1、第31卷第4期水土保持學報Vol.31N。.42017年8月JournalofSoilandWaterConservationAug.,2017一'.-.一一.一煤砰石充填重構土壤水分再分布與剖面氣熱變化試驗研究王順】，陳敏I,陳孝楊械，陳清華3,劉本樂。胡智勇】(1.安徽理工大學地球與環境學院，安徽淮南23200J；2.安徽省煤炭勘探工程技術研究中心，安徽宿州234000,3.安徽理工大學機械工程學院，安徽淮南232001)摘要：為研究煤礦區用砰石作為墊底基質進行土壤剖面重構土壤水分再分布過程和削面熱擴散與氣體濃度變化特征，以指導工程設計和重構土壤熟化技術應用，在實驗室設計了一種煤礦

2、區重構土壤水氣熱運移模擬裝置，通過布設在土柱系統不同深度的溫濕度傳感器和CO2濃度檢測儀,連續監測重構土壤剖面含水晝、溫度和CO?濃度。結果表明：煤砰石層具有良好的阻水性，阻礙水分的入滲，增加上層土壤的持水能力。但是，煤砰石的持水性差.煤砰石層的含水量低于土壤層10%左右；煤砰石具有更佳的熱擴散性，在加熱過程中煤葉石層的溫度遠大于土壤層，在重構土壤中容易形成穩定的溫度梯度，尤其在煤砰石層與土壤層之間存在明顯的溫度差.土壤層的溫度受底部加熱的影響較小，短期內主要受室溫影響，其變化曲線與室溫日變化曲線基本一致，最大波動幅度在2.89C；底部通CO2對土壤層C()2濃度的影響非常小，氣體在煤砰石層向

3、土壤層擴散時容易受到土壤層的阻隔，導致氣體在土壤層下界面累積；煤砰石層會對鄰近土壤層產生較大影響，影響微生物的生存環境，導致微生物的活性下降。當覆土厚度為60cm時，煤砰石層對土壤層的影響較小，隨著覆土厚度的增加，煤砰石的影響會逐漸削弱。關鍵詞：重構土壤；煤研石；溫度梯度；CO2擴散；土壤水分入滲中圖分類號：S152；TD88文獻標識碼：A文章編號：1009-2242(2017)04-0093-06DO1-10.13870/ki.stbcxb.2017.04.016WaterRedistributionandGas-HeatDiffusionofReconstructionSoilFilled

4、withGangueWANGShun1,CHENMin1,CHENXiaoyang1-2,CHENQinghua3,LIUBenle1,HUZhiyong1(1.SchoolofEarthandEnvironmentAnhuiUniversityofScienceandTechnology»Huainan,Anhui232001；2.EngineeringandTechnologyResearchCenteronCoalExplorationofAnhui»Suzhou»Anhui234000；3.CollegeofMechanicalEngineering,An

5、huiUniversityofScienceandTechnologyTHuainantAnhui232001)Abstract:Inordertocharacterizewaterredistributionandgas-heatdiffusionofreconstructionsoilfilledwithgangueincoalminingareas,guideengineeringdesignandrebuildsoilripeningtechnology*asimulatorwasdesignedinlaboratory.Soilwatercontent,temperatureands

6、oilC()2concentrationcouldbeconstantlymeasuredbylaidsensorsanddetectorsindifferentdepthofsoilcolumn.Theresultsshowedthatsoilwaterinfiltrationprocesswassloweddownandthewater-holdingcapacityoftheuppersoilwasincreasedbecauseofgoodwaterresistancefromcoalganguelayer.However,thewatercontentofcoalganguelaye

7、rwassignificantlylower,approximately10%,thanthatoftopsoilduetothepoorwater-holdingcapacityofgangue.Coalganguehadhigherthermaldiffusivity,highertemperaturethanthatoftopsoilwithheating,couldformsustainabletemperaturegradientandtemperaturedifferencewithtopsoillayerinreconstructionsoil.Theeffectsofheate

