本文的目的是為礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)探討?yīng)毺氐幕A(chǔ)理論——復(fù)墾土壤重構(gòu)的理論與方法。
土壤重構(gòu)是礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，本文首次提出“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”的新概念，從理念上闡明不同土層功能作用和土壤剖面構(gòu)型的重要性，為土壤剖面構(gòu)型的優(yōu)化和土壤重構(gòu)技術(shù)的革新提供理論支撐。提出礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的原理：以土層生態(tài)位和土壤關(guān)鍵層為理論基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，其核心是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。首次提出了包含4步驟的土壤剖面重構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，尤其是提出了土層生態(tài)位優(yōu)化的理論分析方法及最終篩選優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型的方法。
礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。
礦產(chǎn)資源的開采首先影響的是土地，無論是露天開采的直接挖損還是井工開采的地表沉陷，都導(dǎo)致歷經(jīng)數(shù)百年甚至上萬年形成的土壤受到破壞，因此，礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的首要任務(wù)是恢復(fù)土壤。土壤是一切生物之基。如果沒有很好地恢復(fù)土壤，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)就很難恢復(fù)，為此，許多國(guó)家把復(fù)墾土壤生產(chǎn)力水平作為衡量復(fù)墾工程成敗的標(biāo)準(zhǔn)，因此，土壤重構(gòu)（soil reconstruction）就成為土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵和核心。經(jīng)過國(guó)內(nèi)外幾十年的研究和實(shí)踐，復(fù)墾土壤重構(gòu)的研究已取得很大進(jìn)展，有了“分層”構(gòu)造的意識(shí)，但大都是對(duì)礦山損毀土壤改良、表土覆蓋以及結(jié)合采礦與復(fù)墾技術(shù)的土壤重構(gòu)工藝進(jìn)行的探討，但在為什么“分層”和如何“分層”等理論支撐方面十分缺乏，因此，為填補(bǔ)礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)理論空白，提升整個(gè)行業(yè)的科學(xué)水平，提高復(fù)墾工藝效率及效益，有必要對(duì)土壤重構(gòu)的理論與方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和提升，為礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)獨(dú)特的基礎(chǔ)理論提供支撐。
土壤是生物之基，土壤重構(gòu)是礦山土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。本文的目的是革新土壤重構(gòu)理念，凝練和提升土壤重構(gòu)理論與方法，為礦區(qū)土地復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)獨(dú)特基礎(chǔ)理論提供支撐。本文回顧了礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)的研究歷史，從單元土體空間重構(gòu)的視角，提出了四維重構(gòu)的概念，即垂直方向（Z）的土壤剖面重構(gòu)、水平方向（X，Y）的地貌重塑、時(shí)間維（T）方向的土壤改良，其中垂向剖面重構(gòu)是土壤重構(gòu)的核心，也是土壤重構(gòu)的狹義概念?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外礦山生態(tài)修復(fù)成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)，依據(jù)土壤發(fā)生學(xué)原理和師法自然的理念，提出了“土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”的概念，認(rèn)為不同土層有其獨(dú)特的生態(tài)功能和空間位置，將各個(gè)土層在空間的位置及其與相關(guān)土層之間的功能關(guān)系與作用，稱之為“土層生態(tài)位”；將影響土壤整體功能和生產(chǎn)力的關(guān)鍵土層，稱之為“土壤關(guān)鍵層”。礦山復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)的原理就是以土層生態(tài)位為理論基礎(chǔ)、土壤關(guān)鍵層為構(gòu)造核心，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，其核心是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。