采石廢棄地棄渣與農(nóng)田土混合土壤粒徑特征及水文效應(yīng)

王佳歡， 楊新兵， 劉彥林， 趙小勇， 趙 波， 史寶勝

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北地礦建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北省地礦局國土資源勘查中心，石家莊 050000；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

伴隨礦石原料的開采，其浪費土地資源的開采方式致使采石廢棄地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和外貌特征發(fā)生較大變化，廢棄地土壤出現(xiàn)的一系列環(huán)境質(zhì)量問題受到廣泛關(guān)注。受采石活動的影響，受損土壤容重大、緊實度高、養(yǎng)分流失嚴(yán)重，棄渣的夾雜令土壤晝夜溫差大、保水性差，植物難以存活，生態(tài)恢復(fù)能力低下，屬嚴(yán)重退化土壤，因此，土壤環(huán)境修復(fù)成為采石場廢棄地生態(tài)修復(fù)的首要問題。土壤本身是一種由大小各異、形狀不規(guī)則的小顆粒以及顆?？紫督M成的基質(zhì)，顆粒的形狀大小、排列分布既影響著土體的穩(wěn)定性，又關(guān)系著水文效應(yīng)，因而重構(gòu)土體的粒徑特征以及水文效應(yīng)是土壤環(huán)境修復(fù)的研究重點。

基于采石廢棄地表土缺失現(xiàn)狀，實際生產(chǎn)中往往采用2種性質(zhì)差異較大的基質(zhì)進(jìn)行混合，既達(dá)到土壤環(huán)境修復(fù)的目的，又起到廢物利用的效果，是現(xiàn)行條件下較為推薦的修復(fù)手段。目前，關(guān)于基質(zhì)混合方面的研究國內(nèi)外早有報道，Dunsford等將工業(yè)固體廢棄物中的硫化鐵與荒地土壤進(jìn)行混合，其混合基質(zhì)的肥力與持水性能較荒地土壤有較大提升；Wang等通過研究土壤、粉煤灰、煤矸石、粉煤灰與煤矸石混合物等4種基質(zhì)的水文特征發(fā)現(xiàn)，混合物與土壤具有相似的滲透性和體積含水率；王志剛等采用黏土與表土作為礦區(qū)排土場的土壤重構(gòu)材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1∶2黏土表土配比下重構(gòu)基質(zhì)的持水性能顯著提高；程杰等通過研究砒砂巖與沙復(fù)配后的顆粒變化發(fā)現(xiàn)，砒砂巖復(fù)配比例越高，復(fù)配土顆粒越細(xì)、分形維數(shù)越高；張露等研究砒砂巖和風(fēng)沙土復(fù)配后的粒度組成變化，得到砒砂巖∶風(fēng)沙土以1∶2或1∶5的質(zhì)量比復(fù)配土顆粒級配特征良好的結(jié)果。上述研究證明，基質(zhì)混合確實具有促進(jìn)新土壤朝顆粒較細(xì)、持水性能較強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面變化的效果。

石家莊西部山區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，在歷經(jīng)上世紀(jì)采石活動后出現(xiàn)大量“掌子面”“白茬山”，表土缺失致使覆綠難度大，當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門為解決土壤問題常常大量覆土，極大程度浪費現(xiàn)有的土地資源。為解決上述問題，基于“多聚土、少客土”原則，本研究將石家莊市鹿泉區(qū)一采石廢棄地棄渣和附近農(nóng)田土作為試驗材料，通過混合基質(zhì)充填土柱試驗，闡明不同混合比例下土壤粒徑特征和水文效應(yīng)差異，篩選最優(yōu)配比，為鹿泉區(qū)采石廢棄地土壤環(huán)境修復(fù)提供科學(xué)借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

石家莊市鹿泉區(qū)位于河北省中南部(37°88′08″—38°27′27″N，114°18′55″—114°51′36″E)，東環(huán)市區(qū)，西臨井陘，北鄰靈壽、平山，南接元氏，總面積603 km。鹿泉區(qū)為太行山低山丘陵區(qū)，試驗點海拔310～400 m，屬小起伏山地(200～500 m)。全區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型大陸性氣候，冬冷夏熱，雨熱同期，最熱7月平均氣溫27.2 ℃，最冷1月平均氣溫-1.7 ℃，降水集中于7—8月，多年平均降水量542.2 mm，全年無霜期219天。境內(nèi)滹沱河、太平河、清水河等河流均屬海河水系，土壤類型主要為石灰性褐土，森林類型為暖溫帶落葉闊葉林。

