【摘要】：新疆地區(qū)非金屬礦產(chǎn)資源的開發(fā)有利于一帶一路沿線的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。為修復(fù)大規(guī)模礦產(chǎn)資源開發(fā)對(duì)土地環(huán)境系統(tǒng)的影響,需要開展土地復(fù)墾工作。本文圍繞在土地復(fù)墾工作中土地復(fù)墾的適宜性、重構(gòu)土壤的物理性質(zhì)演變及土壤水分運(yùn)移規(guī)律等科學(xué)問題展開研究。首先,以新疆地區(qū)非金屬礦山為研究對(duì)象,建立了土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型;其次,圍繞不同覆土方式重構(gòu)土壤的物理性質(zhì)及其在灌溉條件下土壤水分運(yùn)移規(guī)律這一科學(xué)問題,采用靜力載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬方法研究復(fù)墾機(jī)械對(duì)表部重構(gòu)土壤物理性質(zhì)的影響;在此基礎(chǔ)上,采用原位試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測、數(shù)值模擬方法,分析了廢石回填條件下重構(gòu)土壤含水率、負(fù)壓等參數(shù)的變化規(guī)律,建立了相應(yīng)的土壤水動(dòng)力學(xué)模型。本文取得的主要成果包括:(1)提出了新疆地區(qū)非金屬礦山土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型,對(duì)非金屬礦山土地復(fù)墾單元進(jìn)行了合理劃分。以新疆地區(qū)21處非金屬礦山的149個(gè)土地復(fù)墾單元作為學(xué)習(xí)樣本,建立了相應(yīng)的土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)模型,經(jīng)檢驗(yàn)正確率達(dá)到98.7%,將該評(píng)價(jià)模型進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用,評(píng)價(jià)結(jié)果理想。該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型可確定新疆地區(qū)非金屬礦山土地復(fù)墾方向,即是否需要進(jìn)行覆土。(2)通過對(duì)重構(gòu)土壤的物理性質(zhì)變化的研究,獲得了重構(gòu)土壤在不同厚度和不同壓實(shí)作用下及一年管護(hù)期后土壤物理性質(zhì)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:1)土地復(fù)墾過程中,復(fù)墾機(jī)械對(duì)重構(gòu)土壤的壓實(shí)次數(shù)和重構(gòu)土壤厚度都是影響重構(gòu)土壤密實(shí)程度的顯著性因素,同時(shí),兩者的交互作用對(duì)土壤的密實(shí)程度有顯著性影響,復(fù)墾機(jī)械對(duì)重構(gòu)土壤壓實(shí)3次的壓實(shí)效果與未壓實(shí)效果差別顯著,隨著壓實(shí)次數(shù)的增加,單次壓實(shí)效果減弱,覆土越厚,壓實(shí)效果越不明顯;2)復(fù)墾機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)不同深度處的壓實(shí)效果不同,對(duì)重構(gòu)土壤淺部(深度10 cm)的壓實(shí)效果最大;3)一年管護(hù)期因澆水的原因,重構(gòu)土壤內(nèi)存在孔隙水滲流現(xiàn)象,影響著重構(gòu)土壤密實(shí)程度和顆粒分布;4)一年管護(hù)期后,覆土越厚,重構(gòu)土壤與廢石交界處細(xì)顆粒含量越高;5)細(xì)顆粒含量影響了重構(gòu)土壤的不均勻程度、孔隙率、含水率等物理性質(zhì)指標(biāo),整體的變化規(guī)律為顆粒越粗其土顆粒整體越均勻、含水率越高、孔隙率也越大。(3)通過對(duì)重構(gòu)土壤水分運(yùn)移的研究,獲得了管護(hù)期不同厚度重構(gòu)土壤在未壓實(shí)和壓實(shí)一次作用下的水分運(yùn)移規(guī)律。結(jié)果表明:1)無論是壓實(shí)土壤還是未壓實(shí)土壤,10 cm深度處的土壤含水率皆受氣象因素影響較大,其含水率小于重構(gòu)土壤其他深度處,重構(gòu)土壤30 cm深度處的含水率大于其他深度處的含水率;2)受覆土厚度、土壤壓實(shí)等因素的影響,土壤含水率和負(fù)壓對(duì)一次灌溉入滲的響應(yīng)時(shí)間不同;3)土層越厚對(duì)應(yīng)的入滲補(bǔ)給能力越弱,未壓實(shí)土壤整體的入滲能力要大于壓實(shí)一次的重構(gòu)土壤,未壓實(shí)的重構(gòu)土壤的蒸發(fā)量大于壓實(shí)的重構(gòu)土壤;4)結(jié)合新疆地區(qū)植物根系生長特點(diǎn),建議重構(gòu)土壤的覆土厚度應(yīng)不小于50 cm。(4)對(duì)重構(gòu)土壤水分運(yùn)移進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得了重構(gòu)土壤水動(dòng)力學(xué)模型。模擬結(jié)果顯示:1)在覆土30 cm條件下,壓實(shí)土壤的蒸發(fā)損失量、底部排泄通量以及土體內(nèi)部含水量的消耗量都小于未壓實(shí)土壤,壓實(shí)作用凸現(xiàn);2)在覆土50 cm和70 cm條件下,土壤蒸發(fā)損失量基本相同,土壤水分損失主要是向底部廢石層下滲排泄;3)對(duì)比分析物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)50 cm壓實(shí)土壤的土體含水量損失最小,可作為復(fù)墾中覆土厚度和復(fù)墾方式的推薦方案。4)基于20年長系列非凍期氣象資料,以50 cm壓實(shí)土壤數(shù)值模擬反演參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,降水與蒸發(fā)消耗基本持平,復(fù)墾后種植植被的消耗主要由灌溉補(bǔ)給提供,灌溉作用凸顯。本論文有圖116幅,表36個(gè),參考文獻(xiàn)190篇。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S153;TD88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2723500