8、dfrombelowontopsoilwassmall,whichitwasmainlyinfluencedfromindoortemperatureintheshortrun.Inaddition*thetemperaturechangingcurveoftopsoilissimilarwiththetemperatureoflaboratoryanditsbiggestfluctuationrangewasfor2.89*C.TheeffectsofaeratingCO2fromcolumnbottomonCO2concentrationoftopsoilsoilwasalsoverysm

9、all,becausegastransportfromcoalganguelayerstosoiloneswouldeasilybecutoffassotogasaccumulatedinthesoillayerbelow.Thecoalganguecouldhaveanegativeimpactonmicrobiallivingenvironmenttoadjacenttopsoillayersanddeclinedmicroorganismactivities.Theeffectsofcoalgangueontopsoillayerwerebroughtdownwhenthecoverso

10、il收稿日期,2017-03-20資助項目：國家自然科學基金項目(41572333,51274013.41402309)第一作者：王順(1976-.男.山東濰坊人.博士研究生，主要從事礦山生態環境修夏研究.Email：6627528通偕作者：陳孝楊(1976).男，安徽肥西人.教授,博士.主要從事礦山環境修復與土地復鼠研究.E-mail：chenxythicknesswas60cm.Theinfluencesgraduallywouldbeweakenedwiththethicknessincreased.Keywords：reconstructionsoil；coalgangue；tempe

11、raturegradientjgasdiffusion；soilinfiltration煤砰石的理化性質與土壤存在較大差異，特殊下墊面基質的存在會造成自表層土壤至地下潛水位間復雜的氣體、水分與溫度梯度。土壤水、氣、熱因子是影響植物生長的重要因素。土壤溫度會影響植物生長發育、土壤水分運移幻、土壤微生物的活性以及土壤呼吸。土壤水分也會影響農作物的生長，特別在干早季節采取適當的保水措施或灌溉措施，將會增加作物的生物量，并且土壤水分對土壤溫度的變化起著重要作用。土壤導氣率是土壤水力特性研究和農業生產應用中的重要參數，直接影響土壤氣體交換能力，進而影響土壤水分和養分的有效性。因此，對土壤水、氣、熱因子的

12、研究是目前熱點問題，但是煤礦區重構土壤水氣熱耦合運移及其參數確定方面的研究還少見于文獻報道。宋楊容等、Wang等MF研究發現采用煤砰石作為土柱底層充填基質時，重構土壤整體含水率均比自然土壤含水率低，并且由于煤砰石吸水持水能力極弱，無法實現地下水對表層土壤的有效補給；陳孝物等發現在煤砰石充填重構土壤中，當覆土厚度較薄時，表層土壤溫度的晝夜變化幅度相對較大；鄭永紅等在對潘一礦煤砰石充填重構土壤呼吸的研究中發現土壤的Q】o值低于暖溫帶Qu,平均值，低于中國土壤呼吸Qi。平均值和農田生態系統的平均值。目前，專家學者們雖然通過煤肝石充填重構土壤的現場調查研究發現，煤砰石基質會對上覆土壤的水分、溫度和土壤

13、呼吸產生影響，但是對其影響的機理不清楚。因此.本文設計了一種煤礦區重構土壤水氣熱運移模擬裝置，通過對煤砰石充填重構土壤剖面含水雖、溫度和CO?濃度監測，研究土壤水分人滲與剖面氣熱梯度變化特征,為類似工程設計和表層土壤熟化技術應用提供理論支撐。1材料與方法1.1試驗材料試驗用煤砰石樣品采自安徽省淮南市潘集礦區某煤礦砰石山，潘集礦區屬暖溫帶季風氣候，年平均氣溫14.316.0C,年平均降雨量937mm,是典型的煤炭開采區。該砰石山煤砰石主要成分與淮南礦區煤砰石相同，主要由泥巖、頁巖、粉砂巖、礫巖和石灰巖等組成，能夠代表整個礦區的元素組成，現已停止對新砰石的輸入，呈“錐形"，表層有風化跡象