1.2 試驗設(shè)計

供試基質(zhì)為鹿泉區(qū)某廢棄石灰?guī)r采石場棄渣和附近農(nóng)田土，棄渣過2 cm篩子，其機(jī)械組成和物理性質(zhì)為：石灰?guī)r石塊體積分?jǐn)?shù)46.26%，石灰?guī)r石礫體積分?jǐn)?shù)21.28%，砂粒體積分?jǐn)?shù)19.33%，粉粒體積分?jǐn)?shù)12.96%，黏粒體積分?jǐn)?shù)0.17%，容重1.60 g/cm，總孔隙度26.91%，農(nóng)田土機(jī)械組成和物理性質(zhì)為：石礫體積分?jǐn)?shù)51.61%，砂粒體積分?jǐn)?shù)20.48%，粉粒體積分?jǐn)?shù)25.34%，黏粒體積分?jǐn)?shù)2.57%，容重1.07 g/cm，總孔隙度51.18%。棄渣與農(nóng)田土按不同體積比例進(jìn)行混合，混合比例分別為0∶10(C)，3∶7(C)，5∶5(C)，7∶3(C)，10∶0(C)，2種基質(zhì)風(fēng)干后經(jīng)過均勻攪拌裝入容器，每個處理設(shè)置3個重復(fù)。選用外徑20 cm、內(nèi)徑19 cm、長度35 cm的PVC管材作為裝土容器，裝土高度為30 cm，底部采用300目紗網(wǎng)封底。為模擬土壤環(huán)境，修筑30 cm深水泥槽，底部設(shè)排水口，將模擬土柱置于土槽中，試驗布設(shè)于2020年12月2日。

1.3 試驗方法

2021年6月進(jìn)行土壤入滲試驗，試驗采用一維垂直定水頭法，選用外徑13 cm、內(nèi)徑12 cm、高100 cm的馬氏瓶作為供水裝置，試驗前對其進(jìn)行加壓試水保證氣密性，調(diào)整馬氏瓶位置，令水頭高度保持在土面以上3 cm處。試驗開始時，迅速向土柱加水至3 cm刻度處，打開供水閥門并開始計時，參考張志華等的研究結(jié)果，分別在供水開始后的1，3，6，10，15 min時記錄馬氏瓶水位刻度，15 min后每隔5 min記錄1次水位刻度，當(dāng)下降時間出現(xiàn)3次水位差一致時表明達(dá)到穩(wěn)滲。整理數(shù)據(jù)并計算初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率、平均入滲速率、穩(wěn)滲用時、累計入滲量。

土壤入滲分別采用Horton、Philip、Kostiakov模型進(jìn)行擬合，計算公式為：

()=+(-)×e-

式中：為入滲時刻(min)；()為時刻的入滲速率(mm/min)；為穩(wěn)定入滲速率(mm/min)；為初始入滲速率(mm/min)；e為數(shù)學(xué)常數(shù)；為模型擬合參數(shù)。

()=05××-05+

式中：為吸滲率(mm/min)；為模型擬合參數(shù)。

()=×-

式中：、為模型擬合參數(shù)。

入滲試驗?zāi)Ｐ蛿M合效果采用決定系數(shù)()和相對均方根誤差(RRMSE)判定，其中，決定系數(shù)()用于評價模型符合實際的程度，數(shù)值為0～1，數(shù)值越接近1則表示符合程度越高，擬合效果越好。相對均方根誤差(RRMSE)用于評價擬合值與實測值之間的差異程度，數(shù)值為0～1，數(shù)值越接近0則表示模型預(yù)測準(zhǔn)確度越高，計算公式為：

式中：為實際觀測值(mm/min)；為擬合值(mm/min)。

入滲試驗結(jié)束后，采用環(huán)刀法測量土壤容重、孔隙度、持水量等指標(biāo)。風(fēng)干樣品經(jīng)30%過氧化氫溶液去除有機(jī)質(zhì)、稀鹽酸去除鈣鹽、蒸餾水除酸后利用Bettersize 2000激光粒度儀測定粒徑體積百分含量，參考中國制粒徑劃分標(biāo)準(zhǔn)(1985年)進(jìn)行粒徑分級：細(xì)黏粒(<1 μm)、粗黏粒(1～2 μm)、細(xì)粉粒(2～5 μm)、中粉粒(5～10 μm)、粗粉粒(10～50 μm)、細(xì)砂粒(50～250 μm)、粗砂粒(250～1 000 μm)。

