謝元貴，孫文博，潘高潮，彭 熙，王思錦

(1．貴州省喀斯特資源環(huán)境與發(fā)展研究中心，貴州貴陽(yáng)550001;2．貴州省水土保持監(jiān)測(cè)站，貴州貴陽(yáng)550002;3．貴州大學(xué)林學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025)

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，其中大約4%是露天開(kāi)采，96%是井下開(kāi)采。井下開(kāi)采形成的采空區(qū)易造成地面塌陷，目前造成的土地破壞面積已經(jīng)超過(guò)400 萬(wàn)hm2，并且仍在以每年3．3 萬(wàn)～4．7 萬(wàn)hm2的速度增加［1－2］。地下采煤活動(dòng)會(huì)使地表產(chǎn)生裂縫和沉降，引起土體結(jié)構(gòu)變化，從而會(huì)對(duì)礦區(qū)的土壤水分變化產(chǎn)生一定的影響，對(duì)區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境也將產(chǎn)生一定影響，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究［3－5］。貴州地處西部高原，山清水秀、氣候宜人，地下煤炭資源也很豐富，尤其是二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M的煤，類型齊全，分布廣泛，是該地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和重要保障［6－7］。貴州百里杜鵑林區(qū)內(nèi)出露的地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，是貴州省的主要產(chǎn)煤區(qū)之一。筆者在調(diào)查百里杜鵑林區(qū)采煤塌陷區(qū)域的基礎(chǔ)上，對(duì)林區(qū)內(nèi)現(xiàn)有采煤塌陷區(qū)與非塌陷區(qū)作了土壤水分－物理性質(zhì)的對(duì)比分析研究，以期為百里杜鵑采煤塌陷區(qū)土地復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

貴州百里杜鵑林區(qū)位于貴州省西北部的大方、黔西兩縣交界處(105°45'20″—106°04'07″E，27°10'53″—27°20'00″N)，是一條舉世罕見(jiàn)的原始杜鵑林帶，呈環(huán)狀分布。林區(qū)海拔1 300～1 800 m，長(zhǎng)約50 km，寬1～5 km，總面積125．8 km2，是世界上種類分布最集中、面積最大的天然杜鵑花園［8］，被譽(yù)為“百里杜鵑”。1987年3月，貴州省人民政府將百里杜鵑林區(qū)列為省級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，同時(shí)將其列為貴州省“十大風(fēng)景名勝區(qū)”之一。1993年5月，原國(guó)家林業(yè)部批準(zhǔn)建立百里杜鵑國(guó)家級(jí)森林公園。在這里，杜鵑花的覆蓋度達(dá)到86．56%。這里分布的天然杜鵑花有20 多種顏色，觀賞和研究?jī)r(jià)值極高，是我國(guó)高山杜鵑花引種研究的重要種質(zhì)資源庫(kù)［9］，杜鵑屬植物的種類之多、面積之大、個(gè)體之集中國(guó)內(nèi)絕無(wú)僅有，不僅是貴州杜鵑花的奇葩，也是中國(guó)杜鵑花的奇葩［10］。