14、。采樣時，分別從煤砰石山的山底、山腰和山頂處采集等質量風化樣品充分混合后帶回實驗室進行處理。先將粒徑大于5cm的煤砰石挑選出來，再分別用孔徑為2mm和10mm的分子篩將煤砰石進行篩分。測得煤砰石樣品的機械組成為：>50mm粒徑的煤6干石質量占2.04%,1050mm的占15.12%,210mm的占47.49%,<2mm的占35.34%,飽和含水量為16.40%。供試土壤來自淮南市大通濕地公園。取樣時，先去掉表層5cm土壤.用環刀和鋁盒分別取樣帶回實驗室測定其容重與含水量;然后采集深度5-20cm土壤帶回實驗室用于土柱填充。在實驗室內用烘干法測定土壤樣品的初始容重和含水量。從帶回的土

15、壤樣品中隨機取樣3次，風干后過2mm篩，用Rise2006激光粒度分析儀測定土壤顆粒組成.并依據國際分級標準對土壤質地進行命名。試驗土壤樣品為粉壤土.其黏粒、粉粒和砂粒的占比分別為7.31%,76.85%,15.84%。土壤初始容重為1.89g/cm初始含水鼠為20.50%飽和含水最為33.06%。1.2研究方法1.2.1飽和導水率使用定水頭法測定飽和導水率。將試驗樣品按初試容重:填充進滲透系數測定儀，將滲透系數測定儀放置水中浸泡24h后拿出，用馬氏瓶為試臆供水，使水頭保持在5cm。供水開始后從漏斗滴下第一滴水時開始計時，每隔2min測雖漏斗下燒杯里的出滲水量Q,同時保持水層的高度不變，則飽和

16、導水率計算公式如下：V=(10QQ/(T”S)(1)K=VL/(/i+L)(2)式中：V為滲透速度(mm/min)；T為每次滲透間隔時間(min)；Q為間隔時間內滲透水量(mm)；S為滲透面的橫斷面積(cm2)；K為飽和導水率(cm/min)；L為土層厚度(cm)；A為水層高度(cm)。1.2.2試驗裝置為研究重構土壤水分和氣熱運移規律，設計了一種煤礦區重構土壤水氣熱運移模擬裝置(RS-I型)。該裝置由土柱、支撐架、進氣裝置祖成,內置加熱板、溫度傳感器以及濕度傳感器.數據通過計算機讀取并實現對溫度和濕度的連續監測。土柱長60cm,寬60cm,高120cm,柱體兩側留有孔位，用于連接傳感器以及C

17、O2檢測儀。1.2.3土柱填充在土柱內周圍放置2cm厚的隔熱棉.減少外界Y溫對重構土壤剖面溫度的影響。將煤砰石均勻填充在底部并壓實，然后按初始容重將土樣分層均勻的填入土柱內。裝置底部用密封膠泥密封保證裝置的密封性，減少空氣對試驗的影響。土柱底部為煤砰石樣品，上層為試驗土壤，即060cm為土壤層，60100cm為煤砰石基質(圖Do每20cm設有一個監測點，埋有溫度傳感器和濕度傳感器，其位置見圖1所示（H1、H2、H3、H4和H5）。H3H4監測點土集層煤肝石層圖1RS-I型重構土填傳熱傳質試驗裝置的土柱剖面示意1.2.4試驗方法2016年11月到翌年1月在室內進行試驗，整個試驗分3個階段進行。第

18、一階段,在填充好的土柱上方進行灌溉，灌溉量為60mm。同時，通過濕度傳感器測定剖面含水量在520h內的變化情況;第二階段，當土柱內土壤剖面水分再分布過程結束后,通過溫度傳感器記錄室內土壤剖面溫度日變化情況。然后通過土柱底部的加熱板對土柱進行加熱，設置溫度分別為30,40,50當土柱剖面溫度趨于穩定后停止加熱.通過溫度傳感器i己錄重構土壤剖面溫度的熱傳遞過程；第三階段，停止加熱后，當重構土壤剖面溫度梯度趨于穩定，使用泵吸式CO?檢測儀每隔2h測定一次不同斷面的土壤0（）2濃度，探究CO2濃度日變化情況。測定完CO?濃度日變化后，通過CO?瓶以3L/h的速率分別通氣0.5,1,1.5h,來改變底部

