煤矸石改良盐渍土的研究进展与应用展望

仇东环

宁夏理工学院宁夏石嘴山753000

摘要：盐渍土广泛分布于我国干旱半干旱及滨海地区，存在土体板结、通透性差、盐分聚集、肥力低下等诸多缺陷，严重制约区域农业生产与生态环境建设。传统水洗脱盐、化学改良、有机肥改良等方式存在耗水量大、成本高、时效性弱、易产生二次污染等问题。煤矸石作为煤炭开采与洗选产生的大宗工业固废，具有多孔结构、比表面积大、吸附性强、矿物组分丰富等特点，在盐渍土改良领域具备良好的应用潜力。将煤矸石用于盐渍土修复，可实现“以废治废、固废资源化、生态改良协同增效”的治理目标。本文系统综述煤矸石改良盐渍土的材料特性、改良机理、应用效果及关键影响因素，总结当前技术应用中存在的适配性不足、长期稳定性薄弱、复合改良体系不完善等问题，结合现有研究成果展望技术发展趋势。研究旨在为煤矸石资源化利用、盐渍土生态修复及工程化推广提供理论参考与技术支撑。

关键词：煤矸石；盐渍土；土壤改良；水盐运移；固废资源化；生态修复

1引言

我国盐渍土总面积大、分布范围广，西北干旱半干旱区、黄河三角洲及滨海地带盐渍化问题突出。受气候蒸发强烈、地下水矿化度高、土壤质地黏重等因素影响，盐渍土普遍存在盐分表聚、土体紧实、通气透水能力弱、微生物活性低、养分匮乏等特征，极易发生次生盐渍化，导致土地生产力下降、植被存活率低、区域生态系统脆弱，是制约国土绿化、农业提质与工程建设的主要障碍土壤类型之一。传统改良手段中，大水漫灌洗盐水资源消耗巨大，化学改良剂成本偏高且易造成土壤次生污染，有机肥改良见效慢、难以适配大面积盐碱地治理场景，亟需低成本、绿色可持续的新型改良技术。

煤矸石是我国存量最大的工业固废之一，长期露天堆存不仅占用土地资源，还会产生扬尘污染、雨水淋溶水土污染及边坡失稳等地质环境问题，固废消纳与资源化利用压力持续增大。近年来大量研究表明，煤矸石富含高岭石、石英、蒙脱石等黏土矿物，同时含有腐植酸、活性氧化物及多种植物所需微量元素，凭借疏松多孔的微观结构与良好的离子交换、吸附性能，可有效调控盐渍土水盐分布、优化土体结构、改善土壤化学环境，是优良的盐碱地绿色改良基材。

煤矸石协同改良盐渍土可同步实现固废减量资源化与盐碱地生态修复双重效益，契合我国矿山生态治理与耕地质量提升的发展需求。现阶段相关试验研究逐年增多，但关于改良机理、参数适配、长效性及技术瓶颈的系统性综述仍较为匮乏。基于此，本文梳理近年国内外相关研究成果，系统阐述煤矸石改良盐渍土的作用机制、应用效果与现存问题，展望未来发展方向，为该技术的规范化、规模化应用提供依据。

2盐渍土劣化特征与煤矸石改良基材特性

2.1盐渍土主要劣化特征

盐渍土的危害主要体现为盐胁迫与碱胁迫协同作用引发的土体功能退化。物理层面，原状盐渍土颗粒细密、结构密实、微小孔隙占比高、大孔隙匮乏，土体板结硬化显著，水分入渗困难、通气性差，干旱条件下土壤毛管作用强烈，深层盐分随水分向上迁移并在表层聚集，反复形成表聚积盐。化学层面，土壤可溶性盐离子含量高、pH值与碱化度偏高，过高的盐碱环境会抑制土壤酶活性与微生物代谢，破坏土壤养分循环，造成土壤有机质、有效养分含量偏低。生物层面，高盐高碱胁迫抑制植物根系发育，降低种子萌发率与植被成活率，导致区域植被覆盖度低、生态稳定性差。多重劣化特征叠加，造成盐渍土地利用价值大幅降低。

