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中国矿业大学学报990 510 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第28卷 第5期 Vol.28 No.5 1999 矿区复垦土壤质量评价方法* 陈龙乾 邓喀中 徐黎华 唐 宏 刘振田 笪建原 李荣连 摘要 以徐州矿区为例，建立了一套系统、完整、客观的矿区复垦土壤质量评价指标 体系，提出了用复垦土壤质量评价指数来评价复垦土壤质量及其相关参数值确定的方 法，为复垦工程验收提供了复垦土壤质量评价的理论依据和简单、易操作的数学评价 方法. 关键词 矿区土地复垦，复垦土壤，质量评价，理论，方法 中图分类号 T D 8 8 of Quantitative uation of Quality of Reclaimed Soil Chen Longqian Deng Kazhong Xu Lihua Tang Hong Department of Mining Engineering, CUMT, Xuzhou, Jiangsu 221008 Liu Zhengtian Da Jianyuan Li Ronglian Xuzhou Mining Bureau, Xuzhou, Jiangsu 221006 Abstract Taking Xuzhou mining area for example, an appraisal index system of the quality of reclaimed soil in mining areas is established.The of uating the quality of reclaimed soil using the qualitative appraisal index number of reclaimed soil and determing reclamation parameters is put forward. The research provides a theoretic base and a which is easy and simple in uating the quality of reclaimed soil. Key words land redamation in mining area, reclaimed soil, qualitaty appraisal, theory, 复垦土壤即复垦土地的土壤，是指对被破坏的土地进行复垦以及采取生物、物理 和化学的土壤培肥技术措施而形成的人工土壤. 矿区农用地复垦的最终目标之一是使复 垦土壤达到当地正常农田的土壤质量水平. 但如何判断复垦土壤是否达到当地正常农田 的土壤质量水平，这就要求有一套可行的复垦土壤质量评价方法. 由于中国地域辽阔， 南北、东西差异极大，土壤类型不同，种植作物不同，故复垦土壤质量评价指标体系 和参数值的确定应有区域性. 本文以徐州矿区为例，对矿区复垦土壤质量的评价方法进 行了研究. 根据徐州矿区土地复垦的实际情况，矿区复垦土壤因被破坏土地的类型以及 所用复垦材料和复垦工艺的不同，主要分为煤矸石复垦土壤、粉煤灰复垦土壤、泥浆 泵复垦土壤等3类. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 1／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 1 确定评价指标体系 简单地说，土壤质量就是土壤的好坏程度. 但正确理解土壤好坏程度应包括两方面 的内容，即土壤的生产质量 土壤肥力 和环境质量. 所以，在土地复垦实践中，所有复 垦措施和技术必须在改良和确保土壤环境质量的前提下，才能采取提高土壤肥力、增 加作物产量的措施. 因此，复垦土壤质量评价实际上包括两个方面，即复垦土壤生产力 评价和复垦土壤环境质量评价. 此外，在具体确定复垦土壤质量评价指标体系时应符合所评价矿区的各方面情 况，而且评价指标体系应够用. 徐州矿区属高潜水位地区，农田种植以麦稻或麦玉 豆 两熟作物为主，所确定的复垦土壤生产力和复垦土壤环境质量评价指标的因素、 因子就应充分考虑采矿特点、复垦工艺以及作物生长对土壤的要求. 1. 1 复垦土壤生产力评价指标 土壤生产力的高低主要决定于土壤肥力的状况. 土壤肥力是土壤养分、水分、热量 和空气等方面供应和协调作物生长的综合能力，具体表现在土壤物理特性和土壤养分 状况两个方面. 就土壤物理特性而言，因为土壤水分、热量和空气等状况与土壤质地和耕层结构 紧密相关，而且有效土层厚度和耕层砾石含量也是徐州矿区复垦土壤的重要物理特性. 因此，徐州矿区复垦土壤物理特性评价因素主要包括土壤质地、有效土层厚度、耕层 砾石含量、耕层结构等评价因子. 