2 試驗(yàn)材料與方法

(1)主要儀器。環(huán)刀(90～200 cm3)、粗天平、烘箱、鋁盒、干燥器、盆或盤(高150 mm)、濾紙等。

(2)研究方法。①樣點(diǎn)設(shè)定及土壤樣品的采集。在充分調(diào)查百里景區(qū)采煤塌陷區(qū)的基礎(chǔ)上，綜合地質(zhì)條件、坡向、海拔、坡度、植物種類和覆蓋度等多種因素，選擇典型礦區(qū)(金坡煤礦和化育煤礦)杜鵑林塌陷與未塌陷區(qū)作為對(duì)比樣地。根據(jù)土壤發(fā)生層次按0—30 cm 和30—60 cm 進(jìn)行土壤分層環(huán)刀取樣。取土樣時(shí)環(huán)刀垂直于地面入土，盡量保證環(huán)刀上表面與土壤表面相平，環(huán)刀下面多余部分用刀刮平，不可壓入環(huán)刀內(nèi)。將環(huán)刀取得的土樣移入鋁盒，放置時(shí)需將鋁盒置于較大的塑料器皿中，以防土樣灑出，若有灑出，灑出部分最后需全部倒入鋁盒中，記錄鋁盒編號(hào)。②土壤樣品的處理、測(cè)定。土壤樣品的處理、測(cè)定參照《森林土壤水分－物理性質(zhì)的測(cè)定》［11］。測(cè)定步驟:取原狀土后，用水浸泡一定時(shí)間，使其達(dá)到水飽和，計(jì)算土壤不同持水性能下的持水量。用粗天平稱環(huán)刀加濕土質(zhì)量。將裝有濕土的環(huán)刀揭去上、下底蓋，僅留一墊有濾紙的帶網(wǎng)眼的底蓋，放人平底盆中，注入并保持盆中水層的高度至環(huán)刀上沿為止，使其吸水達(dá)12 h，此時(shí)環(huán)刀土壤中所有非毛管孔隙及毛管孔隙都充滿了水分，蓋上上、下底蓋，水平取出，立即稱量(A)。將稱量(A)后的環(huán)刀，去掉底蓋，放置在鋪有干沙的平底盤中2 h，此時(shí)環(huán)刀中土壤的非毛管水分已全部流出，但環(huán)刀中土壤的毛細(xì)管仍充滿水分，蓋上底蓋，立即稱量(B)，即可計(jì)算出毛管持水量(g/kg 或mm)。再將稱量(B)后的環(huán)刀，揭去上、下底蓋，繼續(xù)放置在鋪有干沙的平底盤中，保持一定時(shí)間(4～5 d)，此時(shí)環(huán)刀中土壤的水分為毛管懸著水，蓋上上、下底蓋，立即稱量(C)，即可算出最小持水量(田間持水量，g/kg)。將稱量(C)后環(huán)刀中的土壤，取出其中有代表性的一部分土樣(20 g)，放入鋁盒中，測(cè)定水分換算系數(shù)(K)。用此系數(shù)將環(huán)刀中的濕土質(zhì)量換算成烘干土質(zhì)量，即可計(jì)算出土壤密度(g/cm3)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3．1 采煤塌陷對(duì)土壤密度的影響

土壤密度是單位體積土壤的質(zhì)量。根據(jù)表1，土壤密度變化范圍在0．72～1．38 g/cm3之間，與未塌陷區(qū)相比，在礦區(qū)和土層相同的情況下塌陷區(qū)土壤密度均大于未塌陷區(qū)。從不同深度角度分析，土壤密度在0—60 cm 范圍呈“上小下大”，即表土層密度一致偏小，而稍深層密度偏大;從垂直方向上來(lái)看，表層土和底層土的密度差異要稍顯著一些。

3．2 采煤塌陷對(duì)土壤孔隙度的影響

土壤孔隙度即土壤孔隙占土壤總體積的百分比。土壤孔隙在土壤水分保持以及土壤對(duì)植物的供水中有非常重要的意義。毛管孔隙度和非毛管孔隙度綜合反映了土壤透水持水能力和基本物理性能。由表2 知，塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)相比較，非毛管孔隙度、毛管孔隙度和總孔隙度三者明顯變小;從垂直方向上來(lái)看，表層土的非毛管孔隙、毛管孔隙與總孔隙度均大于底層土。

表1 采煤塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的土壤密度對(duì)比

表2 采煤塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的土壤孔隙度對(duì)比

3．3 采煤塌陷對(duì)土壤質(zhì)量含水量的影響

土壤質(zhì)量含水量能揭示土壤水分狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可間接反映植物的水分供應(yīng)狀況。

由表3 知，采煤塌陷區(qū)的土壤質(zhì)量含水量值明顯比未塌陷區(qū)的數(shù)值小，且表層土的質(zhì)量含水量比底層的大，采煤塌陷區(qū)表層和底層土壤質(zhì)量含水量受塌陷的影響基本上是一致的，均呈下降趨勢(shì)。