因此，土壤剖面重構(gòu)方法就是在深入分析自然土壤剖面結(jié)構(gòu)和損毀土地特征的基礎(chǔ)上，基于需求確定重構(gòu)土壤剖面的目標(biāo)；然后對(duì)每一土層空間生態(tài)位適宜度進(jìn)行分析；再通過土層生態(tài)位的空間位、寬度、重疊、差距和競(jìng)爭(zhēng)等要素分析，確定可能的土壤剖面構(gòu)型和關(guān)鍵層；最后通過室內(nèi)外種植試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)驗(yàn)證與篩選，從而獲得最佳生產(chǎn)力功能的土壤剖面構(gòu)型。基于這一原理和方法，提出了“分層剝離、交錯(cuò)回填”的土壤重構(gòu)技術(shù)工藝原理，“分層”是滿足“土層生態(tài)位”和“關(guān)鍵層”構(gòu)造的要求，“交錯(cuò)”是實(shí)現(xiàn)土壤重構(gòu)連續(xù)、高效的施工工藝，并以露天煤礦采復(fù)一體化和采煤塌陷地挖深墊淺復(fù)墾為例介紹了土壤重構(gòu)工法。最后，以山東黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地為例，介紹了土壤重構(gòu)原理與方法的應(yīng)用和實(shí)踐。
圖1 自然土壤剖面示意圖
圖2 土壤剖面構(gòu)型(部分)示意圖
(修改于熊毅，1965)
圖3 某“挖深墊淺”復(fù)墾技術(shù)重構(gòu)土壤
剖面案例（混合、無分層現(xiàn)象）
圖4 土壤重構(gòu)的概念模型示意圖
圖5 “土層生態(tài)位”和“土壤關(guān)鍵層”示意圖
圖6 土壤重構(gòu)剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法流程圖
圖7 “土層生態(tài)位”概念模型
圖8 露天礦采復(fù)一體化土壤重構(gòu)
工藝示意圖
圖9 采煤塌陷地挖深墊淺復(fù)墾
土壤剖面構(gòu)型
4、礦山復(fù)墾土壤重構(gòu)相關(guān)概念與內(nèi)涵簡(jiǎn)介土壤重構(gòu)亦是重構(gòu)土壤，是綜合運(yùn)用工程措施及物理、化學(xué)、生物、生態(tài)措施，使受損的土壤系統(tǒng)功能得以恢復(fù)的過程或活動(dòng)，重點(diǎn)是構(gòu)造一個(gè)適宜土壤剖面，恢復(fù)土壤肥力因素，為植物生長(zhǎng)構(gòu)造一個(gè)最優(yōu)的物理、化學(xué)和生物條件，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力，并使其具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。從“土壤系統(tǒng)”構(gòu)造的視角，土壤重構(gòu)就是“造土”加“土壤剖面構(gòu)造”。此外，土壤重構(gòu)是單元土體的四維重構(gòu)，即是在考慮土地用途和仿照自然土壤的情況下，單元土體在垂向上疊加構(gòu)建合理的土壤剖面構(gòu)型；在平面上科學(xué)重塑地形地貌；在時(shí)間維上通過人工和自然的改良提升重構(gòu)土壤肥力，使重構(gòu)的土壤達(dá)到最優(yōu)的生產(chǎn)力。因此，廣義的土壤重構(gòu)包括土壤剖面重構(gòu)、地貌重塑和土壤改良。（2）土層生態(tài)位
將各個(gè)土層在空間上所占據(jù)的位置及其與相關(guān)土層之間的功能關(guān)系與作用，稱之為“土層生態(tài)位”。其內(nèi)涵是每一土層有其獨(dú)特的生態(tài)功能和空間位置，它與其他土層有密切的相互作用關(guān)系，需要科學(xué)合理的處理每一土層才能構(gòu)造出理想的土壤剖面，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的土壤系統(tǒng)功能。（3）土壤關(guān)鍵層
將影響土壤生產(chǎn)力的關(guān)鍵土層，稱之為“土壤關(guān)鍵層”。土壤關(guān)鍵層以其顯著的形態(tài)分異特征為重要標(biāo)志，其功能明顯區(qū)別于相鄰或其它的土層。常見的土壤關(guān)鍵層主要有表土層、含水層、隔水層等，也有一些嚴(yán)重影響土壤剖面功能或生產(chǎn)力的障礙層，也稱之為“關(guān)鍵層”，這就需要在復(fù)墾重構(gòu)時(shí)消除原有的障礙，改善土壤生產(chǎn)力。5、礦山復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)原理與方法簡(jiǎn)介基于對(duì)土壤剖面的正確認(rèn)識(shí)，土壤剖面重構(gòu)原理就是以土層生態(tài)位為理論基礎(chǔ)、土壤關(guān)鍵層為構(gòu)造核心，設(shè)計(jì)和優(yōu)化土壤剖面構(gòu)型并付諸實(shí)施的過程，重點(diǎn)是優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)土層生態(tài)位、確定和優(yōu)化關(guān)鍵層。
基于上述原理，土壤剖面重構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為：①在深入分析自然土壤剖面結(jié)構(gòu)和損毀土地特征的基礎(chǔ)上，基于需求確定重構(gòu)土壤剖面的功能目標(biāo)；②通過待構(gòu)土層理化-生物特性的分析及土層生態(tài)位適宜度評(píng)價(jià)，確定各土層生態(tài)位的基本屬性特征；③通過土層生態(tài)位的空間位、寬度、重疊、差距和競(jìng)爭(zhēng)性等要素分析及土層間相互作用關(guān)系分析，確定可能的土壤剖面構(gòu)型和土壤關(guān)鍵層；④通過室內(nèi)外種植試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)進(jìn)行整體優(yōu)化和方案篩選，重點(diǎn)是土壤關(guān)鍵層的優(yōu)化和作用機(jī)理分析，從而獲得最佳生產(chǎn)力功能的土壤剖面構(gòu)型。
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