典型煤矿区不同重构模式下土壤结构稳定性研究

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土壤结构在一定程度上影响着土壤水分的流动、保持、侵蚀以及养分循环利用。土壤结构和土壤团聚体的稳定性对增强土壤颗粒间的孔隙率和降低侵蚀性至关重要。煤矿区生态修复的过程中不可避免的改变了土壤的理化性质,土壤重构是矿区生态修复重要的方法之一。土壤性质重构研究是目前矿区生态修复亟待解决的问题。关于矿山生态修复的研究主要集中以矸石山、沉陷地、排土场,以不同的土壤粒径和混合物比例、不同重构方式通过生物、物理技术合理优化充填复垦。本研究在山西古交矿区开展不同质量含量、不同粒径土壤和煤矸石的重构土壤研究,深入对比剖析不同重构模式下土壤的持水性、土壤团聚体稳定性等差异特征,阐明在不同重构模式下土壤团聚体抗侵蚀能力和抗剪强度差异,并探明土壤团粒结构的原因和驱动要素,探索稳定土壤团粒结构的重构方案,重构适宜植被生长的土壤环境。结果表明:不同重构模式的土壤重构因子(煤矸含量、容重、粒径)与新构土壤的饱和含水量、毛管含水量、田间持水量具有负相关性,其中煤矸石的质量含量与新构土壤煤矸石粒径为2-5mm土壤饱含水量和毛管含水量呈极显著负相关关系(P<0.01),相关系数分别为-0.898、-0.937。经过筛选以煤矸石含量为10%-20%,煤矸石粒径为2-5mm的重构土壤具有较好的持水性和透气性。不同重构模式下4种煤矸石粒径新构土壤大团聚体含量依次为:煤矸石粒径0-2mm>煤矸石粒径2-5mm>煤矸石粒径5-8mm>煤矸石粒径8-10mm。不同粒径的煤矸石的含量与新构土壤团聚体的稳定性因子(MWD)呈显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.664、-0.773、-0.852、-0.859,其中煤矸石粒径为2-5mm重构土壤煤矸石含量与大团聚体(R0.25)、平均重量直径(MWD)之间回归方程为y=-1.171x2-0.321x+0.886(R2=0.839)和y=-7.218x2-1.391+3.915(R2=-0.719)。对影响新构土壤结构的11项指标进行主成分和相关性分析,确定了影响土壤结构稳定性的3个主成分,各主成分及其方差贡献率分别为:煤矸石含量(38.85%)、内摩擦角(20.96.%)、大团聚体R0.25(14.43.%),可成为评价煤矿区重构模式下土壤结构质量的重要指标,利用各主成分计算土壤结构稳定性指数模型为F0=0.523F1+0.282F2+0.1947F3。
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