1 土壤质地 是指不同粒级的土壤矿质颗粒 如砂粒、粉粒、粘粒 的各自百分数 而形成的土壤粗细的划分，如砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土与粘土等. 不同 的土壤质地基本上反映了该土壤的耕作性能与保水、保肥性能. 2 有效土层厚度 是土壤自地表向下适宜作物根系生长的土层的厚度. 浅根系作物 的有效土层厚度不小于2 0 c m , 深根系作物不小于50 c m . 3 耕层砾石含量 是指耕作层中粒径大于2 m m 的砾石的容积含量，砾石含量高不 利于作物根系的穿插和生长. 4 耕层结构 良好的土壤结构应是耕层含有较多的由土粒经多次团聚形成的团粒 结构 粒径为0 . 2 5～10 m m . 因为团粒结构能改善土壤的孔隙状况，使土壤水气协调，耕 性良好. 土壤养分主要包括氮、磷、钾等营养元素. 由于土壤有机质含量往往是土壤肥力高 低的综合标志，因此，在评价矿区复垦土壤生产力状况的养分因素时，主要考虑土壤 有机质、全氮、有效磷、全钾等因子的含量. 1. 2 复垦土壤环境质量评价指标 复垦土壤环境质量评价是对复垦土壤环境质量素质优劣的定量描述，应该以它对 人类生产、生活和发展以及农作物的适宜程度作为判别的标准. 徐州矿区利用煤矸石、粉煤灰充填复垦采煤塌陷区，既恢复了耕地资源，又避免 了矿山固体废弃物压占土地、污染矿区环境. 应该说，煤矸石、粉煤灰的充填复垦取得 了良好的社会和生态效益，但它也可能造成复垦土壤因环境问题而不能利用，如复垦 土壤中重金属含量有可能超标，p H 值太高或太低. 因此，有必要进行复垦土壤环境质量 评价. 根据徐州矿区复垦土壤的理化特性以及所处矿区的背景特点，影响复垦土壤环境 质量的因素主要是土壤酸碱性和有毒物质污染. 前者用土壤p H 值进行评价，后者则又包 括氟元素以及重金属元素镉、汞、砷、铅等评价因子. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 2 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 从土壤生产力和土壤环境质量两方面综合评价徐州矿区复垦土壤质量是否达到当 地正常农田土壤质量标准，确定的评价指标体系如图1所示. 图1 徐州矿区复垦土壤质量评价指标体系 Fi g . 1 T h e a p p r a i s a l i n d e x s y s t e m o f t h e q u a l i t y o f r e c l a i m e d s o i l i n Xu z h o u m i n i n g a r e a 2 评价方法 按照图1所示的评价指标体系，分别计算复垦土壤及当地正常农田土壤评价总分 值，然后求复垦土壤质量评价指数. 2 . 1 计算土壤质量评价总分值 计算土壤质量评价总分值的数学模型如下 或将式 1 ， 2 合并得 式中F为土壤质量评价总分值；Fi为i 评价因素分值；Fi j为i 评价因素的j 评价因子作用 分值；W i j 为i 评价因素的j 评价因子作用权重；n 为评价因素数 其值为4 ；m i 为i 评价因 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 3／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 素的评价因子数 其值依次分别是4，4，1，5 . 2 . 2 计算复垦土壤质量评价指数 复垦土壤质量评价指数是指复垦土地的土壤质量评价总分值与当地正常农田的土 壤质量评价总分值之比. 它反映复垦土壤质量达到当地正常农田土壤质量的水平或程度. 其计算公式为 式中P为复垦土壤质量评价指数；F为复垦土壤质量评价总分值；F′为当地正常农田 土壤质量评价总分值. 复垦土壤质量评价指数P的意义在于，当P≥10 0 时，说明复垦土壤质量合格；当P ＜10 0 时，说明复垦土壤质量不合格，并说明其合格的程度和差距所在，从而可根据其 不足之处采取相应的改良措施，最终使复垦土壤质量达到合格标准. 3 确定参数值 3. 1 评价因素、因子权重的确定 为了反映因子层对因素的重要程度以及因素对复垦土壤质量贡献的大小，本文用 因素和因子的权重系数来表示. 把不同性质、不同量纲的因素、因子统一用无量纲数据 来量度，采用层次分析并结合特尔斐法，邀请12 名专家填写判断矩阵，通过两轮征询 和计算机处理，得出因素、因子的权重值如表1所示. 表中W i , W i j 分别表示图1所示的对 应的因素Fi，因子Fi j的权重，且 表1 因素和因子权重计算结果 T a b l e 1 Ca l c u l a t i n g r e s u l t s o f w e i g h t o f f a c t o r s a n d e l e m e n t s 因素权重 计算结果 因子权重 计算结果 W 10 . 