2.2煤矸石改良基材优势

煤矸石微观孔隙结构发达、比表面积大，具备优异的物理吸附与离子交换能力，可有效固持土壤可溶性盐分离子。矿物组分中含有的酸性活性物质可中和土壤碱性组分，降低土壤pH值与碱化度；含有的腐植酸、硅、钙、镁、钾等活性成分可补充土壤营养元素，改善土壤肥力水平。同时，破碎后的煤矸石颗粒可重构土壤孔隙级配，打破原状盐渍土密实板结结构，优化土壤通气透水与保水保肥性能。相较于传统改良材料，煤矸石取材便捷、成本低廉、固废消纳量大，绿色无污染，适配大面积盐碱地生态修复与改良工程。

3煤矸石改良盐渍土作用机理研究进展

3.1物理结构重构机理

煤矸石掺入盐渍土后可显著优化土体孔隙结构，改善土壤物理性状。原状盐渍土以细小毛管孔隙为主，毛细上升作用强，是盐分表聚的核心诱因。煤矸石颗粒可填充土壤微小孔隙、增加大孔隙占比，重塑土壤孔隙体系，降低土壤容重、提升总孔隙度与透水透气性。大孔隙可加速多余水分入渗淋盐，减少地表积水；适度孔隙结构可弱化土壤毛管输水能力，从物理层面阻断盐分向上运移通道，有效抑制土壤表层返盐。基于CT微观扫描的相关研究证实，煤矸石改良后的土壤孔隙分布更均匀，孔隙连通性显著改善，土体结构稳定性明显提升，可有效缓解盐渍土板结硬化问题。

3.2化学酸碱调控与盐分固化机理

煤矸石通过酸碱中和、离子交换、物理吸附多重化学作用改良盐渍土盐碱特性。煤矸石中酸性氧化物与腐植酸类活性物质可与土壤氢氧根离子发生中和反应，有效降低土壤pH值与碱化度，缓解土壤碱害。同时，煤矸石多孔结构可通过表面吸附与离子交换作用，固定土壤中Na⁺、Cl⁻、SO₄²⁻等可溶性盐离子，降低土壤电导率与总含盐量，减轻盐分胁迫。部分高硫煤矸石可通过硫转化与矿物活化作用进一步优化土壤化学环境，强化盐分固化效果，实现盐渍土化学性状的长效改善。

3.3水盐运移阻滞调控机理

水盐运移失衡是盐渍土次生盐渍化反复发生的关键原因。煤矸石改良层可形成层间障碍带，改变土壤水分入渗与盐分迁移规律。降雨或灌溉阶段，矸石孔隙可延缓水分运移速率，延长盐分淋洗时间，提升脱盐效果；蒸发阶段，矸石层可削弱毛管水上升强度，降低深层盐分向上积聚速率，有效抑制表层积盐。相关监测试验表明，改良土壤水盐分布更趋于均衡，表层盐分稳定性显著提升，可有效解决传统改良方式返盐复发的难题，提升改良效果持续性。

3.4土壤生物环境优化机理

煤矸石改良可间接改善土壤生物生存环境，激活土壤生物活性。盐碱胁迫降低土壤微生物群落多样性与酶活性，抑制有机质分解与养分转化。煤矸石改良后土壤盐分、pH值显著降低，通气透水条件改善，为微生物繁殖代谢提供适宜环境，可有效提升土壤脲酶、磷酸酶等功能酶活性，促进土壤有机质矿化与养分释放。同时，煤矸石释放的微量元素可促进植物根系生长，提升植被抗盐能力，形成土体改良、微生物活化、植被修复的良性循环。

4煤矸石改良盐渍土应用效果研究

4.1对土壤理化性质的改良效果

煤矸石掺量、粒径级配是决定改良效果的核心参数。现有试验研究表明，低掺量煤矸石无法有效打破土壤板结、固化盐分，改良效果有限；过高掺量易造成土体结构松散、土壤保水能力下降，不利于土壤稳定与植被生长。综合多数研究成果，20%～30%掺量的小粒径煤矸石改良效果最优，可显著降低盐渍土容重、pH值、电导率与总含盐量，提升土壤有机质、速效氮、速效钾等养分含量，有效改善土壤理化性状。适宜粒径的煤矸石比表面积更大，离子交换与吸附能力更强，改良效果显著优于大粒径矸石，更适配盐碱地生态改良场景。

4.2对土壤力学性能的提升效果

在岩土工程应用中，煤矸石可有效提升盐渍土土体稳定性与力学性能。煤矸石颗粒填充土壤孔隙，优化土体密实结构，提升盐渍土抗压强度与抗变形能力，降低干湿循环、冻融循环引发的土体开裂、沉降风险。相较于传统单一固化材料，煤矸石协同固化可降低工程成本、提升土体耐久性，可应用于盐碱地区路基填筑、场地平整、生态护坡等工程领域，实现固废资源化与工程土体提质双向增效。

