不同黄河泥沙充填复垦土壤剖面对土壤与作物中元素分布的影响

作者：唐本玲; 胡振琪; 王亚平^*

来源：煤炭学报, 2021, S2: 915-924.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.st20.1791

• 黄河泥沙
• 土壤剖面
• 氮磷钾
• 重金属元素
• 元素分布

利用黄河泥沙充填是滨黄河地区采煤沉陷地复垦的有效手段，但是复垦的土地存在覆土不足、保水保肥性差、农作物产量低等问题，故需要开展黄河泥沙复垦采煤沉陷地土壤剖面重构技术以及元素在不同剖面中的迁移转化研究，以指导复垦工艺及后续的农田利用及管理。本研究以黄河泥沙为填充材料，借鉴传统农业土壤剖面特点和现有充填复垦技术形成的土壤剖面特点，综合考虑表层覆土厚度等因素，设计4种不同的土壤剖面构型：30 cm土+70 cm黄河泥沙、50 cm土+50 cm黄河泥沙、30 cm土+40 cm黄河泥沙+15 cm土+15 cm黄河泥沙、50 cm土+40 cm黄河泥沙+10 cm土。通过室内土柱玉米栽培试验，在玉米生长过程中，表层施肥添加主量营养元素氮(N)、磷(P)、钾(K)和表层灌水添加有害重金属元素铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)、汞(Hg)、铬(Cr),玉米生长结束后，从土柱表层开始以10 cm为单位采集土柱样品，并采集玉米植株样品，测试其中的N,P,K,Pb, Cd, As, Hg, Cr含量。研究发现，具有相同覆土厚度的剖面构型1和剖面构型3、剖面构型2和剖面构型4,各元素的分布规律整体比较相似，但由于剖面构型3增加了中间夹心土层、剖面构型4增加了底层土层，增强了对元素的吸附作用，对N,P的保持作用增强；K在所有剖面中未见明显规律；重金属被吸附在表层，在所有剖面构型中规律一致。在作物实验中，增加中间夹心土层的剖面构型3有利于N,P的保留；K主要由玉米吸收，在土壤中几乎无保留；玉米中的重金属属于较弱吸收，污染风险较低。分析实验用的土壤及黄河泥沙的粒度分布、pH、有机质及矿物组成，由于黄河泥沙粒度较大、pH较低、有机质含量较低且黏土矿物成分包括绿泥石和伊利石等含量较低，不利于元素的保留，故增加了中间夹心土层的剖面构型有利于肥力、水分的保持，但是考虑到复垦工艺的操作难度，建议采用剖面构型3(30 cm土+40 cm黄河泥沙+15 cm土+15 cm黄河泥沙)。

• 单位
  中国地质科学院; 国家地质实验测试中心; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）