徐良驥，黃璨，李青青，朱小美，劉曙光安徽理工大學(xué)測繪學(xué)院，安徽 淮南 23200

?

煤矸石粒徑結(jié)構(gòu)對充填復(fù)墾重構(gòu)土壤理化性質(zhì)及農(nóng)作物生理生態(tài)性質(zhì)的影響

徐良驥1，黃璨1，李青青1，朱小美1，劉曙光1
安徽理工大學(xué)測繪學(xué)院，安徽 淮南 232001

摘要：為了研究自然煤矸石充填復(fù)墾地和不同覆土厚度條件下不同顆粒級配煤矸石充填復(fù)墾地重構(gòu)土壤理化性質(zhì)及在其之上生長的玉米（Zea mays L.）的生理生態(tài)特性，以淮南創(chuàng)大“煤矸石充填復(fù)墾示范基地”為研究區(qū)域，通過分區(qū)分層采集實驗區(qū)范圍內(nèi)土壤樣品，檢測并分析其主要營養(yǎng)元素及重金屬含量，監(jiān)測實驗區(qū)內(nèi)玉米各生理生態(tài)指標(biāo)變化情況及其植株各部分的重金屬含量，探究以不同顆粒級配煤矸石作為填充基質(zhì)對其充填區(qū)域農(nóng)作物的影響。實驗結(jié)果表明：經(jīng)過分選后的煤矸石作為填充基質(zhì)比自然狀態(tài)下的煤矸石填充基質(zhì)具有較好的保水保肥性和透氣性，尤其以70%～100%粒徑為＜80 cm的煤矸石作為填充基質(zhì)的重構(gòu)土壤培育的玉米，其各項生理生態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)良好，說明該復(fù)墾方案更有利于玉米的生長。但兩種以煤矸石作為主要填充基質(zhì)的復(fù)墾方案都面臨土壤中部分重金屬含量超標(biāo)和向植物體遷移的問題。如何降低重構(gòu)土壤中重金屬含量，減少土壤中重金屬向植物體內(nèi)的遷移將成為今后研究的重點。

關(guān)鍵詞：不同顆粒級配煤矸石；充填復(fù)墾；玉米生理生態(tài)特性；重金屬含量

XU liangji,HUANG Can,LI Qingqing,ZHU Xiaomei,LIU Shuguang.Study on the Physical-chemical Properties of Reconstructed Soil in Filling Area Affected by the Substrate Made of Coal Gangue with Different Particle Size Distribution and the Crop Effect [J].Ecology and Environmental Sciences,2016,25(1):141-148.

煤矸石是淮南礦區(qū)煤炭開采和加工利用過程中排放量最大的固體廢棄物，其排放量約占原煤的10%～20%，淮南市煤炭生產(chǎn)排放的煤矸石堆存量達2000多萬噸，占地93.15 hm2，每年排放的煤矸石400萬噸左右（陳永春等，2011）。大量煤矸石的排放導(dǎo)致土地壓占和生態(tài)環(huán)境的破壞，利用煤矸石充填復(fù)墾造地不僅能恢復(fù)開采沉陷區(qū)的土地資源，而且能處理消化煤矸石，經(jīng)濟環(huán)境效益顯著。

目前國內(nèi)外有關(guān)利用煤矸石充填復(fù)墾的研究集中在復(fù)墾地重構(gòu)土壤理化性質(zhì)、環(huán)境效應(yīng)及生產(chǎn)力等方面，主要包括：不同充填復(fù)墾年限的復(fù)墾地土壤理化性質(zhì)變化（徐良驥等，2014a；王金滿等，2012）；煤矸石充填復(fù)墾的環(huán)境效應(yīng)（秦俊梅等，2013；董霽紅等，2010）；煤矸石充填復(fù)墾土壤污染的潛在風(fēng)險評價（王興明等，2012；董霽紅等，2012）；充填復(fù)墾土地生產(chǎn)力評價（Rodionov et al.，2012）。而對于煤矸石基質(zhì)粒徑結(jié)構(gòu)對充填重構(gòu)土壤的持水保肥能力的影響方面很少有研究。本文結(jié)合前期研究成果，通過田間小區(qū)試驗和室內(nèi)測試分析，綜合考慮重構(gòu)土壤水分、養(yǎng)分、作物長勢產(chǎn)量等各項因素，分析煤矸石基質(zhì)的粒徑結(jié)構(gòu)對充填復(fù)墾重構(gòu)土壤理化性質(zhì)及作物生理生態(tài)性質(zhì)的影響，以期為優(yōu)化煤矸石充填復(fù)墾施工工藝和提高復(fù)墾地生產(chǎn)力提供一定的理論依據(jù)。同時對復(fù)墾地土壤及作物中的重金屬進行監(jiān)測，評價煤矸石充填復(fù)墾的安全性。

