煤矿区复垦土壤压实机理及其土壤环境效应研究

采煤造成的土地塌陷问题目前已经成为研究的热点问题，我国采煤塌陷地已经达到400万公顷，且以以每年3.3～4.7万公顷的速度增加，因此土地复垦已迫在眉睫。由于土地复垦过程对土壤进行强烈扰动以及机械对土壤的碾压，造成复垦土壤严重压实，导致土壤容重增加，结构破坏，质地粘重、透气性较差，因此土壤环境发生了较大变化，严重影响土壤微生物数量和活性，进而影响土壤养分的转化和存在方式。本研究在煤矿区选择典型土地复垦场地进行土壤压实、土壤环境因子及土壤养分状况的观测，通过室内模拟揭示复垦土壤压实机理，以及土壤压实引起的土壤环境因子的变化规律，探明复垦土壤微生物活性及土壤养分的变化及转化规律。

我国采矿引起的各种工矿废弃地累计超过400万公顷，我国的土地复垦更具有紧迫性。复垦质量的重点是土壤因素的重构，但目前针对复垦土壤压实问题的研究尚属空白，对其产生机理、压实程度、特点以及演变规律的研究十分缺乏。.研究通过在山东农业大学南校区建立试验区，并结合济宁典型复垦试验区，从土壤压实机理、复垦土壤环境因子变化、复垦土壤微生物活性、复垦土壤养分转化及复垦土壤环境调控5个方面进行研究。利用土壤压实度仪和探地雷达（GPR）观测他人压实状况，利用激光颗粒仪、CT分析他人颗粒组成及他人孔隙状况，利用土壤三相仪、土壤热通量仪观测土壤水分、温度和盐分状况。主要成果如下：.①探明了复垦土壤的压实机理：压实机械、压实次数和土层厚度都是影响土壤压实度的显著性因素，从临界碾压次数和敏感粒径范围的角度探明了不同压实机械和不同填充材料的压实机理。.②建立了基于GPR的土壤压实探测模型：分别研究不同复垦工艺复垦土壤GPR特征、不同施工机械下复垦土壤GPR特征、不同复垦年限复垦土壤GPR特征以及建立土壤压实的GPR无损探测模型，这方面研究处于国内领先地位。.③掌握了复垦土壤环境因子的变化规律：分别研究了不同施工机械、充填材料以及复垦年限之间容重、孔隙度、微结构的情况，以及土壤气、热之间的关系。采用激光颗粒仪和CT扫描相结合从土壤固相和土壤孔隙两方面共同研究复垦土壤的微结构特征，将分形理论应用到土复垦土壤结构的研究中，定量的分析复垦土壤颗粒和土壤孔隙状况变化规律，研究复垦土壤颗粒和土壤孔隙变化规律，并与其他土壤性质建立相关关系。.④解析了复垦土壤微生物活性的变异特征：分别研究了复垦土壤细菌、真菌、放线菌数量以及脲酶和磷酸酶的含量。针对质地相对疏松的粉砂质土壤，随碾压次数的增加，生物数量、酶活性均呈现出先增加后降低的倒“V”型变化，以5次或7次碾压为临界碾压次数，总的来说，以模拟履带式推土机碾压的土壤理化性质更优。.⑤探明了复垦土壤养分转化规律：分别研究了不同复垦方式、不同复垦年限以及不同施工机械下土壤养分的转化规律。解释了复垦土壤的养分变化规律，并分析微生物活性、土壤养分与复垦土壤的物理性质三者之间的相关性，探明土壤养分的转化过程。.⑥提出复垦土壤环境调控措施：针对复垦土壤压实严重、物理性状差、养分较低等问题，结合研究区资源状况，首次首次提出了蘑菇料改良土壤技术，进行了蘑菇料改良复的试验。