陜北檸條塔煤礦沉陷區(qū)邊緣坡面土壤含水率垂向變化特征

楊磊 馬坤

摘? 要：文章以陜北檸條塔煤礦沉陷區(qū)邊緣坡面土壤為研究對(duì)象，通過野外采樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等方法，研究并揭示土壤含水量在垂向上的變化特征。研究結(jié)果表明：第一，沉陷區(qū)邊緣坡面土壤含水率介于10%～12%，垂向上分布均勻;第二，沉陷區(qū)邊緣坡面土壤在各個(gè)深度的含水率均明顯高于非沉陷區(qū)土壤，平均提高了1.53倍，表明沉陷使得邊緣坡面土壤的下滲和持水能力有所提升，這與土壤孔隙度增加有關(guān);第三，邊緣坡面土壤含水率增加可能是陜北沉陷區(qū)形成之初的短期正向生態(tài)效應(yīng)，可為沉陷區(qū)短期生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：沉陷區(qū);邊緣坡面;土壤含水率;垂向特征;檸條塔煤礦

中圖分類號(hào)：TD167? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0073-02

榆神府礦區(qū)是國家重點(diǎn)建設(shè)的14個(gè)大型煤炭基地中陜北基地的重要組成部分，其探明儲(chǔ)量占全國的12%[1]。近幾十年，隨著檸條塔、大柳塔等一批千萬噸級(jí)高產(chǎn)高效礦井陸續(xù)建成投產(chǎn)，榆神府礦區(qū)已成為全國最重要的煤炭資源輸出地之一。然而，大規(guī)模、高強(qiáng)度的煤炭開采活動(dòng)使得榆神府礦區(qū)采動(dòng)損害問題日益凸顯，其中以開采沉陷最為普遍、最為長期和最為嚴(yán)重[2]。開采沉陷發(fā)生后，不僅直接而劇烈的破壞土壤的原有結(jié)構(gòu)，而且間接持續(xù)的引發(fā)土壤理化性質(zhì)的劣化，其中以土壤水分最為敏感[3]。土壤水分在像陜北這樣的生態(tài)脆弱區(qū)，具有維系地表植被健康、保持水土穩(wěn)定的重要生態(tài)作用。鑒于此，本文以陜北檸條塔煤礦沉陷區(qū)邊緣坡面土壤為研究對(duì)象，通過野外采樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等方法，研究并揭示土壤含水量在垂向上的變化特征，以期為陜北采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

檸條塔煤礦沉陷區(qū)位于陜西省神木縣西北部，距神木縣城約36km，屬于神南礦區(qū)的一部分，行政區(qū)劃隸屬于神木縣孫家鎮(zhèn)、麻家塔鄉(xiāng)管轄。其該區(qū)海拔1100-1300m，年平均降水量415.0mm，年平均蒸發(fā)量1788.4mm，年平均日照時(shí)間2875.9h，年平均氣溫8.6℃，年平均風(fēng)速3.2m/s。大地構(gòu)造單元屬華北地臺(tái)鄂爾多斯地塊，土壤類型以風(fēng)沙土為主。植被群落為以沙柳（Salix Psammophila）、沙蒿（Artemisia Desterorum）、檸條（Caragana Korshinskii）等為建群種的沙生植被組合。

2 研究方法

2.1 野外采樣與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

首先，在遙感解譯和實(shí)地踏勘的基礎(chǔ)上，在檸條塔煤礦沉陷區(qū)（形成時(shí)間約為1a）邊緣處，選擇并確定1條形態(tài)連續(xù)完整的坡面;第二，在坡面中部隨機(jī)布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，并注意避開采動(dòng)地裂縫發(fā)育區(qū);第三，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)，使用土鉆分6層采集土壤，采樣深度依次為0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm;第四，將5個(gè)采樣點(diǎn)中相同一層的土壤進(jìn)行混合、現(xiàn)場(chǎng)稱重、記錄編號(hào)后裝入密封塑料袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室以備檢測(cè);第五，在非沉陷區(qū)布設(shè)空白樣點(diǎn)，按照上述方法采集土樣帶回實(shí)驗(yàn)室以備檢測(cè);第六，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將所有土樣放置于烘箱，在105℃下經(jīng)24h烘干處理后，依次測(cè)其質(zhì)量。

3 結(jié)果與分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)式（1），分別計(jì)算空白樣（CK）和沉陷區(qū)邊緣坡面土壤的0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm共12組土壤含水率，結(jié)果見表1。

3.2 討論與分析

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，運(yùn)用origin軟件進(jìn)行數(shù)理分析，并繪制圖1、圖2。

由表1、圖1、圖2可知：

（1）沉陷區(qū)邊緣坡面土壤在不同深度的含水率介于10%～12%，垂向上整體變化不大。其中，0～10cm土壤（表層）含水率最高，為12%，60～80cm土壤含水率最低，為10%。說明沉陷區(qū)邊緣坡面土壤水分在垂向上分布均勻。

（2）沉陷區(qū)邊緣坡面土壤在各個(gè)深度的含水率均明顯高于非沉陷區(qū)土壤。相對(duì)于非沉陷區(qū)3～6%的土壤含水率，沉陷區(qū)邊緣坡面土壤在各個(gè)深度的含水率明顯提高，平均提高了1.53倍。其中，0～10cm土壤（表層）含水率提高幅度最大，為3倍，60～80cm土壤含水率提高幅度最小，為0.67倍。說明沉陷使得邊緣坡面土壤的下滲和持水能力大大提升，這與崔向新[4]的研究結(jié)論不同。

（3）沉陷區(qū)邊緣坡面土壤在各個(gè)深度的含水率顯著提高的主要原因是，地下高強(qiáng)度采煤活動(dòng)使得地表變形劇烈，特別是在沉陷區(qū)邊緣坡面處往往多發(fā)育臺(tái)階式開裂、下沉等破壞形式，以致該處土壤孔隙度增加，不僅為降水入滲土壤提供了更多通道，也為土壤持水提供了更大的空間。

（4）對(duì)比前人研究結(jié)果，認(rèn)為邊緣坡面土壤含水率增加可能是陜北沉陷區(qū)形成之初（1a左右）的短期正向生態(tài)效應(yīng)，可為沉陷區(qū)短期生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供依據(jù)，而沉陷區(qū)邊緣坡面土壤水分的長期變化還需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋世杰，王雙明，趙曉光，等.基于覆巖層狀結(jié)構(gòu)特征的開采沉陷分層傳遞預(yù)計(jì)方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2018，43（S1）：87-95.

[2]宋世杰.基于關(guān)鍵地礦因子的開采沉陷分層傳遞預(yù)計(jì)方法研究[D].西安科技大學(xué)，2013.

[3]王雙明，杜華棟，王生全.神木北部采煤塌陷區(qū)土壤與植被損害過程及機(jī)理分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017，42（1）：17-26.

[4]崔向新，高永，劉彩云.采煤塌陷對(duì)風(fēng)沙土含水量的影響[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，25（4）：491-496.