1　研究區(qū)域概況

田間試驗小區(qū)于2013年12月建成，總面積為300 m2，位于淮南礦區(qū)潘北礦南部，平均地下水深度為1.5 m。試驗小區(qū)平均分隔為10 m×10 m的試驗地塊，共3塊。以取自淮南朱集礦和潘北礦的不同粒徑掘進矸石或二洗矸作為填充基質(zhì)，并根據(jù)大于80 mm粒徑和小于80 mm粒徑的煤矸石構(gòu)成比例不同依次標(biāo)注為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號地塊，上覆50 cm黃土。各試驗地塊之間及試驗小區(qū)與外界田地間均用隔水土工布分隔。各試驗地塊內(nèi)重構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)及煤矸石粒徑構(gòu)成詳細情況見表1。

試驗小區(qū)各試驗地塊覆土均為黃壤土（yellow loam），厚度均為50 cm。其主要理化性質(zhì)如表2所示。充填材料為朱集礦和潘北礦所產(chǎn)煤矸石，是介于巖石和黏土之間的特殊粗粒土。其化學(xué)組成如表3所示。

表1　各試驗地塊重構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)Table 1　The reconstructed soil structure in different plots

表2　試驗地塊覆土的主要理化性質(zhì)Table 2　Main physical-chemical properties of cover soil in experimental plot

表3　試驗小區(qū)煤矸石基質(zhì)礦物組分Table 3　Mineralogical composition of coal gangue substrate inexperimental field

該試驗小區(qū)于2014年4月種植玉米（Zea mays L.）并進行土壤樣品采集測試工作。為監(jiān)測自然狀態(tài)下的復(fù)墾區(qū)玉米長勢，試驗小區(qū)除在建設(shè)初期施以有機肥并定期灌溉外，其他田間管理與周邊農(nóng)田一致，在玉米生長期內(nèi)不施任何肥料。

2　材料與方法

2.1材料準備

土壤樣品采集時間分別為2014年6月19日、2014年7月3日和2014年6月起至7月止，采樣時天氣晴朗，非雨后，溫度適宜。利用GPS定位，在各試驗小區(qū)按照“梅花樁法”（張甘霖等，2012）布設(shè)采樣點并進行分層采樣，具體布設(shè)位置如圖1所示。

圖1　田間試驗小區(qū)及采樣點分布示意圖Fig.1　Distribution of experiment plots and sample points

2.1.1土壤理化性質(zhì)分析樣品的采集

利用φ 50.24 mm×50 mm環(huán)刀分別采集各試驗地塊0～10 cm、＞10～50 cm土壤樣品，各試驗地塊內(nèi)布設(shè)5個采樣點，各采樣點各土壤層采集2個樣品，共計60個樣品。同樣方法在對照地塊采集樣品20個。

2.1.2玉米生理生態(tài)特征樣品及相關(guān)數(shù)據(jù)采集

自玉米出芽期至成熟收割期，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號試驗地塊和對照地塊內(nèi)隨機抽取10株長勢一致的玉米監(jiān)測玉米株高、葉綠素濃度，檢測玉米產(chǎn)量。每玉米植株測株高3次后取平均值作為每株株高，選取每植株上2片葉片測量葉綠素濃度10次后取平均值。將上述玉米植株的葉片、莖、根、苞葉和籽粒經(jīng)過完全干燥、研磨后進行玉米植株重金屬元素監(jiān)測。

2.2檢測方法

土壤監(jiān)測指標(biāo)包括：煤矸石粒徑結(jié)構(gòu)，表層覆土土壤含水量，煤矸石重金屬含量，土壤速效N、P、K含量；玉米監(jiān)測指標(biāo)包括：玉米株高，葉綠素濃度，玉米產(chǎn)量，玉米葉片、莖、根、苞葉及籽粒重金屬元素含量。具體的監(jiān)測方法如表4所示。

