矿山复垦土壤重构的理论与方法

作     者：胡振琪 HU Zhenqi

作者机构：中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第7期

页      面：2499-2515页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：“十三五”国家重点研发计划资助项目(2020YFC1806503,2019YFC1805003) 国家自然科学基金资助项目(41771542)。 

主　　题：矿山复垦 土壤重构 土壤剖面 土层生态位 土壤关键层 原理 工法 

摘      要：土壤是生物之基,土壤重构是矿山土地复垦与生态修复的关键和基础。目的是革新土壤重构理念,凝练和提升土壤重构理论与方法,为矿区土地复垦与生态修复独特基础理论提供支撑。回顾了矿山复垦土壤重构的研究历史,从单元土体空间重构的视角,提出了四维重构的概念,即垂直方向(Z)的土壤剖面重构、水平方向(X,Y)的地貌重塑、时间维(t)方向的土壤改良,其中垂向剖面重构是土壤重构的核心,也是土壤重构的狭义概念。总结国内外矿山生态修复成功经验与失败教训,依据土壤发生学原理和师法自然的理念,提出了“土层生态位和“土壤关键层的概念,认为不同土层有其独特的生态功能和空间位置,将各个土层在空间的位置及其与相关土层之间的功能关系与作用,称为“土层生态位;将影响土壤整体功能和生产力的关键土层,称为“土壤关键层。矿山复垦土壤剖面重构的原理就是以土层生态位为理论基础、土壤关键层为构造核心,设计和优化土壤剖面构型并付诸实施的过程,其核心是优化设计各个土层生态位、确定和优化关键层。因此,土壤剖面重构方法就是在深入分析自然土壤剖面结构和损毁土地特征的基础上,基于需求确定重构土壤剖面的目标;然后对每一土层空间生态位适宜度进行分析;再通过土层生态位的空间位、宽度、重叠、差距和竞争等要素分析,确定可能的土壤剖面构型和关键层;最后通过室内外种植试验或模拟试验验证与筛选,从而获得最佳生产力功能的土壤剖面构型。基于这一原理和方法,提出了“分层剥离、交错回填的土壤重构技术工艺原理,“分层是满足“土层生态位和“关键层构造的要求,“交错是实现土壤重构连续、高效的施工工艺,并以露天煤矿采复一体化和采煤塌陷地挖深垫浅复垦为例介绍了土壤重构工法。最后,以山东黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地为例,介绍了土壤重构原理与方法的应用和实践。