19、初始CO?濃度.以研究重構土壤中的氣體擴散規律。1.3數據處理采用Excel2010和OriginPro2016軟件統計分析數據及作圖，并用SPSS19.0軟件對試驗數據進行顯著性分析。2結果與分析2.1重構土壤水分入滲過程試驗前，測得煤砰石層的飽和導水率為0.68cm/s,上覆土壤的飽和導水率為0.0057cm/s。由于沒有連續灌溉，未能測得重構土壤的穩定入滲率。但由Al-Maktoumi等皿研究可知，無論粗顆粒覆蓋細顆粒，還是細顆粒覆蓋粗顆粒，層狀土壤的穩定入滲率均變小。因此，重構土壤的穩定入滲率將小于0.0057cm/s,但試驗中實際測得的初始入滲率卻很大，達1.17cm/so當濕潤鋒到

20、達H2層前，隨著土壤水分的入滲，2040cm處土壤含水量不斷增加，H1層含水量最高為33.72%,基本達到飽和（圖2）。因沒有水分繼續補給，且表層土壤存在水分的自然蒸發，在15h時觀測.H2層以上的含水窟:開始減少。在整個監測時間段內，H2層以下的土壤水分沒有明顯變化。這可能是由于表層土壤水分蒸發導致表層土壤含水量降低，使得其基質勢與H2層相比相對偏低，土壤水分開始向上遷移，H2層含水量開始降低。在水分入滲和再分布過程中，砰石層的含水量明顯低于土壤層，達10%左右。體積含水量/%日。、翅送M-H9M2.2重構土壤剖面溫度日變化由于實驗室內沒有恒溫裝置，室溫易受到室外太陽輻射的影響。上午太陽輻射

21、較強，室溫開始上升,下午太陽輻射削弱，室溫也隨之下降。重構土壤溫度隨室溫的變化而變化，呈“單峰”曲線，土壤溫度先上升后下降（圖3）。表層土壤日最高溫度出現在14：30左右，日變幅為2.20C；20100cm深度的土壤溫度最高值出現的時間點與此基本一致，在15：00左右，日變化相對平緩。室內重構土壤溫度變化主要受室溫的影響，并隨著土壤深度的增加，土壤溫度受室溫的影響逐漸減小，溫度變幅逐漸平緩*。20-100cm深度的土壤最低溫度與表層土壤溫度相比，表現出了明顯的滯后性，H1和H5層滯后了2h,H2、H3和H4層滯后了3h。這主要是因為土壤的熱容較大以及熱量由表層向深層傳遞需要時間，導致土壤溫度最

22、高值和最低值出現滯后現象口幻，但是最高溫度沒有表現出明顯的滯后性，這可能是由于冬季室溫偏低，且表層土壤最高溫度低于下層土壤溫度，導致其對深層土壤升溫過程的影響較小。000一00言008000二000耳099一000。00一00X0000一00言008000二000耳099一000。00一00X03重構土堵不同深度土壤溫度日變化2.3加熱對重構土壤剖面溫度變化的影響對煤肝石底部加熱時（30,40,50C）,H4層和H5層溫度迅速上升，越靠近加熱板溫度變化幅度越大，且隨著時間推移其升溫趨勢逐漸平緩。當停止加熱時，H4和H5層溫度迅速下降,隨著時間推移其降溫趨勢逐漸平緩。表土、H1和H2層溫度在14

23、h內并沒有受底部加熱影響，其變化曲線與室溫日變化一致,最大波動幅度在2.89C,說明0-40cm土壤層溫度短時間內主要受室溫影響(圖4)。而H3層溫度先受室溫的影響，隨室溫的變化而變化，后受到底部砰石層溫度的影響，有小幅度的升高。H3層受底部加熱的影響,表現出了一定的滯后性，其溫度變化幅度明顯小于H4和H5層,這主要是由煤肝石本身熱性質以及含水量所引起。煤砰石導熱性強，熱容小，且煤砰石層含水量明顯低于土壤層，水的熱容大，所以煤砰石層的熱擴散性明顯高于土壤層。因此，在煤砰石充填重構土壤中，煤砰石層與土壤層極易形成溫度梯度。in0cm20cm40cm20P、劃購25-。0言006-00K00M00