表4　樣品監(jiān)測指標(biāo)及方法Table 4　The indexes and test methods for different samples

2.3數(shù)據(jù)分析方法

本文主要選擇CORREL函數(shù)作為分析函數(shù)，進行土壤含水量和不同養(yǎng)分含量間的相關(guān)性分析；采用相關(guān)性分析方法，對玉米不同部位各重金屬元素含量進行分析。

3　結(jié)果與分析

3.1試驗結(jié)果

3.1.1土壤含水量分析

試驗地塊和對照地塊各土壤樣品的含水量監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，試驗地塊Ⅱ各土壤層在監(jiān)測初期具有最高土壤含水量，隨著時間推移，各地塊底層土壤含水量逐漸高于表層土壤；試驗地塊Ⅲ平均土壤含水量最低。監(jiān)測結(jié)果表明，試驗地塊Ⅱ重構(gòu)土壤，即粒徑＜80 mm的煤矸石級配為70%的填充基質(zhì)在一定時間范圍內(nèi)能夠有效保持土壤水分，分析原因是本試驗中粒徑＜80 mm的煤矸石質(zhì)地多為黏土，化學(xué)成分以SiO2為主，其保水性較好（王宇等，2008），細粒徑矸石作為填充基質(zhì)，其壓實度較好，土壤孔隙較小，利于土壤保持水分。但與對照地塊相比，復(fù)墾地重構(gòu)土壤水質(zhì)量分數(shù)較低，建議采取相應(yīng)措施改良其保水性。

圖2　各時期不同粒徑結(jié)構(gòu)煤矸石充填復(fù)墾重構(gòu)土壤含水量（質(zhì)量百分比）Fig.2　Different water content of reconstructed soil in reclaimed filling area by different particle size

3.1.2土壤營養(yǎng)元素分析

不同試驗地塊土壤樣品速效氮、速效磷和速效鉀含量監(jiān)測結(jié)果如表5、表6所示。

表5　各試驗地塊不同土壤層3種營養(yǎng)元素質(zhì)量分數(shù)Table 5　Contents of three nutrients in different soil layers of the plots and the standard values　　　　　　　　　　　　mg·kg-1

表6　各試驗地塊不同土壤層3種營養(yǎng)元素含量與背景值差異顯著性分析Table 6　Analysis about significance of difference between contents of three nutrients in different soil layers of the plots and background values

由表2及表5可知，種植作物前，試驗地塊覆土中的速效氮、速效磷和有效鉀含量均符合背景值，對試驗地塊中作物的速效氮、速效磷和有效鉀含量不構(gòu)成直接影響。

由表5及表6可知，各試驗地塊的不同土壤層中，速效氮含量與背景值（64.30 mg·kg-1）有明顯差異，表明各試驗地塊重構(gòu)土壤中氮元素嚴重缺乏，應(yīng)適當(dāng)增加人工施肥補給土壤中缺失的氮素，以滿足作物生長需要。Ⅰ號試驗地塊的50 cm以上土層的速效磷含量與背景值（15.31 mg·kg-1）差異明顯，其余各試驗地塊不同土壤層速效磷含量均與標(biāo)準值無顯著差別，表明試驗地塊重構(gòu)土壤磷元素缺乏現(xiàn)象不明顯；試驗地塊Ⅱ和Ⅲ的有效鉀含量均低于標(biāo)準值。

試驗地塊以煤矸石為基質(zhì)，其重構(gòu)土壤顆粒間孔隙較大，各營養(yǎng)元素受淋溶作用易流失（徐良驥等，2014b），故試驗地塊土壤各營養(yǎng)元素含量均低于安徽省土壤背景值。

3.1.3相關(guān)性分析

本文選擇CORREL函數(shù)作為分析函數(shù)，進行土壤含水量和不同養(yǎng)分含量間的相關(guān)性分析，結(jié)果如表7所示。分析結(jié)果表明，（1）土壤不同養(yǎng)分含量間呈正相關(guān)，說明各試驗地塊各土壤養(yǎng)分分異特征一致，即同時間段內(nèi)隨土壤含水量的增加或減少而具有類似的變化，但低于安徽省土壤背景值。（2）6月份各試驗地塊土壤含水量與速效磷、速效鉀含量之間呈正相關(guān)，7月下旬各試驗地塊土壤含水量與各營養(yǎng)元素則成負相關(guān)，分析原因為玉米在灌漿至成熟期內(nèi)需要土壤提供大量水分和養(yǎng)分，在收割期則不需要從土壤中吸收大量水分和養(yǎng)分（陳雨海，2011）。

