不同的土壤因顆粒的組成、結構和孔隙狀況不同，持水與持肥特征也不一樣匕1」。土壤粒徑分布強烈地影響著土壤的水力特性、土壤肥力狀況以及土壤侵蝕等，是重要的土壤物理特性之一。由于不同粒徑的土粒其理化性質有所不同，因此土壤的粒徑分布在某種程度上決定了土壤的結構和性質，這在農業利用中具有極其重要的意義團。國外許多研究表明:現代復墾技術研究的重點應是土壤因素的重構，而不僅僅是作物因素的建立，為使復墾土壤達到最優的生產力，構造一個最優的土壤條件是最基本的。在采煤塌陷地區進行土地復墾，大型機械的使用必然會擾動土壤，使復墾土壤的物理、化學和生物特性發生巨大的變化，造成復墾土壤嚴重壓實，導致土壤容重增加、結構破壞、質地粘重、透氣性差、土壤團聚體結構及數量發生變化，因此土壤環境發生了較大變化，嚴重影響土壤微生物量和活性，影響土壤養分的轉化和存在方式，進而影響農作物的正常生長，減少農作物的產量。國外研究主要集中在土壤壓實后對土壤特性影響的方面:M.A.Hamza和W.K.Anderson進行土壤壓實對土壤有機質和土壤微生物活性的影響研究，M.Pagliai等研究了不同的壓實程度對土壤孔隙度、透氣性、透水性的影響。國內許多學者也對復墾土壤的理化性狀進行了大量研究，但在土壤壓實機理、不同施工機械壓實過程對土壤顆粒的影響等方面研究較少。因此，本研究在大田條件下建造試驗區，對不同施工機械復墾土壤顆粒的組成進行分析，討論對應土壤顆粒組成規律，探究出不同的施工機械臨界碾壓次數，對實際復墾工作的機械使用提供一定的參考。
1 試驗設計及樣品處理
1.1 試驗區自然條件
試驗區設在山東農業大學南校區試驗田內，地理位置是東經117. 080，北緯36. 200。本地區屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。四季分明，春季十燥多風，夏季高溫多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷少雪。多年平均氣溫13.2C，多年平均降水量803.7mm。
1.2 試驗設計
試驗以國家自然科學基金為依托建立模擬試驗區，2011年7月在試驗區內對煤礦區土地復墾的主要類型進行施工模擬。分別以建筑垃圾、粉煤灰、煤研石為填允材料，選擇2種復墾機械，分別為型號NT855-B280的履帶式推土機和東風EQ3060型自卸汽車，模擬5次碾壓\\(1,3,5,7,9次\\)，以允填土壤灌水自然沉實作為對照，總計31塊樣地，試驗具體設計如圖1所示。
1.3 樣品處理
采用winner2000激光顆粒儀對土壤樣品進行土壤顆粒組成分析。由于復墾表土為粉砂質壤土，為了大范圍地掌握試驗樣區的土壤顆粒組成狀況，量程設計為0^300pm。在土壤樣品進行上機測試之前，首先要過1mm篩，然后稱取0.3g放入20ml容量瓶中，加入0.25mol/I二草酸鈉5ml，加入蒸餾水定容到20ml。將容量瓶內的全部溶液加入winner2000激光顆粒儀的加樣槽內進行土壤顆粒粒徑的分析。
2 結果與分析
2.1 不同施工機械復墾土壤粒徑組成的變化
土壤肥力水平的高低，除取決于大、小粒級微團聚體的自身作用外，它們的數量比也是一個非常重要的因素，因為在存在適當比例的大、小粒級微團聚體的情況下，持水與釋水、保蓄養分與釋供養分之問才能得到很好的協調。將不同復墾機械壓實的3種復墾材料的土壤顆粒組成進行統計分析，根據我國土壤質地分類標準，2種施工機械下復墾土壤的顆粒組成變化如表1所示。由表1可知:對照耕地中粉粒\\(粒徑0.002-0.05mm\\)與砂粒\\(粒徑0.05一1mm\\)含量基本為1，且粉粒\\(粒徑0.002^0.05mm\\)含量中粗粉粒\\(粒徑0.O1-0.05mm\\)的含量比例較高，占粉粒\\(粒徑0.002-0.05mm\\)含量的3/5還多，細粉粒\\(粒徑0.002^0.005mm\\)與中粉粒\\(粒徑0.005^-0.O1mm\\)的含量則差不多，為標準的粉砂質壤土。
