摘要
煤炭开采为社会经济发展做出巨大贡献的同时，也可能会导致大面积的土地塌陷，对土壤健康产生不利影响。煤矸石充填复垦是修复矿区塌陷地的常用方法，但其复垦效率不佳，对土壤的健康状态存在一定的制约。高潜水位煤矿区是我国主要煤矿区类型之一，煤炭开采后易导致耕地结构损坏、土壤污染、土壤生产效率低等生态问题，造成矿区土地大面积空置。本文以济宁市高潜水位煤矿区“未沉陷-稳沉-煤矸石复垦（0年、3年、5年、10年）”时期耕层土壤为研究对象，综合分析高潜水位煤矿区不同时期之间的土壤特性变化特征及原因，根据耕层土壤的物理、化学、生物、环境属性，构建高潜水位煤矿区土壤健康评价体系，得到研究区的土壤健康水平和限制因子。主要研究结论如下: （1）不同时期在土壤特性上存在显著差异（P＜0.05）。具体表现在:与未沉陷时相比，稳沉时的土壤偏碱性、容重较大、盐分含量较高、营养物质（全氮、全磷、全钾、有机质、速效钾、碱解氮、有效磷）含量较少、有机碳含量较低、微生物数量较少;煤矸石复垦0年、3年的土壤呈碱性、容重大、盐分含量高、营养物质（有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾）含量少、有机碳含量低、微生物数量少;煤矸石复垦5年、10年时的土壤状况虽得到显著改善（P＜0.05），但与未沉陷时仍存在一定差距。不同煤矸石复垦年限之间，除pH值外，营养元素（全氮、全磷、全钾、有机质、速效钾、碱解氮、有效磷）含量、有机碳含量、微生物数量均与复垦年限呈正相关。另外，研究区土壤的重金属元素平均含量大小关系为锌＞铬＞铜＞铅＞砷＞镉，土壤环境的优劣排序为未沉陷样地＞稳沉样地＞煤矸石复垦0年＞煤矸石复垦3年＞煤矸石复垦5年＞煤矸石复垦10年。研究区土壤的重金属元素平均含量均未超过山东省土壤背景值。 （2）构建了高潜水位煤矿区耕层土壤健康的评价体系。评价指标包括物理指标（容重）、化学指标（有机质、pH、有机碳、电解质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾）、生物指标（微生物数量）、环境指标（铜、锌、铬、镉、铅、砷）。通过调查问卷方式收集一线农民、科研单位研究员、大学院校老师、政府部门人员的意见，利用专家-层次分析法和隶属度函数得到不同时期的土壤健康指数。 （3）不同时期在土壤健康水平上存在显著差异（P＜0.05）。土壤健康水平的优劣排序为未沉陷＞煤矸石复垦10年＞煤矸石复垦5年＞稳沉＞煤矸石复垦3年＞煤矸石复垦0年。未沉陷时的土壤健康处于较高水平，等级为健康，主要限制因子是化学指标;稳沉时的土壤健康一般，等级为亚健康，主要限制因子是生物指标和化学指标;不同煤矸石复垦年限之间的土壤健康具有显著差异（P＜0.05），煤矸石复垦10年时的土壤等级为健康，煤矸石复垦3年、5年时的土壤等级为亚健康，煤矸石复垦0年时的土壤等级为不健康，主要限制因子均是生物指标和化学指标。 高潜水位煤矿区在稳沉、煤矸石复垦初期的耕层土壤健康较差，是该区域日后修复治理的重点，可以通过合理施肥、精准检测、合理配比填充材料、改良土壤、控制污染来源等措施来改善土壤健康。该研究成果可为我国高潜水位煤矿区土壤资源的改善和利用提供依据。
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