24、二000NZ刻0W時0®9I00SI0001A60cm80cmo100cm05050504332211P、弱癖00忘5050505044332211p、«建0W0008000二0006-00N0008000二000N§§§Sg,卜OE96。IB圖4不同加熱溫度過程恒構土填溫度隨時間的變化2.4重構土填剖面CO?濃度日變化特征重構土壤不同深度CO2濃度變化規律基本一致，都呈先升高后降低的趨勢(圖5)。在10：0013：00點呈上升趨勢，下午14：0022：00呈下降趨勢,CO2濃度最高值出現在下午1：00-2：00之間，變化規律與土壤溫度日變化曲

25、線相似。H1和H2層CO?濃度明顯高于H3.H4和H5層CO?濃度，并且其波動幅度也明顯大于H3.H4和H5層。H1和H2層CO2濃度日變幅分別為0.098%和0.079%,H3、H4和H5層CO?濃度變化范圍在0.022%0.044%之間。這是因為煤肝石層的有機質含量偏低且其環境不利于微生物的生長微生物含量較低，因此其CO,濃度波動較小。一般非擾動土壤CO?濃度會隨著土壤深度的增加而增大，因為隨著深度的增加土壤氣休交換會受到阻礙；擾動的重構土壤由于土壤結構重建，有效孔隙增大，促進土壤與大氣之間的氣體交換.從而不同深度土壤之間CO2濃度變化幅度基本不會有明顯的差異。但是重構土壤中H3層的CQ濃

26、度明顯低于H1和H2層，這說明煤砰石層會對鄰近土壤層產生影響.不利于微生物生物量碳的累積m】，將抑制土壤層微生物的活性。0.700.65-0.60-¥0.55-私0.50-槌0.45-O0.40-°0.35-0.300.25-09:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00時刻圖5重構土壤不同深度土娘CO,濃度日變化由于表層土壤(0-20cm)結構疏松，孔隙相對較多，有利于表層土壤與空氣CO?的交換。而隨著深度的增加，下層土壤受到上層土壤的壓實作用，容重相對較高，孔隙相對較少，不利于土壤7體的交換。因此，土壤微生物呼吸產生的CO2會在H2層逐

27、漸累積，而H1層會與空氣進行氣體交換，導致在10：0()16：00,H2層C()2濃度要高于H1層。然后隨著土壤溫度的降低，土壤微生物活性降低，H2層CO,濃度開始降低，而H1層會與空氣進行氣體交換，其CO?逐漸高于H2層。而在砰石層中，隨著深度的增加，CO?濃度逐漸降低。土壤中CO?濃度主要受微生物活性的影響，而微生物的活性又會受到土壤水分影響。土壤水分不僅會影響微生物的活動，而且會占據土壤透氣孔隙，使得土壤中的C()2濃度升高，而H5層含水量遠低于H4層.從而H5層的CO?濃度會低于H4層。2.5煤肝石充填重構土壤氣體擴散特征不同通氣時長下，H3、H4和H5層CO,濃度隨時間變化趨勢基本一

28、致,H5層CO,濃度呈快速下降趨勢，H4層(：02濃度先上升后下降，H3層CO,濃度呈緩慢上升趨勢，而通氣對H1和H2層CO2濃度的影響不明顯(圖6)o2.42.01.81.61.41.21.00.80.6%云堤80.4汶、狙安OW09:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00時刻圖6不同初始CQ濃度下重構土壤剖面CO,濃度隨時間的變化在通氣0.5h和1h時，H1和H2層的CO2濃度在短期內(12h)不受底部通氣的影響，其變化趨勢與不通氣時C()2日變化基本一致；當通氣1.5h時,H2層的C()2濃度有輕微上升。不同深度C()2濃度存在濃度差時，氣體會由高濃度