粒徑群體特征包括顆粒分散程度、對稱性、集中程度，分別用分散度()、偏度()、峰態(tài)()3個指標(biāo)表征。級配特征包括顆粒分布均勻程度和百分含量累計分布情況，分別采用不均勻系數(shù)()和曲率系數(shù)()2個指標(biāo)表征，其中，不均勻系數(shù)()>5表明顆粒分布范圍廣，數(shù)值較大時需參考曲率系數(shù)()，級配狀況良好時曲率系數(shù)()為1～3。體積分形維數(shù)()采用Tyler的方法計算，黏粒含量越多、砂粒含量越少、土體結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，分形維數(shù)()則越大。指標(biāo)具體計算公式為：

=(×)(××2)

=(×)

=

(3-)lg ()=lg ((<))

式中：、、、、、為顆粒體積含量累計值達(dá)10%，25%，30%，60%，75%，90%時的粒徑；為粒徑；為顆粒徑級的平均粒徑；為試驗結(jié)果的最大粒徑；為粒徑總體積；為體積；為分形維數(shù)，lg (/)(橫坐標(biāo))與lg ((<)/)(縱坐標(biāo))的擬合方程斜率為3-。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖，土壤入滲性能采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析，粒徑特征和水文效應(yīng)評價采用坐標(biāo)綜合評定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比下土壤粒級組成和粒徑結(jié)構(gòu)比較

2.1.1 粒級組成比較 由圖1可知，棄渣和農(nóng)田土按體積比例混合后，細(xì)黏粒(<1 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為3.22%，其次C為2.19%，最低C為0%。粗黏粒(1～2 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為1.96%，其次C為1.92%，最低C為0.55%。黏粒體積分?jǐn)?shù)大小排序為C>C>C>C>C。細(xì)粉粒(2～5 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為6.47%，其次C為6.15%，最低C為4.49%。中粉粒(5～10 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為7.39%，其次C為7.10%，最低C為4.21%。粗粉粒(10～50 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為47.30%，其次C為43.36%，最低C為29.64%。粉粒體積分?jǐn)?shù)大小排序為C>C>C>C>C。細(xì)砂粒(50～250 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為60.99%，其次C為44.54%，最低C為35.40%。粗砂粒(250～1 000 μm)體積分?jǐn)?shù)最高C為0.51%，其他土壤不含粗砂粒。砂粒體積分?jǐn)?shù)大小排序為C>C>C>C>C。從粒徑累計情況來看，隨著棄渣含量的增加，黏粒(<2 μm)體積分?jǐn)?shù)降低，粉粒(2～50 μm)體積分?jǐn)?shù)呈下降趨勢，砂粒(50～1 000 μm)體積分?jǐn)?shù)呈上升趨勢，說明棄渣含量越高，土壤顆粒越粗。

2.1.2 粒徑結(jié)構(gòu)比較 表1為不同配比下土壤粒徑結(jié)構(gòu)，群體特征中，由C到C分散度()逐漸降低，偏度()和峰態(tài)()基本呈增加趨勢，說明棄渣含量增加可降低土壤分散程度，提高對稱性和集中程度。所有土壤不均勻系數(shù)()均>5，說明各配比下的土壤均為不連續(xù)級配，其級配狀況須通過曲率系數(shù)()來表達(dá)，結(jié)果顯示，土壤曲率系數(shù)()為1.48～1.82，滿足1～3良好級配條件，說明廢棄采石場附近農(nóng)田土、現(xiàn)場棄渣以及不同體積比例混合的土壤均屬級配良好基質(zhì)。隨著棄渣含量的增加，分形維數(shù)()逐漸降低，說明棄渣可降低黏粒含量、增加砂粒含量，土體結(jié)構(gòu)偏向不穩(wěn)定，易發(fā)生侵蝕。

注：圖柱上方不同小寫字母表示相同粒級范圍不同配比土壤間差異在0.05水平上顯著。

表1 不同配比下土壤粒徑結(jié)構(gòu)

