矿区退化土地土壤改良剂的研制.doc
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1、精品论文推荐矿区退化土地土壤改良剂的研制张晓薇 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新(123000) E-mail: 摘要:阜新是一个因煤而立、因煤而兴的典型资源开采城市,长期以来,矿区由于没有土地复垦再利用规划,产生了大量的矿区废弃地,在废弃地上植物稀少,水土流失严重,造成 矿区水体、土壤、大气的严重污染,引发一系列经济、生态、社会等方面的问题。本文对阜新矿区煤矸石山生态环境、煤矸石及其风化物的物理化学生物特性作了综合阐述,同时,对作为煤矸石山复垦的土壤改良剂的沙土的物理化学性质也作了分析。沙土的取土地点在阜新 市辖区内的彰武县,此地土壤沙化严重,我们通过试验将沙土和煤矸石按照不同的
2、比例混合,种植当地特征植物黄豆和谷子,通过不同比例下植物的生长状况判断沙土和煤矸石的最佳配 比。盆栽试验表明当沙土和混合土壤总重的比例为 17%时,最适宜黄豆生长,当比例为 67%时最适宜谷子生长。这个试验可为大面积煤矸石山复垦提供参考数据。 关键词:矿区废弃地;土壤改良剂;盆栽试验中国分类号:X144文献标识码:A1. 引言阜新是一个因煤而立、因煤而兴的典型资源开采城市,长期以来,矿区由于没有土地复 垦再利用规划,产生了大量的矿区废弃地。煤炭开采导致了恶劣的生活环境,而自然恢复是 非常缓慢的,通常需要 50100 年,特别是土壤的恢复,可能需要 10010000 年,甚至还有 些磷、钾、钙、
3、镁等营养元素的缺乏难以由自然过程所恢复,因此,为了加速矿区的生态恢 复,采用人为方式恢复,对植物生长的基质土壤进行改良。在废弃地基质改良中用于基 质改良的材料非常重要,要本着“经济、合理”的原则,就近取材“以废治废”才能具有很好的 生态效益和社会效益。本文取彰武县沙土,通过盆栽试验将沙土和煤矸石按照不同的比例混 合,种植当地特征植物黄豆和谷子,不同比例下植物的生长状况判断沙土和煤矸石的最佳配 比。从而为大面积煤矸石山复垦提供参考数据1。2. 阜新矿区煤矸石及其风化物物化特性2.1 阜新矿区生态环境特点阜新矿区地处辽宁西北部,是典型半干旱地区。属北温带大陆型多风气候区,1 月最冷 平均气温为-1
4、1.6,极端最低气温为-28.4,7 月最热,平均气温为 24.2 ,极端最高气 温为 40.6,年平均气温为 7100,平均相对湿度为 5060%,最少月份平均相对湿度在20%以下。一般说来,年降水量尚可满足林木生长的需要,但各年降水量分布极不均匀,最 多年份可达 1190mm,为常年降水的 89%,最少年份为 230mm,仅为常年降水的 44.9%,因 此经常出现周期性干旱,干旱频率为 2025%。降水量在一年中分布也不均衡,夏季 68 月 份占全年降水量的 6070%,春、冬少雨雪,春季 45 月份干旱频率为 2531%。土壤主要 是在各种岩石风化物残积母质上以及黄土、红土母质上发育的淋
5、溶褐色土、褐土性土,多分 布在丘陵和低山丘陵区,阜新以西分布着棕色森林土,另外该区还有少部分碳酸盐褐土。一 般土层较薄多在 1030cm 之间。- 7 -2.2 阜新矿区煤矸石组成煤矸石的特征主要体现在其岩性、矿物组成和风化母质的性状等方面。岩性及矿物组成 是土壤形成的母质来源,对土壤性状有一定的控制作用,对矸石山的土壤演化也有不可忽视 的作用。母质是土壤形成的物质基础,母质的一些性状(如机械组成、化学性质等)都直接影 响成土过程的速度、方向和自然肥力。因此,煤矸石的岩石、矿物及其化学组成特征对煤矸 石风化物的理化性质具有重要的影响,从而制约矸石山土地资源的利用及其生产力2。2.2.1 岩石组
6、成特征 阜新矿区为中生代陆相含煤盆地,煤系地层主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩,煤系上覆下伏地层有安山质火山熔岩、集块岩、凝灰岩、凝灰质砂岩(王国平,2004)。煤矸石由碳质页岩、凝灰质页岩、凝灰质粉砂岩、细砂岩、中粗粒长石石英砂岩、砾岩、伊利石粘土 岩及辉绿岩(后期侵入于煤系中的脉岩)组成,显微镜下可见煤矸石中广泛含有火山玻屑、长 石、石英晶屑、火山岩屑及微细火山凝灰岩。本矿区煤矸石普遍发生过自燃,自燃后的煤矸 石呈红色,惯称“红矸”,体重变轻。含碳矸石、页岩、粉砂岩、细砂岩类的矸石分解成细块; 碎块长石石英砂岩呈不同程度高岭土化,大块砂岩基本保持原状,强度变化不大,含铁低者 呈灰白色,惯称“白
