中国农牧交错带矿区煤矸石重构土壤高保水性实验研究与优化策略

针对农牧交错带矿区生态脆弱区土壤重构难题，研究人员通过室内土柱实验探究煤矸石-表土(CGTS)混合比例与厚度对土壤含水量(SWC)、持水能力及水肥响应的影响。结果表明，1:1混合比与60 cm厚度重构层可显著提升SWC(39.51%)和持水率(达未扰动土水平51.78%)，为矿区固废资源化与生态修复提供关键技术支撑。

　　

在中国北方农牧交错带矿区，独特的半干旱气候与生态脆弱性使得土壤重构面临严峻挑战。这一过渡带兼具农业与牧业特征，但采矿活动导致土地退化、植被丧失，而当地土壤资源稀缺且水分保持能力差。传统修复技术难以满足该区域对土壤水分稳定性的特殊需求，尤其缺乏针对煤矸石等矿区固废的高效资源化利用方案。更棘手的是，灌溉与施肥等常规农业措施可能破坏重构土壤结构，加剧水分流失。如何通过科学配比实现煤矸石重构土壤的长期保水性能，成为生态修复的关键突破口。

来自内蒙古某研究团队在《CATENA》发表的研究，通过三阶段室内土柱实验系统评估了不同煤矸石-表土混合比(CGTS1:1、CGTS2:1等)和重构层厚度(40/50/60 cm)对土壤含水量(SWC)、垂直水分分布及水肥响应的影响。研究采用动态监测、统计学分析和持水能力评估等方法，以未扰动土壤为对照(CK)，探究了浇水与NPK有机肥施用前后SWC的变化规律。

SWC characteristics under different reconstruction ratios
数据显示，CGTS1:1组SWC均值达39.51%，恢复效果最佳，其水分变异范围与未扰动土相近。而CGTS2:1组因煤矸石占比过高导致SWC显著降低(仅28.34%)，表明过高掺比会削弱保水性。

Effect and mechanism of reconstruction ratio and soil layer thickness on SWC
60 cm厚度重构层的SWC表现最优，其深层储水能力较40 cm组提升23%。煤矸石的宏孔隙结构能增强水分渗透，而适当比例的表土可提供毛细管持水空间，二者协同作用形成"上疏下密"的理想水分分布模式。

Water change before and after watering and fertilization
所有实验组均能适应浇水与施肥：CGTS1:1a和CGTS2:1c组的持水率分别达到未扰动土的51.78%和60.42%，证实重构土壤具备良好的水分环境稳定性。有机肥通过促进团聚体形成间接提升SWC，但短期内可能因盐分增加导致水分波动。

该研究证实，1:1煤矸石-表土配比与60 cm重构厚度的组合能实现最优水分保持效果，其机理在于煤矸石改善了土壤孔隙度而表土维持了毛细作用。这一发现不仅为半干旱矿区土壤重构提供了量化标准，更开创了煤矸石固废高值化利用的新途径。值得注意的是，研究首次系统评估了水肥管理对重构土壤水分稳定性的影响，填补了该领域技术空白。成果对全球类似气候带矿区的生态修复具有重要参考价值，尤其为"碳中和"背景下矿山固废的可持续利用提供了科学范本。