2.2 分形維數(shù)與粒級組成及粒徑結(jié)構(gòu)的關(guān)系

2.2.1 分形維數(shù)與粒級組成的關(guān)系 由表2可知，分形維數(shù)()與黏粒、粉粒呈正相關(guān)關(guān)系(<0.01)，與砂粒呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05)，即黏粒、粉粒含量越高，砂粒含量越低，分形維數(shù)()越大。分形維數(shù)()與黏粒擬合關(guān)系最好，為0.493，粉粒次之，為0.437，與砂粒擬合最低，為0.382。

表2 土壤分形維數(shù)與粒級組成相關(guān)關(guān)系

2.2.2 分形維數(shù)與粒徑結(jié)構(gòu)的關(guān)系 由表3可知，分形維數(shù)()與分散度()、不均勻系數(shù)()呈正相關(guān)關(guān)系(<0.01)，與偏度()、峰態(tài)()呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.01)，與曲率系數(shù)()不相關(guān)(>0.05)，即分散度()、不均勻系數(shù)()越大，偏度()、峰態(tài)()越小，分形維數(shù)()越大。分形維數(shù)()與分散度()擬合關(guān)系最好，為0.770，峰態(tài)()次之，為0.585，與曲率系數(shù)()擬合關(guān)系最差，為0.012。

2.3 不同配比下土壤水文效應(yīng)

2.3.1 孔隙度與持水量 由表4可知，從C至C容重逐漸升高，當(dāng)棄渣含量達(dá)到50%時容重發(fā)生顯著變化，再增加無顯著變化。毛管孔隙度和總孔隙度隨棄渣含量增加基本呈降低趨勢，非毛管孔隙度呈增加趨勢，結(jié)果顯示，棄渣加入時，毛管孔隙和總孔隙首先發(fā)生顯著變化，棄渣含量達(dá)到50%非毛管孔隙發(fā)生顯著變化，說明毛管孔隙對基質(zhì)變化較為敏感。田間持水量、毛管持水量和飽和持水量均表現(xiàn)為C最大，C最小，隨棄渣體積含量增加均呈降低趨勢。

表3 土壤分形維數(shù)與粒徑結(jié)構(gòu)相關(guān)關(guān)系

2.3.2 入滲性能比較 由圖2和圖3可知，不同配比下土壤初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率、平均入滲速率和穩(wěn)滲用時差異均達(dá)到顯著水平(<0.05)，其中，初始入滲速率為4.40～24.59 mm/min，大小排序為C(24.59 mm/min)>C(19.20 mm/min)>C(15.17 mm/min)>C(12.40 mm/min)>C(4.40 mm/min)；穩(wěn)定入滲速率為0.08～0.80 mm/min，大小排序為C(0.80 mm/min)>C(0.68 mm/min)>C(0.24 mm/min)>C(0.14 mm/min)>C(0.08 mm/min)；平均入滲速率為0.69～2.34 mm/min，大小排序為C(2.34 mm/min)>C(1.86 mm/min)>C(1.00 mm/min)>C(0.77 mm/min)>C(0.69 mm/min)；穩(wěn)滲用時為30～60 min，大小排序為C(60 min)>C(45 min)=C(45 min)>C(35 min)>C(30 min)。除C與C外其他土壤累計入滲量差異均達(dá)顯著水平(<0.05)，累計入滲量為31.32～86.22 mm，大小排序為C(86.22 mm)>C(59.96 mm)>C(45.77 mm)>C(44.78 mm)>C(31.32 mm)。

表4 不同配比下土壤孔隙度與持水量

圖2 不同配比下土壤入滲速率

2.3.3 入滲擬合 由表5可知，與RRMSE呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，越大，RRMSE越小，則模型擬合效果越好，入滲速率預(yù)測值準(zhǔn)確度越高，不同配比下土壤入滲模型擬合的≥0.856，RRMSE≤0.153，說明下列模型均能較好地模擬水分入滲過程。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，Horton模型對C和C入滲擬合效果優(yōu)于其他模型，Kostiakov模型對C、C和C入滲擬合效果優(yōu)于其他模型。