29、向低濃度擴散.其擴散速率會受濃度差影響。當通氣剛完成時，底部氣體濃度較大，H5層與H4層之間存在較大濃度差，所以H5層的CO?會快速向H4層擴散，H4層CO?濃度有明顯上升趨勢。當H4層CO?濃度達到峰值時,H5層與H4層間的氣體濃度差較小，此時H5層CO2濃度向H4層的氣體擴散速率比H4層向上層的擴散速率小，H4層的CO2濃度出現下降趨勢，而H3層的CO?濃度卻沒有呈明顯上升趨勢。這是因為土壤中的氣體擴散不僅受氣體濃度差的影響，也與通氣孔隙含量、孔隙彎曲度、孔隙連通性m和含水量有關而煤砰石粒徑大，存在較多的大孔隙，與土壤相比，煤砰石具有更好的導氣性，并且煤砰石層的含水量遠小于土壤層，當水分占

30、據土壤孔隙時，氣體的擴散會受到阻礙。因此，氣體容易在煤砰石層中擴散，當氣體擴散至土壤層下界面時，擴散受到限制co2并在土壤層下界面累積。3討論3.1重構土壤水分運移及氣熱擴散特征在煤砰石充填重構土壤中，肝石層的含水量遠低于土壤層，這一方面是因為煤砰石的顆粒密度遠遠大于土壤；另一方面，秦倩等通過對煤肝石水分特征曲線的研究發現，煤砰石的持水性差，在低吸力段時大部分水分就會被排空，繼續隨著吸力的增加，含水量不再明顯發生變化；在同一吸力下，煤肝石的含水量會明顯低于正常土壤。所以，當土壤層與煤砰石層的水勢達到動態平衡時，兩者的含水最會存在差異。在非飽和土壤水運動過程中，基質勢是主要驅動力。土壤水總是從基

31、質勢大向基質勢小的方向運動，然后達到能量平衡。由于煤砰石在低含水量時就能達到較大基質勢，這就會導致土壤層水分不易向煤砰石層運動，水分就會在土壤層中累積，同時入滲過程也會受阻。因此在灌溉和降雨的情況下，砰石層的存在有利于土壤水分的保持，阻礙水分的下滲流失，但是煤砰石層的含水量低，當表層土壤含水量因水分蒸發降低時，煤砰石層卻不能及時對土壤層進行水分的補給。所以在煤砰石重構土壤中，在灌溉或降雨后的短期時間內土壤層的含水量會明顯增加，但是隨著表層土壤水分的蒸發，土壤層的含水量反而偏低。同時砰石層的水分豎直上移遷移也會受到煤砰石性質的顯著影響當有地下水對煤砰石層水分補給時，由于煤砰石顆粒組分較大，毛細管

32、作用小，會限制水分向上運動。因此，在煤肝石充填復墾地，特別是覆土厚度較薄的區域，應通過少量多次灌溉來保障重構土壤的水分。當氣體擴散至土壤層下界面時，由于砰石層大孔隙特征明顯，氣體擴散會受到土壤層阻礙,導致氣體在土壤層下界面緩慢累積，形成氣體濃度梯度，影響土壤層的氣體交換。有的煤砰石含硫量高，且主要以黃鐵礦形式賦存，煤砰石層的大孔隙結構有利于黃鐵礦與空氣和水接觸，在微生物的催化作用下,會釋放熱量并生成硫酸、硫酸亞鐵和硫酸鐵w】。土壤微生物活性易受土壤溫度的影響，隨著溫度的升高，土壤微生物活動會加強，增強自身的呼吸作用以及對土壤有機質的分解,使得土壤CQ濃度升高。并且煤肝石與土壤相比具有更好的熱擴

