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國(guó)土資源類

【理論方法】胡振琪團(tuán)隊(duì)礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)理論——礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的理論與方法

日期：2022-10-17　人氣：5375

創(chuàng)新點(diǎn)

本文的目的是為礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)探討?yīng)毺氐幕A(chǔ)理論——復(fù)墾土壤重構(gòu)的理論與方法。

土壤重構(gòu)是礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，本文首次提出“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”的新概念，從理念上闡明不同土層功能作用和土壤剖面構(gòu)型的重要性，為土壤剖面構(gòu)型的優(yōu)化和土壤重構(gòu)技術(shù)的革新提供理論支撐。

提出礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的原理：以土層生態(tài)位和土壤關(guān)鍵層為理論基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，其核心是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。

首次提出了包含4步驟的土壤剖面重構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，尤其是提出了土層生態(tài)位優(yōu)化的理論分析方法及最終篩選優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型的方法。

1、研究背景

礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。

礦產(chǎn)資源的開采首先影響的是土地，無(wú)論是露天開采的直接挖損還是井工開采的地表沉陷，都導(dǎo)致歷經(jīng)數(shù)百年甚至上萬(wàn)年形成的土壤受到破壞，因此，礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)是恢復(fù)土壤。土壤是一切生物之基。如果沒有很好地恢復(fù)土壤，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)就很難恢復(fù)，為此，許多國(guó)家把復(fù)墾土壤生產(chǎn)力水平作為衡量復(fù)墾工程成敗的標(biāo)準(zhǔn)，因此，土壤重構(gòu)（soil reconstruction）就成為土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵和核心。

經(jīng)過國(guó)內(nèi)外幾十年的研究和實(shí)踐，復(fù)墾土壤重構(gòu)的研究已取得很大進(jìn)展，有了“分層”構(gòu)造的意識(shí)，但大都是對(duì)礦山損毀土壤改良、表土覆蓋以及結(jié)合采礦與復(fù)墾技術(shù)的土壤重構(gòu)工藝進(jìn)行的探討，但在為什么“分層”和如何“分層”等理論支撐方面十分缺乏，因此，為填補(bǔ)礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)理論空白，提升整個(gè)行業(yè)的科學(xué)水平，提高復(fù)墾工藝效率及效益，有必要對(duì)土壤重構(gòu)的理論與方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和提升，為礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)獨(dú)特的基礎(chǔ)理論提供支撐。

2、摘要

土壤是生物之基，土壤重構(gòu)是礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。本文的目的是革新土壤重構(gòu)理念，凝練和提升土壤重構(gòu)理論與方法，為礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)獨(dú)特基礎(chǔ)理論提供支撐。本文回顧了礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的研究歷史，從單元土體空間重構(gòu)的視角，提出了四維重構(gòu)的概念，即垂直方向（Z）的土壤剖面重構(gòu)、水平方向（X，Y）的地貌重塑、時(shí)間維（T）方向的土壤改良，其中垂向剖面重構(gòu)是土壤重構(gòu)的核心，也是土壤重構(gòu)的狹義概念?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外礦山生態(tài)修復(fù)成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)，依據(jù)土壤發(fā)生學(xué)原理和師法自然的理念，提出了“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”的概念，認(rèn)為不同土層有其獨(dú)特的生態(tài)功能和空間位置，將各個(gè)土層在空間的位置及其與相關(guān)土層之間的功能關(guān)系與作用，稱之為“土層生態(tài)位”；將影響土壤整體功能和生產(chǎn)力的關(guān)鍵土層，稱之為“土壤關(guān)鍵層”。礦山復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)的原理就是以土層生態(tài)位為理論基礎(chǔ)、土壤關(guān)鍵層為構(gòu)造核心，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，其核心是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。因此，土壤剖面重構(gòu)方法就是在深入分析自然土壤剖面結(jié)構(gòu)和損毀土地特征的基礎(chǔ)上，基于需求確定重構(gòu)土壤剖面的目標(biāo)；然后對(duì)每一土層空間生態(tài)位適宜度進(jìn)行分析；再通過土層生態(tài)位的空間位、寬度、重疊、差距和競(jìng)爭(zhēng)等要素分析，確定可能的土壤剖面構(gòu)型和關(guān)鍵層；最后通過室內(nèi)外種植試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)驗(yàn)證與篩選，從而獲得最佳生產(chǎn)力功能的土壤剖面構(gòu)型?；谶@一原理和方法，提出了“分層剝離、交錯(cuò)回填”的土壤重構(gòu)技術(shù)工藝原理，“分層”是滿足“土層生態(tài)位”和“關(guān)鍵層”構(gòu)造的要求，“交錯(cuò)”是實(shí)現(xiàn)土壤重構(gòu)連續(xù)、高效的施工工藝，并以露天煤礦采復(fù)一體化和采煤塌陷地挖深墊淺復(fù)墾為例介紹了土壤重構(gòu)工法。最后，以山東黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地為例，介紹了土壤重構(gòu)原理與方法的應(yīng)用和實(shí)踐。