312 W 110 . 0 96 W 120 . 0 57 W 130 . 0 7 5 W 140 . 0 8 4 W 20 . 345 W 2 10 . 10 7 W 2 20 . 0 8 6 W 2 30 . 0 8 0 W 2 40 . 0 7 2 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 4／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 W 30 . 10 4 W 310 . 10 4 W 40 . 2 39 W 410 . 0 33 W 420 . 0 46 W 430 . 0 51 W 440 . 0 39 W 450 . 0 7 0 3. 2 评价因子作用分值的确定 为了使评价工作规范化和数据便于处理，评价因子的作用分值采用0 ～10 0 分的封 闭区间体系，最优的条件取10 0 分，相对最恶劣的条件取0 分，其余条件的作用分值采 用数学函数推算. 因子层的变量为两种类型，即连续型变量和离散型变量. 通过对因子层的分析可 知除土壤质地 F11 和耕层结构 F14 为离散型变量外，其余评价因子均为连续型变量. 3. 2 . 1 连续型变量因子 对于连续型变量因子，确定其作用分值的函数表达式又分为3种情况. 1 第一种为F12，F2 1，F2 2，F2 3，F2 45种评价因子的情况，当它们实测数值高时， 复垦土壤的质量就好 即作用分值高 ；反之，作用分值低. 设该类评价因子的上、下界 数值以及实测值分别为b ，a ，x ，则其作用分值的函数表达式为 根据全国第二次土壤普查的分级标准［1］以及徐州矿区的实际情况，确定该5种评 价因子的上、下界数值见表2 . 表2 第一种情况评价因子的上、下界 T a b l e 2 T h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s o f a p p r a i s a l e l e m e n t s f o r t h e f i r s t c o n d i t i o n 评价 因子 F12/ c m F2 1/ F2 2/ F2 3/ m g . k g -1 F2 4/ 上界b 下界a 6 0 2 0 4. 0 0 . 6 0 . 2 0 0 . 0 5 40 3 3. 0 0 . 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 5／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 2 第二种为土壤p H 值 F31 的情况. 不同的栽培作物有不同的适宜生长的p H 值范 围，以p H 7 . 0 中性 左右时最好. 当p H ＜6 . 0 或p H ＞8 . 0 时，很少有适宜生长的作物. 因 此，设p H 实测值为x ，则F31作用分值的函数表达式为 3 第三种为F13，F41，F42，F43，F44，F45 6 种评价因子的情况. 这类评价因子对复垦 土壤质量的影响同第一种情况相反，即当评价因子实测数值高时，复垦土壤的质量变 劣 作用分值低 ；反之，作用分值高. 设该类评价因子的上、下界数值以及实测值分别 为b ，a ，x ，则其作用分值的函数表达式为 综合文献［1，2 ］以及徐州矿区的实际情况，确定第三种情况6 种评价因子的上、 下界数值见表3. 表3 第三种情况评价因子的上、下界 T a b l e 3 T h e u p p e r a n d l o w e r l i m i t s o f a p p r a i s a l e l e m e n t s f o r t h e t h i r d c o n d i t i o n 评价因子 F13F41F42F43F44F45 上界b 下界a 50 5 1. 0 0 0 . 15 1. 0 0 0 . 10 30 10 30 0 30 50 0 30 0 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 6 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 注F13的单位为，其余为m g / k g . 3. 2 . 2 离散型变量因子 对于土壤质地 F11 、耕层结构 F14 等两个离散型因子，通过定性向定量转换并由 经验评定给出其作用分值. 设x 为评价因子的性状等级，取值为1，2 ，3，4，则其作用分 值的函数表达式为 离散型评价因子的性状等级确定如表4所示. 