33、散性，導致重構土壤內形成溫度梯度。當溫度梯度存在時，土壤內部會形成能量梯度，改變土壤內部水分、水汽和氣體運動狀態。煤砰石層在高溫的環境下，土壤水分容易蒸發形成水汽，和氣體一同向上擴散。當水汽遇到溫度較低的土壤層時，水汽容易凝結,所以在煤砰石層中,底部的含水量會相對較低。當黃鐵礦氧化釋放的熱量在煤砰石層中累積達到煤砰石中可燃物的燃燒臨界點時，會引發自然，釋放多種酸性氣體，致使煤砰石層局部酸化。在溫度梯度的影響下，一旦酸性氣體向上擴散并與煤肝石層的水分結合，將降低煤砰石層的pH值，進而影響土壤層，特別是煤砰石與土壤的界面層環境。3.2土壤剖面重構時覆土厚度的選擇土壤空氣中CQ濃度主要決定于植物根系

34、呼吸、土壤微生物活性、土壤溫度和含水量等：農。在沒有植物根系呼吸和其他條件影響下，H3層土壤微生物的活性明顯比H1和H2層弱。煤砰石會改變相鄰土壤層的環境，影響土壤微生物的活性。但研究結果顯示,煤砰石層對H1和H2層微生物活性的影響較小，說明煤砰石層僅容易對煤砰石界面以上20cm深度內的土壤層產生影響。H1層土壤的含水量在灌溉后1020h內.受表土水分蒸發的影響，其波動較大，含水量明顯降低。H2層的土壤含水量沒有明顯變化，而20-40cm土壤層的含水量隨著H1層含水量的降低對H1層進行水分的補給而降低。利用煤砰石進行充填復昱時，若覆土厚度為40cm,當20-40cm土壤層對表土進行水分補給，其

35、含水量開始降低時，由于煤砰石層含水量和基質勢較低,無法對20-40cm土壤層進行水分后續補給，將導致整個土壤層的含水量會偏低，不利于植被生長。綜合考慮煤砰石對土壤層的多種影響.當覆土厚度為60cm時，煤砰石對土壤層的影響較小，并隨著覆土厚度的增加.煤砰石的影響會逐漸削弱。陳孝楊等速通過對覆土厚度不同的4類試驗小區的土壤晝夜呼吸變化研究也發現*60-100cm是最有利于土壤生物活動的覆土厚度。4結論(1) 煤砰石充填重構土壤中，煤砰石層對土壤層具有良好的阻水性，使下滲水流在一定限度內滯留于土壤層中，增加了上層土壤的持水能力；但是，煤砰石的持水性差，含水量低，在表層土壤水分蒸發的情況下不利于對土壤

36、水分的補給。(2) 煤砰石層具有良好的熱擴散性,在重構土壤中容易形成穩定的溫度梯度，特別在媒砰石層與土壤層之間存在明顯的溫度差。底部溫度的變化對土壤層的影響較小，土壤層溫度變化主要受環境溫度影響。(3) 煤砰石層具有良好的導氣性，氣體容易在煤砰石層中擴散，當氣體擴散至土壤層下界面時，氣體擴散容易受到阻隔，導致氣體在煤肝石下界面累積。(4) 在煤砰石充填重構土壤中，煤砰石層會對鄰近土壤層產生較大影響，影響微生物生存的環境.導致微生物的活性下降。在利用煤砰石進行土地復墾時，應當設計覆土厚度在60cm以上。參者文獻：1 蔡毅，嚴家平.陳孝楊.等.表生作用下煤砰石風化特征研究：以淮南礦區為例J.中國礦

37、業大學學報，2015,44(5) :937-943.2 DedrickDD,RobertH.JoshuaLH,etal.Anexperimentalstudyofcoupledheatandwatertransferinwet-lableandartificiallyhydrophobizedsoilsJ.SoilScienceSocietyofAmericaJournal.2014.78(1)125-132.3 辛繼紅，高紅貝，邵明安.土壤溫度對土壤水分入滲的影響J.水土保持學報.2009,23(3)；217220.4 陳麗蛆.張新民.王小軍.等.不同上壤水分處理對膜上灌春小麥土壤溫度的影響

