煤炭学报

作者：景可欣, 董周宾, 薄怀志, 王志亮, 胡绍豪, 李新举, 闵祥宇,

关键词：采煤沉陷区, 填充材料, 复垦土壤, 土壤钾有效性, 吸附–解吸特征,

煤矿开采造成土地沉陷、土壤环境破坏和农田养分流失，采用不同材料充填复垦是目前中国东部矿区修复沉陷土地的常用方法。钾作为作物生长发育的关键元素，探究其在复垦土壤中的有效性十分必要。为了研究不同填充材料复垦土壤中钾的有效性及其影响因素，文章选择以煤矸石(MGS)、湖泥(HN)、黄河砂(HHS)为填充材料的复垦土壤为研究对象，采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、电子显微镜(SEM)以及比表面及孔隙度分析仪(BET)对复垦土壤进行表征分析，利用吸附等温线试验和连续流液法吸附、解吸动力学实验测定并通过相应模型描述复垦土壤对钾的吸附、解吸特征。结果表明：不同材料充填复垦土壤的矿物组成、官能团组成、微观形貌、表面结构均与正常耕地存在差异。3种材料充填复垦土壤XRD图谱中伊利石的衍射峰以及FTIR曲线中由伊利石引起的—OH等特征峰均减弱，复垦土壤表面更加光滑，比表面积和孔体积更小；所有充填复垦土壤各吸附、解吸参数均低于正常耕地(ZC)，MGS充填复垦土壤吸附能力最强，其最大吸附量可达7.90～15.00 mg/g，HHS充填复垦土壤吸附能力最弱，其Qm仅2.66～3.91 mg/g。复垦土壤解吸能力差异不大，均处于较低水平，煤矸石充填复垦土壤填充层(MGST)的平衡解吸量(Qe4)最高，为4.40 mg/g，黄河砂充填复垦土壤填充层(HHST)的 Qe4最低，为1.81 mg/g；复垦土壤的吸附参数(最大吸附量、平衡吸附量)与含水量、土壤质地(粉粒、砂粒)、阳离子交换量、表面特征(比表面积、孔体积、平均孔径)显著相关；解吸参数(平衡解吸量)与含水量、黏粒、阳离子交换量显著相关。研究表明，矿区典型材料的充填会降低复垦土壤钾的有效性，这主要与复垦土壤对钾的吸附、解吸能力有关。MGS、HN由于其比表面积、黏粒含量、阳离子交换量较大具有较高的吸附量，但由于其伊利石和—OH含量较高，以不可逆吸附为主，可以通过研磨、筛分减小填充材料粒度及适当提高pH来改良；HHS由于比表面积、黏粒含量、阳离子交换量较小具有较低的吸附量和解吸量，可以通过复垦时掺加黏土及利用秸秆等富含—OH的材料煅烧制备适宜充填复垦的HHS材料来改良。

来源：2024年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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