隨著我國東部地區(qū)可開發(fā)采煤炭資源銳減，能源生產(chǎn)重心已逐漸轉(zhuǎn)移到地處干旱半干旱區(qū)、生態(tài)環(huán)境脆弱的西北地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，西北地區(qū)蘊藏著我國約73%的煤炭資源量，其中新疆煤炭預(yù)測儲量達(dá)2.19萬億t，約占我國預(yù)測煤炭資源總量的39.3%。新疆在西北地區(qū)煤炭能源結(jié)構(gòu)中起支撐作用。作為我國重要的能源化工基地，新疆主要以露天開采為主。新疆露天煤礦地處戈壁荒漠區(qū)，干旱少雨，土壤沙化和鹽堿化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，加劇了生態(tài)修復(fù)難度。排土場作為露天開采排棄物集中堆放的場地，是一個巨型土石混合堆積體，堆積過程中受機械反復(fù)碾壓，土壤層次紊亂，土壤結(jié)構(gòu)不良，水土流失嚴(yán)重。因此，重構(gòu)排土場合理的土壤結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)排土場生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。現(xiàn)有研究提出了垂向自上而下重構(gòu)具有不同功能的人工土壤層包括表土層?含水層?隔水層，其中，表土層主要是富養(yǎng)，適宜植物生長，是現(xiàn)有研究最多的一層；含水層主要是儲存水分，為植被生長提供水源；隔水層主要是發(fā)揮封閉和吸附功能，阻斷水分滲下?lián)p失和鹽分向上遷移的路徑，關(guān)于排土場土壤含水層和隔水層的研究相對甚少。新疆地處西北干旱區(qū)，蒸發(fā)強烈，排土場土壤壓實嚴(yán)重導(dǎo)致了水分在土表迅速蒸發(fā)，作為新構(gòu)土壤，排土場土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，水分也會以徑流和滲漏方式流失，加劇了水資源短缺，同時也加劇了土壤鹽堿化程度。因此，研究排土場土壤重構(gòu)與蓄水和鹽分遷移機制是克服這一難題的主要解決思路。

土壤重構(gòu)的難點之一是排土場可用的土壤資源稀缺，嚴(yán)重制約了排土場復(fù)墾效果。重構(gòu)材料因地制宜。立足煤炭資源稟賦，煤化工產(chǎn)業(yè)在新疆迅速發(fā)展，以煤制氣為代表的煤化工產(chǎn)能占全國的66%。煤氣化產(chǎn)業(yè)保障了國家能源安全，帶動了區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了大量的廢棄物。煤氣化渣(Coal gasification slag, CGS)是煤氣化過程產(chǎn)生的主要副產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計每噸煤產(chǎn)生15%～20%的CGS。CGS產(chǎn)量大，目前有關(guān)其應(yīng)用的研究主要集中在制備混凝土混合物、水泥添加劑、陶瓷顆粒、水玻璃和水體吸附劑等方面。新疆地域遼闊，受限于運輸距離、處理成本和用戶范圍等因素，上述CGS資源化利用方式并不能為新疆CGS處置提供借鑒思路。新疆CGS產(chǎn)量高，消納低，CGS仍以堆存和填埋為主。研究表明CGS具有比表面大、孔隙率高的特點，能有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分保持和養(yǎng)分增持及作物生長，然而這些研究集中在CGS重構(gòu)表土層，對于CGS是否可作為含水層的重構(gòu)材料仍有待驗證。

重構(gòu)材料需就地取材，以重構(gòu)土壤的功能展開遴選。隔水層作為重構(gòu)土壤的最下層，具有致密性和吸附性。露天煤礦開采需要將礦層上覆巖層進(jìn)行剝離，過程中伴隨產(chǎn)生了大量以紅泥巖為主的巖土物質(zhì)。紅泥巖產(chǎn)量高，利用率低，不合理的堆積容易造成土地壓占。紅泥巖具有高黏性和低滲透性能，符合隔水層材料的基本性質(zhì)。通過開展以紅泥巖作為隔水層材料的研究，分析其是否能夠有效防止水分滲漏，阻礙下層鹽分上移，是判別紅泥巖可否作為土壤重構(gòu)材料的關(guān)鍵依據(jù)。

針對以上研究的不足，筆者以西北某露天煤礦排土場土壤為研究對象，假設(shè)CGS重構(gòu)含水層和泥巖重構(gòu)隔水層能夠促進(jìn)水鹽運移，有效蓄水供水，開展以下工作：① 通過毛細(xì)水上升試驗和土水特征曲線研究CGS重構(gòu)含水層的可行性；② 通過土柱試驗研究泥巖作為隔水層材料的可行性；③ 解析CGS作為含水層材料的蓄水機制以及泥巖作為隔水層材料對水分防滲和鹽分阻隔的機制。本研究遵循煤炭行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，以期為煤炭行業(yè)伴生材料綜合利用和西北干旱地區(qū)排土場土壤重構(gòu)提供理論依據(jù)。