38、口.農業工程學報，2008,24(4)：9-13.5 邵明安.土壤物理學|M.北京：高等教育出版社，2006.6 宋楊香，王金滿，李新鳳.等.高潛水位采煤塌陷區函構土壤水分運移規律模擬研究口.水土保持學報.2016.30(2):143-148.7 WangJM.LiXF,BaiZK,ctal.Theeffectsofcoalgangueandflyashonthehydraulicpropertiesandwatercontentdistributioninreconstructedsoilprofilesofcoa!minedlandwithahighgroundwatertableJj.H

39、ydrologicalProcesses,2017,31(3):687-697.8 陳孝楊，王芳，嚴家平，等.覆土厚度對礦區復蛾土壤呼吸晝夜變化的影響J.中國礦業大學學報.2016.45(I) :163-169.9 鄭永紅，張治國，胡友彪.等.煤礦復鼠重構土壤呼吸季節變化特征及其環境影響因子J.煤炭學報.2014,39(II) :2300-2306.10 Al-MaktoumiA.KacimovA,Al-IsmailyS,ctal.Infiltrationintotwo-layeredsoil：ThegreenamptandaveryanovmodelsrevisitedIJ.Transpor

40、tinPorousMedia,2015,109(l)：169-193.11 賈紅，徐為根，彭明艷，等.日光溫室土壤溫度變化特征和預報模型研究J.安徽農業科學,2011,39(11)：6471-6473.12 陳繼康，李素蛆，張宇.等.不同耕作方式麥田土壤溫度及其對氣溫的響應特征：十.壤溫度日變化及其對氣溫的響應J.中國農業科學,2009.42(7)：2592-2600.口3陳孝楊，周育智.嚴家平，等.覆土厚度對煤砰石充填重構土壤活性有機碳分布的影響口.煤炭學報，2016,41(5):1236-1243.14 KuncoroPH,KogaK,SattaN,etal.Astudyontheeffe

41、ctofcompactionontransportpropertiesofsoilgasandwater.II：SoilporestructureindicesJ2.SoilandTillageResearch,2014,143(12).180-187.15 王衛華.王全九.李淑芹.長武地區土壤導氣率及其與導水率的關系J.農業工程學報,2009,25(11):120127.(下轉第126頁)壤初始含水率的關系和累積入滲量經驗模型。(2) 各向濕潤鋒的運移距離均與入滲時間具有較好的慕函數關系；在同一入滲時間條件下，各向濕潤鋒的運移距離均隨著土壤初始含水率的增大而增大；土壤初始含水率越大，濕潤體內

42、同一節點處水分含量也越大，水分分布均勻性越高；建立了以各向濕潤鋒運移距離為因變址，入滲時間和土壤初始含水率為自變站的濕潤鋒運移距離經驗模型.經驗證該模型具有較高的可靠性。(3) 灌施結束時刻，濕潤體內鉉態氧分布區域主要集中在灌水器出水孔附近土壤中；土壤初始含水率越大，鉉態氮的分布范圍相對越大。隨著土壤水分再分布的進行，濕潤體內鉉態氮含址逐漸減小，鉉態氮分布區域基本不受再分布時間的影響。(4) 濕潤體內硝態氮分布特性與水分相似；在距離涌泉根灌灌水器出水孔較遠位置，土壤初始含水率越大，濕潤體內同一節點處硝態氮質信分數越大。濕潤體內硝態氮質量分數在再分布1天之內，最大值減小，分布范圍變大；再分布1天直至再分布15天,濕潤體內硝態氮質量分數均呈現出不同程度的增加；越接近土壤表層，硝態氮變化趨勢越明顯。參考文獻：LU吳普特朱德蘭,汪布科涌泉根灌技術研究與應用J.排灌機械工程學報.2010,28(4):354-357,368.2 汪有科，黎朋紅.馬理輝，等.涌泉根灌在黃土坡地的水分運移規律試驗J.排灌機械工程學報.2010,28(5)：449-454.3 費良軍，曹俊，聶衛波.涌泉根灌土壤濕潤體特性試驗口.排灌機械工程學報.2011,29(3):260-265.4 黎朋紅，汪有科.馬理輝，等.涌泉根海濕潤體特征值變化規律研究J.水土保持學