榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤理化性质演变

发布时间：2019-11-05 00:50

【摘要】：以榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤为研究对象,运用野外调查取样和实验室分析检测方法,研究不同采煤塌陷年限下(1、2、5、10 a和未塌陷区)土壤理化性质演变特征,探讨采煤塌陷过程中土壤理化性质的响应及其机制。结果表明:(1)与未塌陷地相比,采煤引起地表塌陷初期(1~2 a)土壤体积质量、硬度、黏粒含量、含水量、有机质、速效氮、速效钾、有效磷、全磷和全钾含量均有显著减小,而土壤孔隙度、p H和沙粒含量增加,全氮含量变化不明显,土壤质量总体表现出一定的退化趋势;(2)塌陷区自然恢复条件下上述土壤指标在塌陷5 a后呈现出改善的趋势,其中土壤物理性质、全效养分和土壤水分指标恢复较快,在塌陷10 a后即可恢复至塌陷前水平;但土壤速效养分、p H和有机质经过10 a的土壤自修复仍未完全恢复,采煤塌陷对土壤质量的损害具有一定延续性。(3)采煤塌陷后土壤质量演变过程分析表明,自然恢复条件下塌陷区土壤大体经过3个演替阶段,即退化期(塌陷后1~2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢复期(塌陷后10 a)。
【图文】：

土壤物理性质,年限,演变特征,采煤塌陷

壤pH用pH计测定。1.3数据处理所有数据采用SPSS20.0软件进行统计检验，用单因素方差分析(one-wayANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较组间的差异，差异显著性水平设定为α=0.05，用Excel2013作图软件进行绘图；用SPSS20.0软件以不同采煤塌陷年限下土壤理化性质为变量，平方欧氏距离作为样地间的相异性指标，采用组间平均联接法进行不同样地间系统聚类分析；采用CANOCO4.5软件进行不同采煤塌陷年限主成分分析(PCA)，将塌陷区与未塌陷区的各样点进行归类、排序。2结果与分析2.1不同塌陷年限土壤物理性质演变特征由图1可以看出，与未塌陷对照区相比采煤塌陷初期(1~2a)土壤硬度显著下降了26%(P<0.05，图1A)、(不同小写字母表示相同土壤深度不同地表塌陷年限间差异显著(P<0.05)；图中S1、S2、S5、S10和US分别代表地表塌陷后1、2、5、10a和未塌陷对照区，下同)图1不同塌陷年限土壤物理性质演变特征Fig.1Evolutionofsoilphysicalpropertiesindifferentsubsidenceyears

演变特征,年限,土壤水分

造成地表裂缝发育，土壤中细小颗粒在地表径流和地表风的作用下沿地裂缝流失；同时塌陷后地表植被退化、风蚀作用增强也使地表粉粒和黏粒土壤减校而塌陷初期表层土壤石砾质量分数下降推测主要是由于质量较大的石砾在地表震动的作用下沿地表裂缝跌落至土壤深层。但随着塌陷年限的增加，覆沙区地表裂隙在风蚀、水蚀和重力的作用下不断弥合，加之植被恢复对土壤物理性质的改善，地表塌陷5a后土壤粉粒和黏粒组成增加，土壤颗粒组成上有细化现象(图1D)。2.2不同塌陷年限土壤水分与pH演变特征不同塌陷年限土壤含水量变化如图2A所示，采煤引起地表塌陷后表层土壤平均含水量较未塌陷样地迅速下降了60%，并达到显著水平(P<0.05)，这与赵永峰[13]研究风沙地采煤塌陷后土壤水分含量下降相同，主要原因是由于地表土壤裂缝、地表土壤松散化及地下潜水位下降；但由于所研究的覆沙区地表裂隙弥合较快[14]，减小了表层水分的蒸发面积，同时塌陷引起的土壤孔隙度相对增大加大了降水的入渗速率，，塌陷5a后土壤水分含量和未塌陷样地相比差异已不显著(P>0.05)，水分含量已基本达到未塌陷样地水平。图2不同塌陷年限土壤水分与pH演变特征Fig.2EvolutionofsoilmoistureandpHindifferentsubsidenceyears图2B显示塌陷初期土壤pH由平均8.06上升至8.36并达到显著水平(P<0.05)，后随着塌陷年限的增加逐渐降低，但塌陷10a后仍未减小至塌陷前水平(P<0.05)。采煤塌陷初期土壤含水量的降低使土壤微生物活性降低，也引起植被退化导致地表枯落物量减少，使得微生物分解有机凋落物形成的有机酸、酚类物质量减小，导致土壤pH增加[15]，结果可使塌陷区土壤养分循环量降低[16]，故塌陷初期1~2a土壤养分恢复较为缓慢。而随塌陷年限的增加土壤水分逐

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