表3 采煤塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的土壤質(zhì)量含水量對(duì)比

3．4 采煤塌陷對(duì)土壤毛管持水量的影響

毛管持水量是指當(dāng)土壤毛管上升水達(dá)到最大量時(shí)的土壤含水量。由表4 可知，塌陷區(qū)的毛管持水量遠(yuǎn)小于未塌陷區(qū)，毛管持水量受采煤塌陷影響較大;底層土的毛管持水量也遠(yuǎn)小于表層土，這是因?yàn)楸韺油恋母迟|(zhì)含量較高。

表4 采煤塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的土壤毛管持水量對(duì)比

3．5 采煤塌陷對(duì)土壤田間持水量的影響研究

田間持水量是土壤所能穩(wěn)定保持的最高含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對(duì)植物有效的最高的土壤水含量。如表5 所示，塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的田間持水量差異明顯，塌陷后土壤的田間持水量有減小的趨勢(shì)，以表層尤為明顯。

表5 采煤塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的土壤田間持水量對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

在對(duì)百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)綜合踏查的基礎(chǔ)上選取典型礦區(qū)，開(kāi)展了采煤塌陷對(duì)百里杜鵑林區(qū)土壤水分-物理性質(zhì)的對(duì)比研究。采煤塌陷后，百里杜鵑林區(qū)塌陷區(qū)土壤密度比未塌陷區(qū)有增大趨勢(shì)，土壤質(zhì)量含水量、毛管持水量、田間持水量均呈下降趨勢(shì)，表層下降尤其明顯。

采煤塌陷破壞了百里杜鵑林區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)，加速了土壤淋溶侵蝕。在后期采煤塌陷區(qū)土地復(fù)墾和生態(tài)重建時(shí)，應(yīng)采取必要的工程措施以控制塌陷區(qū)的水土流失，如裂縫填埋、土地整理等;在樹(shù)種選擇上，應(yīng)加大對(duì)百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)耐旱耐瘠薄適生樹(shù)種的選擇和抗性研究，同時(shí)要與百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)的旅游發(fā)展的大方向協(xié)調(diào)一致。在百里杜鵑風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)，協(xié)調(diào)好采礦業(yè)和旅游業(yè)的關(guān)系將是以后研究的重點(diǎn)。

［1］李新舉，胡振琪，李晶，等．采煤塌陷地復(fù)墾土壤質(zhì)量研究進(jìn)展［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(6):276－280．

［2］卞正富．國(guó)內(nèi)外煤礦區(qū)土地復(fù)墾研究綜述［J］．中國(guó)土地科學(xué)，2000，14(1):6－11．

［3］張發(fā)旺，侯新偉，韓占濤，等．采煤塌陷對(duì)土壤質(zhì)量的影響效應(yīng)及保護(hù)技術(shù)［J］．地理與地理信息科學(xué)，2003，19(3):67－70．

［4］王健，髙永，魏江生，等．采煤塌陷對(duì)風(fēng)沙區(qū)土壤理化性質(zhì)影響的研究［J］．水土保持學(xué)報(bào)，2006，20(5):53－55．

［5］Datta K K，Jong C．Adverse effect of water logging and soil salinity on crop and land productivity in northwest region of Haryana，India［J］．Agricultural Water Management，2002，57(3):223－238．

［6］鄭建軍．淺析貴州二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M27 號(hào)煤層的聚煤規(guī)律［J］．中國(guó)煤田地質(zhì)，2007，19(6):11－13．

［7］趙霞．貴州省大型煤礦建設(shè)的可行性與必要性分析［J］．煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2005(8):28－29．

［8］劉振業(yè)．貴州百里杜鵑林區(qū)科學(xué)考察集［R］．貴陽(yáng):貴州省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，1985:6－7．

［9］李葦潔，聶忠興，龍秀琴，等．百里杜鵑自然保護(hù)區(qū)雪凝災(zāi)情分析及重建思考［J］．林業(yè)科學(xué)，2008，44(11)，111－114．

［10］楊成華，李貴遠(yuǎn)，鄧倫秀，等．貴州百里杜鵑保護(hù)區(qū)的杜鵑屬植物種類及其觀賞特性研究［J］．西部林業(yè)科學(xué)，2006，35(4)，14－18．

［11］LY/T 1215—1999，森林土壤水分－物理性質(zhì)的測(cè)定［S］．