根據(jù)表7和《相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗表》可知，當(dāng)自由度為60時，P＜0.05水平上的相關(guān)系數(shù)呈顯著性的界定值為0.250，故速效氮、速效磷和速效鉀呈顯著性相關(guān)。土壤含水量監(jiān)測初期（2014-06-19），各試驗地塊土壤含水量與土壤速效氮含量呈不顯著負相關(guān)，說明此階段土壤含水量與土壤速效氮含量沒有必然聯(lián)系；土壤含水量與土壤速效磷和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，說明土壤含水量直接影響土壤速效磷和速效鉀含量。在土壤含水量監(jiān)測中期（2014-07-03），土壤含水量與土壤速效氮和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)，與土壤速效磷含量呈顯著負相關(guān)，說明此階段土壤含水量的高低對土壤速效氮和速效鉀含量有較大影響。在土壤含水量監(jiān)測后期（2014-07-03），土壤含水量與土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量均呈顯著負相關(guān)，說明在玉米成熟期，土壤速效氮、速效磷和速效鉀的含量不會隨著土壤含水量的增加而增加。

表7　各試驗地塊土壤營養(yǎng)組分間的相關(guān)系數(shù)Table 7　Correlation between different nutrients contents in various experimental plots

3.2玉米生理生態(tài)性質(zhì)分析

3.2.1玉米株高分析

由圖3可知，在玉米出芽至拔節(jié)期（2014年4月下旬），各試驗地塊玉米平均株高無明顯差別；隨時間推移，各地塊玉米平均株高均有所增加，其中各試驗地塊玉米平均株高增長量為試驗地塊Ⅲ＜試驗地塊Ⅰ＜試驗地塊Ⅱ；玉米成熟至凋萎期，各試驗地塊玉米植株平均株高均有所下降；玉米出芽期階段，各試驗地塊的玉米株高與對照地塊無明顯差別，隨時間推移，差異逐漸顯著，且各試驗地塊玉米株高均小于對照地塊。

圖3　各時期不同粒徑結(jié)構(gòu)煤矸石充填復(fù)墾區(qū)玉米株高Fig.3　Maize height of different reclaimed area filled by coal gangue in different particle size distribution and cover soil during various of period

3.2.2葉綠素濃度分析

由圖4可知，在玉米成熟期，各試驗地塊玉米葉片葉綠素濃度試驗地塊Ⅰ＜試驗地塊Ⅲ＜試驗地塊Ⅱ；試驗地塊Ⅱ的玉米葉綠素濃度略高于對照地塊，其余各試驗地塊玉米葉片葉綠素濃度均低于對照地塊。在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期至抽雄期階段（孟磊等，2008），試驗地塊Ⅱ玉米葉片葉綠素濃度最高值為30.48 spad，即粒徑＜80 mm的煤矸石所占比例為70%的充填復(fù)墾地玉米葉片葉綠素濃度最高，表明該種粒徑級配的煤矸石基質(zhì)孔隙度較高，使土壤在有效保持土壤水分養(yǎng)分的同時保持較好的透氣性，能夠為玉米的生長發(fā)育提供良好的生長環(huán)境（邵明安等，2006）。

圖4　玉米成熟期葉片葉綠素濃度Fig.4　The chlorophyll concentration of maize leaves during the maturity

3.2.3玉米產(chǎn)量分析

由圖5可知，試驗地塊Ⅱ玉米產(chǎn)量較高，為18350 kg·hm-2，略小于對照地塊玉米產(chǎn)量18463 kg·hm-2，試驗地塊Ⅲ玉米產(chǎn)量次之，試驗地塊Ⅰ玉米產(chǎn)量最低。試驗結(jié)果表明，粒徑＜80 mm的煤矸石所占比例為70%的充填復(fù)墾地具有較高的玉米產(chǎn)量，原因為以細粒徑煤矸石為主的填充基質(zhì)的持水保肥性能較好，且具有較好的透氣性，能夠滿足玉米根系在發(fā)育過程中對水、肥和氧氣的需求。