圖3 不同配比下土壤累計入滲量

表5 不同配比下土壤入滲擬合

2.4 不同配比下土壤入滲性能灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種常見于樣本量較小時關(guān)系程度分析的方法，基于行為因子序列的數(shù)學(xué)關(guān)系，以分析因子間的關(guān)系程度或因子對主行為的影響程度?；疑P(guān)聯(lián)分析前，需要將初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率、平均入滲速率、穩(wěn)滲用時和累計入滲量等5個反映土壤入滲性能的參數(shù)無綱量處理，以消除參數(shù)綱量不同引起的影響。參考最大值化方法，將各參數(shù)最優(yōu)值作為參照值，各組均與最優(yōu)值做除法，其結(jié)果組成的新數(shù)列為參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化值(表6)。

灰關(guān)聯(lián)系數(shù)為參數(shù)值與最優(yōu)值的相關(guān)程度，越靠近1.000則表示參數(shù)性能越優(yōu)，灰關(guān)聯(lián)度為入滲性能參數(shù)的算數(shù)平均值，其值反映了入滲性能的優(yōu)劣。表7為不同配比下土壤入滲性能參數(shù)灰關(guān)聯(lián)系數(shù)與灰關(guān)聯(lián)度，分析結(jié)果顯示，土壤入滲性能依次為C(0.904)>C(0.636)>C(0.563)>C(0.480)>C(0.427)，C的初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率、平均入滲速率和累計入滲量相對最優(yōu)，說明全棄渣基質(zhì)具有迅速排清地表積水、減少地表徑流的作用，C穩(wěn)滲用時最優(yōu)，說明棄渣和農(nóng)田土體積各半時對于減緩入滲速率下降具有良好效果。

表6 不同配比下土壤入滲性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

表7 不同配比下土壤入滲性能參數(shù)灰關(guān)聯(lián)系數(shù)與灰關(guān)聯(lián)度

2.5 土壤粒徑特征及水文效應(yīng)評價

坐標(biāo)綜合評定法是一種基于原始數(shù)值與最優(yōu)數(shù)值距離的多維空間分析方法，通過累計各因子與最優(yōu)者的絕對距離，從而得到各組得分值，小者最優(yōu)。由表8可知，選取黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量、分散度、偏度、峰態(tài)、不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、分形維數(shù)等粒徑特征以及容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總孔隙度、田間持水量、毛管持水量、飽和持水量、初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率、平均入滲速率、穩(wěn)滲用時、累計入滲量等水文效應(yīng)共計21個指標(biāo)進(jìn)行評價，、、分別為粒徑特征、水文效應(yīng)、評價結(jié)果的得分值，粒徑特征大小排序為C>C>C>C>C，水文效應(yīng)大小排序為C>C>C>C>C，評價結(jié)果排序為C>C>C>C>C。

表8 土壤粒徑特征及水文效應(yīng)評價

3 討 論

3.1 不同配比下土壤粒級組成和粒徑結(jié)構(gòu)差異

從粒級組成來看，棄渣混合比例越高，土壤砂粒含量越大，混合比例0∶10到10∶0，砂粒含量由35.40%增加至61.50%，粉粒含量由60.50%降低至38.35%，黏粒含量由5.19%降低至0.55%，可能是棄渣含量增加過程中砂粒逐漸占據(jù)粉粒、黏粒體積，增加基質(zhì)中的孔隙，進(jìn)而引起土壤中砂粒體積占比增加、粉粒和黏粒體積占比降低。

從粒徑結(jié)構(gòu)來看，棄渣含量的增加會引起分散度()、不均勻系數(shù)()、曲率系數(shù)()、分形維數(shù)()降低，偏度()、峰態(tài)()增加，這是因為棄渣中砂粒含量較高，粉粒和黏粒含量較低，使土壤顆粒更多的偏向于較高粒級當(dāng)中，偏度()增加，粒徑分布范圍小且較為集中，分散度()降低、峰態(tài)()增加。本研究表明，混合土壤均為級配良好基質(zhì)，但不均勻系數(shù)()和曲率系數(shù)()降低隨棄渣含量的增加呈降低趨勢，級配特征變差的原因可能是較粗顆粒間的孔隙缺少細(xì)小顆粒的充填，使得土壤粒級分配不均勻、級配不連續(xù)。分形維數(shù)()隨棄渣增加而降低的原因可能是顆粒出現(xiàn)粗?；厔輹r，會引起分形維數(shù)減小，與Niu等對我國北方山區(qū)土壤顆粒與分形特征的研究結(jié)果以及Chen等在我國西南地區(qū)邊坡修復(fù)中關(guān)于土壤顆粒分形規(guī)律的研究結(jié)果一致。

