陜北檸條塔煤礦沉陷區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邊緣坡面土壤為研究對象，通過野外采樣、室內實驗等方法，研究并揭示土壤含水量在垂向上的變化特征。研究結果表明：第一，沉陷區邊緣坡面土壤含水率介于10%～12%，垂向上分布均勻;第二，沉陷區邊緣坡面土壤在各個深度的含水率均明顯高于非沉陷區土壤，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;第三，邊緣坡面土壤含水率增加可能是陜北沉陷區形成之初的短期正向生態效應，可為沉陷區短期生態環境修復提供依據。

關鍵詞：沉陷區;邊緣坡面;土壤含水率;垂向特征;檸條塔煤礦

中圖分類號：TD167? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2019）06-0073-02

榆神府礦區是國家重點建設的14個大型煤炭基地中陜北基地的重要組成部分，其探明儲量占全國的12%[1]。近幾十年，隨著檸條塔、大柳塔等一批千萬噸級高產高效礦井陸續建成投產，榆神府礦區已成為全國最重要的煤炭資源輸出地之一。然而，大規模、高強度的煤炭開采活動使得榆神府礦區采動損害問題日益凸顯，其中以開采沉陷最為普遍、最為長期和最為嚴重[2]。開采沉陷發生后，不僅直接而劇烈的破壞土壤的原有結構，而且間接持續的引發土壤理化性質的劣化，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脆弱區，具有維系地表植被健康、保持水土穩定的重要生態作用。鑒于此，本文以陜北檸條塔煤礦沉陷區邊緣坡面土壤為研究對象，通過野外采樣、室內實驗等方法，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生態恢復提供科學依據。

1 研究區概況

檸條塔煤礦沉陷區位于陜西省神木縣西北部，距神木縣城約36km，屬于神南礦區的一部分，行政區劃隸屬于神木縣孫家鎮、麻家塔鄉管轄。其該區海拔1100-1300m，年平均降水量415.0mm，年平均蒸發量1788.4mm，年平均日照時間2875.9h，年平均氣溫8.6℃，年平均風速3.2m/s。大地構造單元屬華北地臺鄂爾多斯地塊，土壤類型以風沙土為主。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 野外采樣與室內實驗

首先，在遙感解譯和實地踏勘的基礎上，在檸條塔煤礦沉陷區（形成時間約為1a）邊緣處，選擇并確定1條形態連續完整的坡面;第二，在坡面中部隨機布設5個采樣點，并注意避開采動地裂縫發育區;第三，對每個采樣點，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個采樣點中相同一層的土壤進行混合、現場稱重、記錄編號后裝入密封塑料袋中，帶回實驗室以備檢測;第五，在非沉陷區布設空白樣點，按照上述方法采集土樣帶回實驗室以備檢測;第六，實驗室內，將所有土樣放置于烘箱，在105℃下經24h烘干處理后，依次測其質量。

3 結果與分析

3.1 計算結果

根據式（1），分別計算空白樣（CK）和沉陷區邊緣坡面土壤的0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm共12組土壤含水率，結果見表1。

3.2 討論與分析

根據表1中數據，運用origin軟件進行數理分析，并繪制圖1、圖2。

由表1、圖1、圖2可知：

（1）沉陷區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%。說明沉陷區邊緣坡面土壤水分在垂向上分布均勻。

（2）沉陷區邊緣坡面土壤在各個深度的含水率均明顯高于非沉陷區土壤。相對于非沉陷區3～6%的土壤含水率，沉陷區邊緣坡面土壤在各個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]的研究結論不同。

（3）沉陷區邊緣坡面土壤在各個深度的含水率顯著提高的主要原因是，地下高強度采煤活動使得地表變形劇烈，特別是在沉陷區邊緣坡面處往往多發育臺階式開裂、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）對比前人研究結果，認為邊緣坡面土壤含水率增加可能是陜北沉陷區形成之初（1a左右）的短期正向生態效應，可為沉陷區短期生態環境修復提供依據，而沉陷區邊緣坡面土壤水分的長期變化還需進一步研究。

參考文獻：

[1]宋世杰，王雙明，趙曉光，等.基于覆巖層狀結構特征的開采沉陷分層傳遞預計方法[J].煤炭學報，2018，43（S1）：87-95.

[2]宋世杰.基于關鍵地礦因子的開采沉陷分層傳遞預計方法研究[D].西安科技大學，2013.

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

[4]崔向新，高永，劉彩云.采煤塌陷對風沙土含水量的影響[J].浙江林學院學報，2008，25（4）：491-496.