從表1中可以明顯看出，隨著碾壓次數的改變，復墾土壤粒徑出現了明顯的變化特征，且出現一定的規律。
總體來看，通過復墾碾壓土壤中砂粒含量減少，粉粒含量增多，粘粒含量始終為0。這是因為在碾壓的過程中，由于受壓力的作用，土壤組成顆粒遭機械破壞，砂粒被碾碎分裂為粉粒。
采用不同的機械復墾，要接近天然正常的土壤粒徑組成，壓實次數是不同的。在自卸汽車復墾碾壓過程中，砂粒含量先增多后減少，而其他顆粒則變化相對平穩，究其原因可能是受壓力變化作用，土壤顆粒粘結后分裂。通過表2的相似度分析，在碾壓3次時土壤顆粒組成與對照耕地的相似度最高，達到U.9537,碾壓5次時的相關系數為U.9223，也相對較高，碾壓9次時土壤顆粒組成的相關性最低，為U.699U，故自卸汽車復墾碾壓3一5次時最接近正常土壤中各粒徑土壤含量比例，在碾壓次數超過5次后，砂粒含量急劇降低，影響土壤的透氣透水性能。在履帶式推土機復墾碾壓過程中，細粉粒與中粉粒含量隨著碾壓次數的增加呈增長趨勢，而砂粒含量則逐漸降低。通過表2的相似度分析，在碾壓5次時土壤顆粒組成與對照耕地的相似度最高，達到U.9945,碾壓7次時土壤顆粒組成的相關性最低，為U.6892，故自卸汽車復墾碾壓5次時最接近正常土壤中各粒徑土壤含量比例。
2.2 土壤顆粒均勻度變化分析
土壤均勻指數是累計分數60%的顆粒所對應的顆粒直徑和10%的顆粒所對應的顆粒直徑的比值，常用來描述土壤質地均-程度，即土壤是由截然不同的顆粒組成的，還是由比較單一的，或由連續的、均勻的各種粒徑顆粒組成，如果完全由同樣大小的顆粒組成的土壤存在的話，其均勻指數是1。一般的，均勻指數越小，質地越均一，分級良好的土壤的均勻指數也越大。綜合統計煤研石、粉煤灰、建筑垃圾3種不同填允材料的2種復墾機械壓實下的土壤均勻指數變化關系如圖3所示。自卸汽車壓實復墾下，隨著壓實次數的增加，土壤顆粒均勻指數呈現“W”形變化。在壓實1次和壓實9次時的土壤顆粒均勻指數最高<10.24\\)，即在這2個壓實次數的壓強范圍下土壤粒徑變化比較大;在復墾壓實7次時土壤顆粒均勻指數最低為4.71，即在壓實7次時土壤顆粒均勻度比較高，土壤組成顆粒比較均一。究其原因，不難發現，雖然壓實1次與9次的土壤顆粒均勻指數相同，但原因是不同的。在復墾壓實1次的情況下，砂粒含量比較高而細粉粒含量較低，高含量的砂粒起了決定作用，土壤質地差別較大，故土壤均勻指數比較大;在復墾壓實9次的時候，雖然總體土壤質地較均勻，細粉粒含量百分比升高，但是因為在粗粉粒粒徑范圍內小粒徑顆粒含量較低，大粒徑顆粒含量高，所以造成了土壤均勻指數也比較高;在復墾壓實7次時，細粉粒與中粉粒含量百分比相差不大，粗粉粒含量比較高，砂粒含量明顯降低，土壤粒徑基本在粉粒粒徑范圍內波動，故土壤質地比較均一，土壤顆粒均勻指數低。
履帶式推土機壓實復墾下，隨著壓實次數的增加，土壤顆粒均勻指數呈現倒“v”形變化，即隨著壓實次數的增加，土壤顆粒均勻指數先增加后減少。在壓實5次的時候土壤顆粒均勻指數是最高的，指數值與自卸汽車復墾1次，9次壓實下的土壤顆粒均勻指數是基本相同的;在壓實9次時，均勻指數4.71，為最低。這是因為，隨著壓實次數的增加，在到達臨界5次時細粉粒含量一直是增加的，使到達10%的顆粒所對應的顆粒直徑值減小，而累計分數60%的顆粒所對應的顆粒直徑變化又很小，故土壤顆粒均勻指數一直增加;而復墾壓實5次以后細顆粒含量增加明顯，大顆粒含量減少，土壤質地越來越均一，故土壤顆粒均勻指數又逐漸降低。
2.3 復墾土壤物理性粘粒分析，在實際應用時，常將1-0.O1mm的顆粒稱為“物理性砂?！?，把<0.O1mm的顆粒稱為“物理性粘?！??！拔锢硇陨傲！币话銦o可塑性和脹縮性，“物理性粘?！眲t有明顯的可塑性和脹縮性，但無透水性，吸濕力、保肥力和粘結力等都有突躍性增加.呂〕。試驗中特別對不同復墾機械的土壤顆粒在物理性粘粒的百分含量做了重點分析。