表4 离散型因子的性状等级 T a b l e 4 T h e g r a d e o f p r o p e r t i e s a b o u t t h e d i s p e r s e d e l e m e n t s 性状等级1234 土壤质地 F11 壤土 砂壤土或 粘壤土 细砂土或 粉粘土 砂土或 粘土 耕层结构 F14 以团粒 结构为主 团粒或小块 状结构 团块或小 棱柱状结构 片状、棱柱 状或无结构 4 应用举例 表5为徐州矿区某复垦土壤及当地正常农田土壤的各评价因子性状. 表5 土壤质量评价因子性状 T a b l e 5 T h e p r o p e r t i e s o f a p p r a i s a l e l e m e n t s a b o u t t h e q u a l i t y o f s o i l 评价 因子 F11 F12/ c m F13/ F14 F2 1/ F2 2/ F2 3 F2 4/ F31F41F42F43F44F45 复垦 土壤 壤土503 团粒 结构 3. 0 0 . 15 51 4. 13 6 . 5 0 . 45 0 . 15 2 0 6 2 452 正常农 田土壤 粘壤土8 01 小块 状结构 2 . 5 0 . 12 32 2 . 6 5 6 . 80 . 2 5 0 . 0 9 12 44 418 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 7 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 注F2 3, F41～F45的单位为m g / k g . 根据表5，利用式 5 ～ 8 计算，得复垦土壤及当地正常农田土壤的各评价因子的 作用分值如表6 所示. 表6 土壤质量评价因子作用分值 T a b l e 6 T h e a f f e c t e d s c o r e s o f a p p r a i s a l e l e m e n t s a b o u t t h e q u a l i t y o f s o i l 评价因子 F11F12F13F14F2 1F2 2F2 3F2 4F31F41F42F43F44F45 复垦土壤10 0 7 5 10 0 10 0 7 0 . 59 6 6 . 6 7 10 0 10 0 50 6 4. 7 1 94. 44 50 8 8 . 15 2 4 正常农田土壤7 5 10 0 10 0 7 5 55. 8 846 . 6 7 7 8 . 38 8 6 8 0 8 8 . 2 410 0 90 94. 8 2 41 依据表1，表6 由式 3 分别计算得复垦土壤质量总分值F 7 7 . 6 1，正常农田土壤质 量总分值F′ 7 6 . 15. 则该复垦土壤质量评价指数 P＞10 0 ，说明该类复垦土壤质量合格，达到当地正常农田土壤的质量水平. 5 结束语 矿区复垦土壤质量评价是土地复垦评估［3］的重要内容之一. 本文提出的矿区复垦 土壤质量评价方法为正确评价矿区复垦土壤质量是否达到当地正常农田土壤质量的标 准提供了具体的操作方法，该方法具有计算简单、快速而且实用的特点. 因此，该方法 不仅为土地复垦者提供便于操作、可行的复垦土壤质量评价方法，而且为政府进行土 地复垦工程项目验收提供了复垦土壤质量验收的理论依据和验收方法，可避免复垦工 程验收时对复垦土壤质量作出模糊、定性评价的现象. 但各矿区在应用时应根据实际情 况对复垦土壤质量评价指标体系及其参数作具体的调整. *江苏省社会发展基金资助项目（BS98 10 8 ），煤炭高校优秀青年基金资助项目（97 - 0 15） 第一作者简介 陈龙乾，男，196 4年生，农学硕士，讲师 作者单位陈龙乾 邓喀中 徐黎华 唐 宏 中国矿业大学采矿工程系 江苏徐州 2 2 10 0 8 刘振田 笪建原 李荣连 徐州矿务局 江苏徐州 2 2 10 0 6 参 考 文 献 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 8 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15 中国矿业大学学报990 510 1 陈焕伟，张凤荣，刘黎明等. 土壤资源调查. 北京中国农业大学出版社，1997 . 18 0 ～ 2 7 7 2 李富平，杨福海，王树国. 复垦土壤重金属污染综合评价方法探讨. 冶金矿山设计与 建设，1997 ，2 9 3 57 ～6 0 3 陈龙乾. 土地复垦评估探讨. 矿山测量，1996 1 38 ～41 收稿日期1999-0 1-0 8 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 5/ 990 510 . h t m （第 9／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 15