煤矸石重构土壤水气响应温度梯度研究

"该文研究了煤矿区使用煤矸石重构土壤后的水气变化和对温度梯度的响应。文章指出煤矸石氧化放热可能影响重构土壤的水气状态，进而影响生态修复效果。作者设计了一种室内模拟装置，通过监测不同深度的温湿度、CO2浓度以及加热装置来研究土壤温度分布和水气运动。Hydrus-1D软件在模拟土壤含水量分布方面表现出色，但显示水分入渗有滞后现象，且在土壤层内累积。气体扩散同样有滞后性，主要在80cm的矸石层积聚。底部加热会导致稳定的温度梯度，促使水分自下而上移动，底层含水量减少，其他层增加，60cm层增速最快。此外，温度梯度增加会减弱含水量对气体扩散的影响，且层间界面可能出现阻碍气体和水分传输的‘障碍带’。" 本文详细探讨了在煤矿区土壤重构过程中，特别是使用煤矸石作为重构基质时，土壤剖面水气状态的变化及其对温度梯度的响应。煤矸石的氧化放热过程对重构土壤的水分和空气状况有显著影响，这关系到矿区生态修复的质量。为了深入理解这一现象，研究人员构建了一个室内模拟系统，其中包括温湿度传感器、CO2浓度检测仪和底部加热装置，以模拟和研究重构土壤的水气热耦合运移。 实验结果显示，Hydrus-1D软件能够有效地模拟土壤体积含水量分布，但实际的水分入渗过程比模拟结果更滞后，水分倾向于在土壤层内部累积。同时，气体扩散过程中也出现滞后现象，特别是在80cm深度的煤矸石层，气体大量积聚。当底部加热设备运行，土壤剖面产生稳定的温度梯度，这使得水分从底部向上移动，底层含水量下降，而其他层含水量上升，其中60cm层的含水量增加速度最快。 温度梯度的存在改变了水气运动的模式，对气体扩散产生了复杂的影响。随着温度梯度的增大，含水量对气体扩散的影响减弱。此外，研究还发现重构土壤的层间界面可能形成一个“障碍带”，阻碍水分和气体的自由移动，导致水分在土壤层内累积，气体在层间界面和矸石层积聚。 这一研究对于理解和改善煤矿区土壤重构后的生态环境恢复，以及优化土地复垦策略具有重要意义。通过更精确地模拟和理解水气动态以及它们与温度梯度的关系，可以更好地设计和实施煤炭开采后的生态修复措施。