從分形維數(shù)()與粒級組成及粒徑結(jié)構(gòu)的關(guān)系來看，分形維數(shù)()與黏粒和粉粒呈正相關(guān)關(guān)系、與砂粒呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與陳宇軒等研究結(jié)果一致，分形維數(shù)()與分散度()、不均勻系數(shù)()呈正相關(guān)關(guān)系、與偏度()、峰態(tài)()呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與嚴(yán)方晨等研究結(jié)果一致。

3.2 不同配比下土壤水文效應(yīng)差異

從孔隙度和持水量來看，棄渣含量增加，土壤容重、非毛管孔隙度呈增加趨勢，毛管孔隙度以及持水量等指標(biāo)基本呈降低趨勢，原因是棄渣增多使得原本農(nóng)田土中單位體積礫石增多，礫石間大孔隙增加的同時降低了原本農(nóng)田土的毛管孔隙，因而容重和非毛管孔隙增加、毛管孔隙減少。農(nóng)田土本身因毛管孔隙數(shù)量多而具有良好的持水性，當(dāng)加入棄渣后，原本不具有持水能力的礫石充斥在農(nóng)田土中，土體結(jié)構(gòu)變散，體現(xiàn)通氣性能的非毛管孔隙增多，表征保水性能的毛管孔隙減少，土壤整體持水能力下降，與周揚等研究結(jié)果一致。

從入滲性能來看，土壤初始入滲速率、穩(wěn)定入滲速率和累計入滲量都隨棄渣含量增加呈增加趨勢，這可能是棄渣中礫石和大顆粒含量高，促進(jìn)水分下滲的大孔隙數(shù)量多造成的。攝曉燕等在風(fēng)沙土中加入適量砒砂巖后土壤入滲率顯著減小，砒砂巖中的小顆粒充填在風(fēng)沙土大顆粒間隙中，抑制了水分下滲速度，與本研究結(jié)果相似。穩(wěn)滲用時和平均入滲速率隨棄渣含量的增加出現(xiàn)波動性，可能是混合土中原本土壤的孔隙結(jié)構(gòu)和礫石充填致使下滲路徑變復(fù)雜曲折，延緩達(dá)到穩(wěn)滲的時間，從而影響平均入滲速率。

4 結(jié) 論

(1)農(nóng)田土摻棄渣可明顯提高土壤中大顆粒體積分?jǐn)?shù)，棄渣含量越高，混合土壤群體變化特征為分散度降低、偏度和峰態(tài)升高，級配變化特征為不均勻系數(shù)降低、曲率系數(shù)為1～3，分形維數(shù)降低趨勢不顯著，土體結(jié)構(gòu)朝不穩(wěn)定方向變化。黏粒、粉粒與分形維數(shù)相關(guān)性高，砂粒與分形維數(shù)相關(guān)性較高，除曲率系數(shù)外，土壤群體特征、級配特征均與分形維數(shù)存在相關(guān)性。

(2)混合土壤中棄渣含量增加必然引起容重和非毛管孔隙增加，毛管孔隙、總孔隙和持水量下降，水分入滲因棄渣含量不同會存在穩(wěn)滲用時差異，但入滲的初始、穩(wěn)定、平均速率以及累計入滲量基本與棄渣含量呈正相關(guān)關(guān)系?；旌贤寥乐袟壴?50%時宜采用Horton模型擬合入滲過程，棄渣含量≥50%時宜采用Kostiakov模型擬合入滲過程，土壤入滲性能灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，棄渣越多，入滲性能越好。

(3)不同配比下土壤粒徑特征和水文效應(yīng)評價結(jié)果顯示，棄渣∶農(nóng)田土以3∶7體積比例混合后的土壤在穩(wěn)定性、保水性、滲水性等方面表現(xiàn)最好。因此，實際生產(chǎn)建設(shè)中，廢棄采石場土壤環(huán)境修復(fù)采取“三分渣、七分覆”的改良方式既能達(dá)到土壤修復(fù)目的，又能減少成本、廢物利用。