3、部分圖表

圖1 自然土壤剖面示意圖

圖2 土壤剖面構(gòu)型(部分)示意圖

(修改于熊毅，1965)

圖3 某“挖深墊淺”復(fù)墾技術(shù)重構(gòu)土壤

剖面案例（混合、無(wú)分層現(xiàn)象）

圖4 土壤重構(gòu)的概念模型示意圖

圖5 “土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”示意圖

圖6 土壤重構(gòu)剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法流程圖

圖7 “土層生態(tài)位”概念模型

圖8 露天礦采復(fù)一體化土壤重構(gòu)

工藝示意圖

圖9 采煤塌陷地挖深墊淺復(fù)墾

土壤剖面構(gòu)型

圖10 挖深墊淺復(fù)墾土壤重構(gòu)

工藝示意圖

圖11 可能的上土下沙土壤剖面構(gòu)型

圖12 可能的夾層式土壤剖面構(gòu)型

圖13 黃河泥沙交替多層多次充填

土壤重構(gòu)工藝示意圖

4、礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)相關(guān)概念與內(nèi)涵簡(jiǎn)介

（1）土壤重構(gòu)

土壤重構(gòu)亦是重構(gòu)土壤，是綜合運(yùn)用工程措施及物理、化學(xué)、生物、生態(tài)措施，使受損的土壤系統(tǒng)功能得以恢復(fù)的過程或活動(dòng)，重點(diǎn)是構(gòu)造一個(gè)適宜土壤剖面，恢復(fù)土壤肥力因素，為植物生長(zhǎng)構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的物理、化學(xué)和生物條件，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力，并使其具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

從“土壤系統(tǒng)”構(gòu)造的視角，土壤重構(gòu)就是“造土”加“土壤剖面構(gòu)造”。

此外，土壤重構(gòu)是單元土體的四維重構(gòu)，即是在考慮土地用途和仿照自然土壤的情況下，單元土體在垂向上疊加構(gòu)建合理的土壤剖面構(gòu)型；在平面上科學(xué)重塑地形地貌；在時(shí)間維上通過人工和自然的改良提升重構(gòu)土壤肥力，使重構(gòu)的土壤達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力。因此，廣義的土壤重構(gòu)包括土壤剖面重構(gòu)、地貌重塑和土壤改良。

（2）土層生態(tài)位

將各個(gè)土層在空間上所占據(jù)的位置及其與相關(guān)土層之間的功能關(guān)系與作用，稱之為“土層生態(tài)位”。其內(nèi)涵是每一土層有其獨(dú)特的生態(tài)功能和空間位置，它與其他土層有密切的相互作用關(guān)系，需要科學(xué)合理的處理每一土層才能構(gòu)造出理想的土壤剖面，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的土壤系統(tǒng)功能。

（3）土壤關(guān)鍵層

將影響土壤生產(chǎn)力的關(guān)鍵土層，稱之為“土壤關(guān)鍵層”。土壤關(guān)鍵層以其顯著的形態(tài)分異特征為重要標(biāo)志，其功能明顯區(qū)別于相鄰或其它的土層。常見的土壤關(guān)鍵層主要有表土層、含水層、隔水層等，也有一些嚴(yán)重影響土壤剖面功能或生產(chǎn)力的障礙層，也稱之為“關(guān)鍵層”，這就需要在復(fù)墾重構(gòu)時(shí)消除原有的障礙，改善土壤生產(chǎn)力。

5、礦山復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)原理與方法簡(jiǎn)介

基于對(duì)土壤剖面的正確認(rèn)識(shí)，土壤剖面重構(gòu)原理就是以土層生態(tài)位為理論基礎(chǔ)、土壤關(guān)鍵層為構(gòu)造核心，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，重點(diǎn)是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。

基于上述原理，土壤剖面重構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為：①在深入分析自然土壤剖面結(jié)構(gòu)和損毀土地特征的基礎(chǔ)上，基于需求確定重構(gòu)土壤剖面的功能目標(biāo)；②通過待構(gòu)土層理化-生物特性的分析及土層生態(tài)位適宜度評(píng)價(jià)，確定各土層生態(tài)位的基本屬性特征；③通過土層生態(tài)位的空間位、寬度、重疊、差距和競(jìng)爭(zhēng)性等要素分析及土層間相互作用關(guān)系分析，確定可能的土壤剖面構(gòu)型和土壤關(guān)鍵層；④通過室內(nèi)外種植試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)進(jìn)行整體優(yōu)化和方案篩選，重點(diǎn)是土壤關(guān)鍵層的優(yōu)化和作用機(jī)理分析，從而獲得最佳生產(chǎn)力功能的土壤剖面構(gòu)型。

（以上資源來(lái)源于礦山地質(zhì)環(huán)境網(wǎng)，版權(quán)歸原作者及原網(wǎng)站所有，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除處理）

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