7、矸”。以未自燃的含碳高的煤矸石为主的矸石,惯称“黑矸”;以未自燃的 页岩及碳质粉砂岩为主的矸石惯称“灰矸”。不同矿区和不同采煤阶段产出的煤矸石常以“黑 矸”、“灰矸”为主。2.2.2矿物及化学组成特征 据王国平(2004)的研究,阜新矿区代表性煤矸石的主要化学成分如表 2-1,它与我国其他煤矿的煤矸石相比,具有硅高、铝低、高钾(含 K2O1.88%4.84%,多在 3%以上),普遍含铁、钦,页岩中 CaO+MgO 含量偏高的特征。岩矿鉴定查明,碳质砂页岩、页岩、粉砂岩 均为凝灰质火山岩,细砂岩及中、粗粒长石石英砂岩也与火山喷发沉积有关。其矿物成分为 石英、长石(可见微斜长石、条纹长石、正长石及
8、少量斜长石,部分呈高岭土化及周边碳酸 盐化)、煤、石墨、褐铁矿、白云母、铁白云石,伊利石类粘土矿物。粘土及胶结物微细矿 物经 X 光粉晶衍射鉴定,由石英、伊利石、铁白云石、白云石、白云母及石墨组成,并发 现有陨铁硅石、斜硅钙石。SiO2 来自石英、长石、伊利石等铝硅酸盐矿物,SiO2 含量大于57%者,主要是富含石英的砂岩类;Al2O3 含量由长石及粘土矿物决定,在页岩类煤矸石及砂岩类煤矸石中含量都很接近;CaO 与 MgO 来自铁白云石、白云石等与粘土及凝灰质胶结 物共生的微细矿物,其含量变化是区分页岩与砂岩界限的标志,可用(CaO+MgO)/ SiO2 比值来表示。表 1 中各类煤矸石的钙
9、镁硅比值见表 2 。聚类分析表明,其比值0.12 为高钙 镁页岩型煤矸石,比值0.06 为砂岩型煤矸石(含 SiO2 大于 58%)。由表 2 可知,除凝灰质或 炭质页岩和伊利石粘土岩为高钙镁页岩型煤矸石之外,其余均为砂岩型煤矸石3。表 1 阜新矿区煤矸石化学成分表%岩石类型SiO2Al2O3CaO+MgOK2O+Na2OFe2O3SO3TiO2烧失量混合煤矸石58.1914.263.935.124.820.200.5910.5961.1315.123.755.374.920.699.05凝灰质或炭质页岩46.7013.316.242.656.080.6024.4251.2313.625.75
10、2.944.820.200.5720.03凝灰质粉砂岩57.1215.053.743.404.700.200.6414.1460.0918.411.643.655.810.619.65细砂岩60.3214.973.914.144.840.200.649.8562.3815.902.585.275.290.697.09中粗粒长石石英砂62.7418.741.065.783.580.636.89自燃红色砂岩67.4617.292.306.943.960.561.13伊利石粘土岩46.5014.1011.353.566.650.5816.72表 2 阜新矿区煤矸石各岩石类型钙镁硅化学成分表%岩石类型
11、MgO+ Al2O3CaO+MgOSiO2(CaO+MgO)/ SiO2凝灰质或炭质页岩18.533.8459.660.065凝灰质粉砂岩19.466.0048.970.123细砂岩19.422.6958.610.047中粗粒长石石英砂岩18.683.2561.350.053自燃红色砂岩19.801.0662.740.017伊利石粘土岩19.592.3067.460.034混合煤矸石25.4511.3546.500.2493. 彰武县沙土的性质3.1 沙土来源地基本状况彰武县北部地处科尔沁沙地南缘,输科尔沁沙地的一部分,西辽河横贯这块沙地的中部。 这块沙地就其起源属于古代冲积沙地,是第四纪冰后
12、期西辽河及其支流泛滥沉积的沙层,后 被西辽河下切及泛滥面缩小而形成的砂质阶地。该地区曾被森林植被、森林草原植被及草原 植被所复被形成土层厚达 70100cm 上下的砂质和砂壤质黑土型土壤,地形也较平缓。科 尔沁沙地沙漠化发生在 19 世纪后期清朝政府推行轮荒招垦政策,对森林的滥伐、不合理的 农垦及过度放牧,致使天然植被遭到彻底破坏和毁灭。裸露出来的地段,遭受强烈的风蚀, 较粘重的深厚表土层被吹失,露出松散的石英基砂,可谓古砂翻新,形成大片流沙,甚至形 成面积较大的流动沙丘群和流动沙丘带。到解放前夕,这里从原来的“灌丛成林、草层茂密 的肥美草原”变成了“一望无际的白花花的沙坨子”。“沙魔”迫使当
13、地居民几迁家园,道路被 阻塞,良田被埋没,牧地边沙场。1952 年原东北人民政府颁布了“营造东北西部与内蒙古东 部防护林”的决定。为了配合这项工程的设计和实施,原辽西省人民政府于 1952 年在彰武县 北部沙区建立了章古台固沙造林实验站开展调查研究工作,后为了加强研究工作又扩建了辽 宁省固沙造林研究所。经过了 50 多年的不懈努力,开展了大量卓有成效的固沙造林实验, 在章古台镇及周围地区营造了大面积的试验示范林,并推广到其它县、市区,取得的成果受 估计关注。这里已由昔日的白花花的沙坨子变成了一片片一望无际的绿油油的林海。生态环境明显好转,风平沙退,天朗气清,五谷丰收,六畜兴旺。然而,近年来个别
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