreclamation;soilprofilereconstructionthekeycontentofsoil reconstruction;andqualityofreconstructedsoilistheprimarystandardforeva luatingeffectofsoilreconstruction. KeywordsCoalminingarea,Soilreconstruction,Landreclamation