圖5　各試驗地塊玉米產(chǎn)量Fig.5　Production of maize in various of experimental fields

3.3重構(gòu)土壤及玉米各部位中重金屬含量分析

由表8可知，朱集礦和潘北礦煤矸石及試驗地塊上覆土壤的Hg、Pb質(zhì)量分數(shù)均分別低于國家標(biāo)準值及淮南土壤背景值外，煤矸石As含量低于國家標(biāo)準及淮南土壤背景值，處于安全水平；試驗地塊上覆土壤As質(zhì)量分數(shù)為14.15 mg·kg-1，高于淮南土壤背景值10.5 mg·kg-1，應(yīng)重視其對重構(gòu)土壤構(gòu)成的潛在污染威脅；試驗地塊上覆土壤Cu質(zhì)量分數(shù)為25.63 mg·kg-1，低于國家標(biāo)準值但高于淮南土壤背景值24.2 mg·kg-1，易在農(nóng)作物中出現(xiàn)富集現(xiàn)象；潘北礦煤矸石Cd含量為0.245 mg·kg-1，高于國家一級標(biāo)準值0.2 mg·kg-1，極易出現(xiàn)富集現(xiàn)象，應(yīng)予以重視。各地塊玉米不同部位的重金屬含量如表9所示。

表8　試驗地塊重構(gòu)土壤重金屬含量及淮南背景值（楊曉勇等，1997）Table 8　Heavy metal content of reconstructed soil in experimental field and background values of Huainan

表9　不同地塊玉米各部位重金屬質(zhì)量分數(shù)Table 9　Different heavy metal mass fraction in different maize part in various of plots

由表9及表10可知，各試驗地塊玉米莖、苞葉和籽粒中As質(zhì)量分數(shù)均低于重金屬質(zhì)量分數(shù)限值，處于安全水平；各試驗地塊玉米根部As質(zhì)量分數(shù)均超標(biāo)，其中試驗地塊Ⅰ的玉米根部As質(zhì)量分數(shù)為2.21 mg·kg-1，高于標(biāo)準值1.46倍。

表10　玉米中重金屬含量限值（楊曉勇等，1997）344-347Table 10　Limit values of heavy metal content in maize

各試驗地塊玉米葉片、根部Hg質(zhì)量分數(shù)均高于標(biāo)準值（0.02 mg·kg-1）；試驗地塊地塊Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ玉米苞葉以及試驗地塊Ⅱ和Ⅲ玉米籽粒中Hg質(zhì)量分數(shù)均高于標(biāo)準值，其中試驗地塊Ⅰ玉米苞葉中Hg含量最高，為0.09 mg·kg-1。

各試驗地塊玉米莖、苞葉和籽粒中Cu質(zhì)量分數(shù)均低于限值（10 mg·kg-1），試驗地塊Ⅲ玉米葉部，各試驗地塊玉米根部Cu質(zhì)量分數(shù)超標(biāo)，試驗地塊Ⅰ玉米根部Cu質(zhì)量分數(shù)為最高值（16.63 mg·kg-1）。

各試驗地塊玉米葉片、根和苞葉部Pb質(zhì)量分數(shù)均高于標(biāo)準值（0.4 mg·kg-1），試驗地塊I、III莖部、試驗地塊Ⅲ玉米籽粒中Pb質(zhì)量分數(shù)高于標(biāo)準值，其中試驗地塊Ⅲ玉米葉片Pb含量最高，為2.53 mg·kg-1。

各試驗地塊玉米各部位Cd含量均低于標(biāo)準值（0.05 mg·kg-1），處于安全水平。

根據(jù)試驗結(jié)果和相關(guān)研究成果（周振民，2010）可知：（1）試驗小區(qū)土壤中Pb質(zhì)量分數(shù)平均值為16.84 mg·kg-1，遠低于土壤一級標(biāo)準（自然背景值35.00 mg·kg-1）；玉米中Pb質(zhì)量分數(shù)最大值為1.5 mg·kg-1，遠高于玉米重金屬質(zhì)量分數(shù)限值0.4 mg·kg-1（NY861─2004），但仍遠低于土壤中Pb質(zhì)量分數(shù)；（2）玉米根部含有大量微生物（趙仁鑫，2013），有助于根部吸收和固定重金屬元素，但根部所吸收的重金屬向上輸送較困難，因此各地塊玉米根部的重金屬含量高于其它部位。Ⅲ號地塊玉米重金屬超標(biāo)的部位、種類與數(shù)量明顯高于其他兩試驗地塊，表明細粒徑結(jié)構(gòu)的煤矸石基質(zhì)較好的保水持肥性能，在利于玉米吸收土壤水分的同時，也增大了土壤中重金屬隨土壤水的毛細作用向玉米植株遷移的量。