2.3.1 自卻汽車復墾土壤物理性粘粒分析如圖4所示，自卸汽車復墾的土壤，土壤顆粒組成呈現一定的規律性，雖然填允材料不同，但是總體變化趨勢是相同的。隨著碾壓次數的增加，土壤顆?！拔锢硇哉沉！焙靠傮w上與碾壓次數呈正相關關系，且隨著土壤顆粒粒徑的增加，各土壤粒徑百分含量先增后減。
3種填允復墾模式下，粒徑都是在5. 86 pm處為波峰，是“物理性粘?！敝泻康淖罡咧?，含量百分比在3.080^-10.89%之問，在以煤研石作為填允材料的復墾方式下碾壓9次時到達最高值10.890。在粒徑4.83^-7.11m之問，土壤各粒徑土粒受碾壓次數的影響較大，同時在此粒徑范圍內，土壤顆粒含量也是最高的。
在粒徑<3.28pm和粒徑>8.64pm的范圍內，土壤顆粒組成比較穩定，土壤質地受碾壓次數的影響較小，在煤研石作為填允材料的復墾方式下，即使碾壓9次，其顆粒組成差值最大才不過相差2.3400。并且由圖4可以看出，機械碾壓對土壤“物理性粘?！钡挠绊懼饕性?.83^-7.11m范圍內。通過圖4不難發現，不管是哪種復墾方式，在“物理性粘?！狈秶鷥攘浇M成碾壓3次與對照耕地最為接近，即碾壓3次達到對照耕地的物理性粘粒水平。碾壓3次后增加碾壓次數可能會導致土壤壓實度過高，影響作物生長。因此采用自卸汽車復墾碾壓次數最好控制在3次以內。
2.3.2 履帶式推土機復墾土壤物理性粘粒分析以煤研石作為允填材料的復墾方式下的土壤質地變化曲線與其他2種復墾方式的變化趨勢是不同的，進行1次碾壓土壤“物理性粘?！钡暮堪俜直却笥趯φ崭?，且在5.86pm粒徑的波峰處土壤顆粒含量為6.5800。究其原因，可能是因為履帶式推土機與地面的接觸面積較大，同時由于機械較沉產生壓強差大，加之復墾土壤底部填允的是煤研石，質地較硬，1次碾壓造成土壤中物理性粘粒的百分含量增多。其他2種復墾方式下，隨著碾壓次數的增加，土壤顆?！拔锢硇哉沉！焙靠傮w上是與碾壓次數呈正相關關系的，且變化規律與自卸汽車碾壓下的變化規律相同，即各土壤粒徑百分含量先增后減，在“物理性粘?！狈秶鷥攘浇M成碾壓5次與對照耕地最為接近，即碾壓5次達到對照耕地的物理性粘粒水平。
3種填允復墾模式下，粒徑都是在5.86pm處為波峰，是“物理性粘?！敝泻康淖罡咧?，含量在2.09%一12.20%之問，在以煤研石作為填允材料的復墾方式下碾壓9次時到達最高值12.200。對比自卸汽車碾壓復墾下，機械碾壓對土壤“物理性粘?！钡挠绊懛秶?，尤其是以粉煤灰作為填允材料的復墾方式下的變化趨勢表現更為明顯，履帶式推土機碾壓影響范圍集中在3.98^8.64pm范圍內。
3 結論
\\(1\\)復墾中通過1,3,5,7,9次機械碾壓，不同的復墾機械作用下，土壤各粒徑中砂粒\\(粒徑0. 05 ^-1 mm\\)含量減少，粉粒\\(粒徑0.002^0.05mm\\)含量增多，顆粒組成有細化現象。
\\(2\\)通過土壤組成顆粒相似度分析，自卸汽車復墾碾壓3次時土壤中各粒徑的含量比例與對照耕地的相似度最高，在碾壓次數超過3次后，砂粒含量急劇降低，影響土壤的透氣透水性能。履帶式推土機復墾碾壓5次時土壤中各粒徑土壤的比例與對照耕地的相似度最高。
\\(3\\)自卸汽車復墾，隨著壓實次數的增加，土壤顆粒均勻指數呈現“W”形變化。碾壓1次和碾壓9次土壤顆粒均勻指數最高為10.240履帶式推土機復墾，隨著壓實次數的增加，土壤顆粒均勻指數呈現倒“V”形變化，均勻指數最低為4.710。
<4\\)2種機械復墾的土壤“物理性粘?！痹?.86pm處達到峰值。自卸汽車碾壓對土壤“物理性粘?！钡挠绊懼饕性?.83^-7.11m范圍內，而履帶式推土機碾壓對土壤“物理性粘?！钡挠绊懼饕性?.98-8.64pm范圍內。自卸汽車復墾土壤經過3次碾壓與對照耕地的土質曲線擬合度最高;履帶式推土機復墾，以煤研石作為填允材料時是比較特殊的，而用其他2種材料填允復墾時5次是碾壓的臨界次數，增加碾壓次數會影響作物生長。
\\(5\\)為達到理想的復墾土壤狀態，提高復墾耕地的土壤肥力，在實際操作中要根據復墾耕地性質選擇合適的復墾機械工具。