4.3对植被与作物生长的促进效果

煤矸石改良可显著缓解盐碱胁迫对植物生长的抑制作用，提升植被成活率与作物产量品质。田间种植试验表明，适宜掺量煤矸石改良盐渍土可显著提升马铃薯、玉米等作物的长势与产量，改善作物营养品质；改良土壤种植苜蓿等耐盐草本可大幅提升地上与地下生物量，植被根系发育更健壮。煤矸石改良通过降盐调碱、培肥土壤、优化生长环境，可为盐碱地植被恢复与轻度盐碱地农业种植提供良好基础条件。

5当前技术存在的问题与瓶颈

5.1改良适配性地域差异显著

不同区域盐渍土盐分类型、盐碱程度、土壤质地差异较大，不同产地煤矸石矿物组分、活性成分、物理特性各不相同，导致统一改良参数的适配性有限，难以形成通用的标准化改良方案，制约技术大范围推广应用。

5.2长期改良稳定性研究不足

现有研究多集中于短期室内试验与短期田间示范，针对长期干湿交替、冻融循环、降雨淋溶条件下改良土壤的水盐动态、结构演变、肥力变化规律研究较少，改良效果的长期稳定性与退化机制尚不明确。

5.3单一改良效果存在局限性

单一煤矸石改良对重度盐渍土的调控能力有限，难以彻底解决高盐、高碱、养分匮乏、结构极差的复合型土壤问题。煤矸石与微生物、腐植酸、保水剂、固化剂等材料的复合协同改良技术仍处于试验探索阶段，成熟、可推广的复合技术体系尚未完善。

5.4工程标准化体系不完善

目前煤矸石预处理、掺配比例、施工工艺、质量检测尚无统一行业标准，工程应用中施工粗放、参数控制随意，导致现场改良效果参差不齐，制约技术产业化、规范化发展。

6研究趋势与展望

6.1复合协同改良技术研发

未来应重点发展煤矸石-耐盐微生物、煤矸石-腐植酸、煤矸石-功能性保水剂复合改良技术，通过多机理协同作用提升重度盐渍土改良效果。依托矿物活化、超稳矿化等技术优化煤矸石活性，制备高效、长效煤矸石基改良材料，弥补单一改良技术短板。

6.2精准适配改良体系构建

针对不同类型、不同等级盐渍土开展差异化试验，明确不同矸石粒径、掺量、活化工艺的适配范围，建立“土壤类型-材料参数-改良效果-应用场景”的精准匹配体系，形成标准化技术规范，提升技术推广科学性。结合微观表征技术深入揭示改良机理，完善理论研究体系。

6.3长期原位监测与效果优化

开展长期田间原位监测试验，持续追踪改良土壤水盐运移、土体结构、土壤微生物群落及植被生长动态，探明长期改良稳定性与退化规律，优化改良工艺与后期养护方案，保障改良效果长效稳定。

6.4工程化与产业化推广应用

加快完善煤矸石预处理、掺拌施工、质量评价行业标准，优化一体化施工工艺，推动技术在矿区生态复垦、盐碱地生态修复、盐碱地农业提质、岩土工程加固等场景规模化应用，实现固废资源化高效利用与盐碱地综合治理的双向赋能。

7结论

煤矸石凭借优良的物理结构、吸附性能与矿物组分优势，可通过物理结构重构、化学盐分调控、水盐运移阻滞、生物环境优化多重协同机理有效改良盐渍土，显著改善土壤板结、盐碱超标、肥力不足、次生返盐等问题，同时实现大宗煤矸石固废资源化消纳，生态、经济与社会效益突出。20%～30%小粒径煤矸石为当前最优改良参数，适配轻度、中度盐渍土改良与生态修复需求。目前该技术仍存在地域适配性差、长期稳定性不明、复合体系不完善、工程标准缺失等问题。未来需聚焦复合改良技术研发、精准适配体系构建、长期效果监测与工程标准化建设，持续完善理论与技术体系，推动煤矸石改良盐渍土技术规模化、产业化推广，为我国固废资源化利用与盐碱地生态治理提供绿色可持续的技术路径。

备注：基于宁夏自然科学基金项目–基于煤矸石改良盐碱地的苜蓿抗逆性研究。项目编号：2025AAC030548

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