該試驗小區(qū)旁有堆積4 a的大型煤矸石山（已覆綠），占地面積約5.67 hm2，平均高度約15 m。該矸石山由朱集礦和潘北礦的掘進矸石和選洗矸石組成，與本文試驗小區(qū)的煤矸石填充基質(zhì)來源一致。受降雨和人工灌溉的淋溶作用，煤矸石山的淋溶水匯聚至試驗小區(qū)所在的塌陷水域，導(dǎo)致矸石山淋溶水中重金屬遷移富集于塌陷水域（徐良驥等，2007）。試驗小區(qū)覆土和玉米中的部分超標(biāo)重金屬元素來源于煤矸石基質(zhì)或塌陷水域，需要進一步試驗驗證。

4　結(jié)論與討論

4.1討論

各復(fù)墾地塊含水率低于對照地塊，中粗煤矸石作為填充基質(zhì)的復(fù)墾地塊，其保水持肥性較好；各地塊土壤養(yǎng)分含量、玉米株高、葉綠素濃度及產(chǎn)量均低于對照地塊。結(jié)合復(fù)墾工藝，綜合考慮本試驗各復(fù)墾地塊土壤理化性質(zhì)及作物生理生態(tài)特征，中粗煤矸石基質(zhì)復(fù)墾地塊的各項指標(biāo)均優(yōu)于其他復(fù)墾地塊，試驗表明煤矸石基質(zhì)粒徑結(jié)構(gòu)為(＞80 mm)∶(＜80 mm)=3∶7為最佳填充基質(zhì)粒徑結(jié)構(gòu)。

4.2結(jié)論

對各地塊進行分區(qū)分層采集土壤樣品監(jiān)測，結(jié)果顯示：復(fù)墾地重金屬元素有向上遷移并在作物體內(nèi)富集的趨勢，與其他部位相比，作物根部各重金屬質(zhì)量分數(shù)普遍較高；各復(fù)墾地塊上覆土壤和煤矸石基質(zhì)中Hg、Pb質(zhì)量分數(shù)處于安全水平；上覆土壤中Cu質(zhì)量分數(shù)高于淮南市土壤背景值，應(yīng)予以重視；煤矸石基質(zhì)中As質(zhì)量分數(shù)高于國家一級標(biāo)準值，已對復(fù)墾地土壤構(gòu)成潛在污染威脅。

由于所建試驗小區(qū)面積較小，煤矸石粒徑結(jié)構(gòu)差異對重構(gòu)土壤及農(nóng)作物的影響實驗結(jié)果需持續(xù)監(jiān)測分析進一步驗證。

參考文獻：

RODIONOV A,NII-ANNANG S,BENS O,et al.2012.Impacts of soil additives on cropyield and c-sequestration in post mine substrates of Lusatia,Germany [J].Pedosphere,22(3):343-350.

安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站.1992.安徽省土壤環(huán)境背景值調(diào)查研究報告[R].

陳永春,李守勤,周春財.2011.淮南礦區(qū)煤矸石的物質(zhì)組成特征及資源化評價[J].中國煤炭地質(zhì),23(11):20-23.

陳雨海.2011.灌溉和種植方式對小麥-玉米兩熟農(nóng)田作物耗水特性和產(chǎn)量形成的影響[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué).

董霽紅,于敏,程偉,等.2010.礦區(qū)復(fù)墾土壤種植小麥的重金屬安全性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,26(12):280-285.

董霽紅,于敏,趙銀娣,等.2012.礦區(qū)復(fù)墾土壤重金屬含量分布與光譜特征研究——以徐州市柳新礦區(qū)為例[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,41(5):827-832.

環(huán)境保護部.1995.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準GB15618─1995 [S].

孟磊,丁維新,何秋香.2008.長期施肥對冬小麥/夏玉米輪作下土壤呼吸及其組分的影響[J].土壤,40(5):725-731.

秦俊梅,白中科.2013.安太堡露天礦不同復(fù)墾基質(zhì)和植物中重金屬含量及污染評價[J].水土保持學(xué)報,27(1):176-181.

