煤矿开采对土壤环境质量影响探讨

1 井工煤矿开采对土壤环境质量的影响

1.1 井工煤矿开采对土壤结构的影响

井工煤矿开采引起的采煤沉陷会造成土壤结构发 生变化，从而导致土壤质量下降。虽然塌陷后土壤总 孔隙度明显变小，但土壤毛管孔隙度则明显变大，加上 土壤机械组成粗，物理性黏粒少，导致了土壤比表面积 较小。因此，塌陷后土壤的持水保肥能力弱，矿质养分 低，抗蚀能力差。塌陷复垦后的土壤严重影响肥料赋 存特征，不利于植物生长和植被恢复。 张发旺等研究发现，采煤引起土体沉陷导致土壤 密实度增加，使土壤的孔隙度产生变化，土壤结构性发 生变异，土壤物理性质恶化，农作物减产。也有研究发 现，采煤沉陷后土体一定程度的松动，会使土壤容重有 所降低，进而对土壤的透气性、透水性、持水性、溶质迁 移能力以及土壤的抗侵蚀能力都有较大的影响。此 外，煤炭开采导致土壤表层的耕作层厚度减小，土壤各 土层产生垮落、错动，改变了土壤剖面，使土壤原有质 量受到影响。

1.2 井工煤矿开采对土壤化学性质的影响

井工煤矿开采由于采煤沉陷损毁，影响了土壤的 化学性质，主要表现是土壤氮、磷等养分元素的损失。 一是沉陷区土壤中，全氮、全磷、速效钾等出现下降趋 势，土壤中的营养元素会随裂隙进入采空区，造成土壤 养分流失。二是土壤中硝态氮会从土壤剖面随着孔隙 进入较深的土层;水解性有机氮会通过微生物的矿化 作用转化为易流失的无机态氮，从而随孔隙流失至较 深的土层。三是土壤中的磷可以通过孔隙随淋溶作用 进入深层土壤，使土壤磷元素损失。

1.3 井工煤矿开采对土壤含水量的影响

采煤初期，土壤含水量变化不明显，因为含水量的 变化存在滞后性，滞后时间是地下开采到达测点正下 方后4～5天。在测点达到最大沉降量过程中发现，沉 陷下沉对土体的扰动作用呈现土壤含水量先上升后下 降现象，并且煤矿开采对土壤水扰动程度由浅至深逐 渐减弱。沉陷引起的土体下沉造成土壤粒径减小，容 重增加，孔隙比降低，使得土壤持水能力增强，这是导 致在受开采干扰初期土壤含水量短暂上升的重要原 因，而沉陷裂缝产生以及雨水补给能力的降低是导致 后期土壤含水量降低的主要原因。

2 露天煤矿开采对土壤环境质量的影响

2.1 露天煤矿开采对土壤化学性质的影响

郭二果以胜利一号露天矿为例，研究露天开采对 土壤化学性质的影响，分别在覆土后绿化种植的排土 场和原地貌典型草原采集土样，监测全氮、有效磷、速 效钾、碱解氮、土壤电导率及有机质含量。结果表明， 重塑土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、碱解氮等营养 元素含量较对照原地貌土壤相对较低，其中有机质相 对偏差最高，速效钾相对偏差最低，露天煤矿开采后复 垦后的土壤理化性质明显降低。

2.2 露天煤矿开采对土壤孔隙结构的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等 作用会对土壤的孔隙结构产生影响，排土后未复垦土 壤孔隙数量和孔隙度最小，原地貌土壤孔隙数量和孔 隙度最大，复垦后土壤次之。采矿和排土等活动由于 大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度，尤 其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦可以增加土壤 孔隙数量和孔隙度，但是过程比较缓慢。采矿和排土 等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底 层土壤。

3 土地复垦中生物化学措施

3.1 植被恢复工程

塌陷土地复垦耕地时，土壤复垦采用充填裂缝、平 整土地的措施，平整土地采用抽槽法。除此之外，耕地 需要增加有机肥料如沤肥、土杂肥、人畜粪尿等增肥改 土，土壤培肥。对损毁的林地采取充填裂缝、补种树木 和管护的植被恢复措施，一般重度损毁区按40%、中度 损毁区按20%、轻度损毁区按10%补种。对损毁草地 复垦采取充填裂缝和撒播草种的植被恢复措施，一般 撒播披碱草/紫花苜蓿，混播种量为30 kg/hm2。

3.2 土壤培肥

耕地损毁使土壤环境理化性状降低，需要增肥改 土，改善土壤环境质量。一般要施缓释肥(N-P2O5-K2O 养分为24-12-6)600 kg/hm2 和精制有机肥4 500 kg/hm2。 培肥时最好让种子和肥料分耩，避免肥料和种子接触。 施肥时采用犁底施或撒施后耕翻入土，或起垄包施等 方法。施肥深度一般6 cm～10 cm，在无法深施的情况 下，撒施要立即浇水，随水施用。

4 生物炭在土壤培肥中的应用

施用生物炭可不同程度地改善土壤物理性状，增 加土壤水稳定性团聚体数量、田间持水量等;生物炭使 土壤颜色加深，增加土壤的热容量，从而提高了土壤温 度;生物炭容量低、黏性差，可以降低黏质土壤的容重 和硬度，从而改善土壤质地及其耕作性能。生物炭与 有机质和腐殖质一样可以改良培肥土壤，早期的田间 试验表明，施用阔叶树的生物炭后，其土壤的盐基饱和 度增加10倍，pH值增加，耕作层土壤CEC增加。生物 炭对作物生长和产量具有促进作用。唐光木等人的研 究表明，施用生物质炭可增加玉米株高、茎粗以及地上 部分和地下部分的生物量。葛春晖等以绿豆-冬小麦 种植体系为供试作物，以不施肥、农家肥和腐殖酸肥料 为对照，通过施用不同量的生物炭，发现土壤有机碳、 阳离子交换量随生物炭施量的增加而明显增加。施 用生物炭是培肥土壤的重要措施，能改善土壤理化性 质，提高作物对土壤养分的利用率。张影等人采用生 物质炭与秸秆、发酵鸡粪单施及配施，对壤质潮土和砂 土养分含量、酶活性及玉米生长的影响进行测试，3种 有机物料中，鸡粪对土壤氮、磷含量及相关酶活性影响 最大，秸秆对土壤钾以及纤维素分解相关酶影响较大， 而生物质炭对土壤肥力的提升作用更均衡，且土壤肥力综合得分最高。秸秆或鸡粪配施生物质炭可以更全 面地提高土壤肥力。

5 结语

煤炭开采对土壤环境质量产生很大影响，加强对 土壤环境质量的改善显得非常重要。通过以上土壤培 肥措施，可以改善土壤环境质量，增加作产量，尤其 是生物炭在土壤培肥中的应用，不仅可以秸秆资源化 利用，还可以增加土壤的有机质，在农田中大力推广使 用生物炭有着非常重要的意义。