邵明安,王全九,黃明斌.2006.土壤物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社.

王金滿,楊睿璇.白中科.2012.草原區(qū)露天排土場復(fù)墾土壤質(zhì)量演替規(guī)律與模型[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,28(14):229-235.

王興明,董眾兵,劉桂建,等.2012.Zn,Pb,Cd,Cu在淮南新莊孜煤礦矸石山附近土壤和作物中分布特征[J].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報,42(1):17-25.

王宇,李業(yè)東,曹國軍.2008.長春地區(qū)土壤中重金屬含量及其在玉米籽粒中的積累規(guī)律[J].玉米科學(xué),16(2):80-82,87.

徐良驥,黃璨,章如芹,等.2014b.充填與非充填開采條件下煤礦沉陷區(qū)耕地土壤質(zhì)量空間分布規(guī)律研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,22(6):635-641.

徐良驥,黃璨,章茹芹,等.2014a.煤矸石充填復(fù)墾地理化特性與重金屬分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,30(5):211-218.

徐良驥,嚴家平,高永梅,等.2007.煤礦塌陷區(qū)覆土造地綜合研究——以新莊孜為例[J].采礦與安全工程學(xué)報,35(1):56-59.

楊曉勇,孫立廣,張兆峰,等.1997.淮南市土壤元素背景值與土壤環(huán)境質(zhì)量評估[J].土壤學(xué)報,34(3):344-347.

張甘霖,龔子同.2012.土壤調(diào)查試驗室分析方法[M].北京:科學(xué)出版社.

趙仁鑫.2013.叢枝菌根真菌對玉米在三種類型煤矸石上生長的影響研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古大學(xué).

中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.2004.糧食(含谷物、豆類、薯類)及制品中鉛、鉻、鎘、汞、硒、砷、銅、鋅等八種元素限量NY861─2004.[S].

周振民.2010.土壤重金屬污染作物體內(nèi)分布特征和富集能力研究[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,31(4):2-5.

Study on the Physical-chemical Properties of Reconstructed Soil in Filling Area Affected by the Substrate Made of Coal Gangue with Different Particle Size Distribution and the Crop Effect

XU liangji1,HUANG Can1,LI Qingqing1,ZHU Xiaomei1,LIU Shuguang1
1.Faculty of Surveying and Mapping,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China

Abstract:For studying the reconstruction soil and the eco-physiological characteristics on two kinds of filling reclamation that one is filling reclamation land with natural coal gangue and covered soil in different depths and the other one is filling reclamation land with the coal gangue in different particle size distribution and the top-soil of most suitable depth,this article treated the “Coal Gangue Filling Reclamation Demonstration Base” as the research area,used ways or ideas such as partition hierarchy collecting the soil samples within the experimental field,checking and analyzing main nutrition and heavy metal content as well as monitoring experimental eco-physiological indexes of maize in the region and its heavy metal content in various parts of the plant to explore the influence of using different particle size distribution of coal gangue as fill substrates on the crops in filling areas.The results shows that it is much better to use the coal gangue after filtering as fill substrate than the natural coal gangue because the former has better property of keeping water and nutrient and air permeability.What’s more,the land which has used 70%～100% of coal gangue in size of ＜ 80 cm as fill substrate can get the maize with good performance of eco-physiological characteristics,which shows that this reclamation plan can be more suitable for maize growth.However,both reclamation plans have to meet the problems that some heavy metals content in soil are beyond the standards and move into plants.Therefore,how to cut down heavy metal content and the movement from soil to plants should be the important point of further study.

Key words:different particle size distribution of coal gangue; filling reclamation; physiological characteristics of maize; heavy metal content

收稿日期：2015-10-09

作者簡介：徐良驥（1978年生）男，教授，博士，研究方向為礦山開采沉陷與土地復(fù)墾。E-mail:ljxu@aust.edu.cn

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（41472323；42372369）；安徽省國土資源科技項目（2012-k-24）；安徽省自然科學(xué)基金項目（1208085QE91）

中圖分類號：X705; X144

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）01-0141-08

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.01.021

引用格式：徐良驥,黃璨,李青青,朱小美,劉曙光.煤矸石粒徑結(jié)構(gòu)對充填復(fù)墾重構(gòu)土壤理化性質(zhì)及農(nóng)作物生理生態(tài)性質(zhì)的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2016,25(1):141-148.