檀海洋等

摘要：以安徽北部五溝煤礦一礦井的煤礦開采地表塌陷區(qū)土壤為研究對象，動態(tài)監(jiān)測充填開采塌陷區(qū)表層土壤的黏粒、含水量、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮、速效鉀和有效磷含量等，研究煤礦充填開采塌陷區(qū)表層土壤理化性質(zhì)的時空變化，同時與非充填開采塌陷區(qū)和未塌陷區(qū)的采樣斷面研究結果進行對比分析。結果表明：土壤含水量的季節(jié)變化主導因子是區(qū)域降雨量，在空間分布上以塌陷盆地中央為中心向四周呈橢圓梯度遞減，充填開采與非充填開采結果一致；土壤黏粒、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮、速效鉀等均存在流失現(xiàn)象，但充填開采塌陷區(qū)表層土壤中的上述物質(zhì)在塌陷盆地邊緣呈緩慢富集，非充填開采塌陷區(qū)坡地土壤中物質(zhì)流失量較大，時空分布不規(guī)律。

關鍵詞：煤礦塌陷區(qū)；表層土壤；理化性質(zhì)；時空演變

中圖分類號： S151.9文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）10-0320-03

收稿日期：2014-01-07

基金項目：國家自然科學基金（編號：51274013、41372369）；安徽省科技項目（編號：20120003）；安徽理工大學引進人才基金、中青年學術骨干基金。

作者簡介：檀海洋（1990—），男，安徽安慶人，碩士研究生，從事礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復與土地復墾研究。E-mail：thy616143572@126.com。

通信作者：陳孝楊，博士，副教授，主要從事礦區(qū)土壤質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境修復研究。Tel：（0554）6668430；E-mail：chenxy@aust.edu.cn。煤礦井開采過程中，由于采空區(qū)應力變化波及地表，造成地表地形地貌改觀，其直接危害是形成地表土壤結構破壞及表土承載體的破壞變形[1]。為了使重點區(qū)域或重點建筑物受采煤活動影響在可控范圍內(nèi)，充填開采方式應運而生[2]。煤礦充填開采是用充填泵或自溜通過管道輸送到井下，部分或全部充填采空區(qū)，形成以煤矸石充填物為主體的工作面頂板覆巖支撐體系的開采辦法。通過充填開采控制地表沉陷在建筑物允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)村莊不搬遷，安全開采建筑物下壓煤，保護礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。煤礦非充填開采引起的塌陷對地表土地破壞是巨大的，不僅破壞已有的植被體系，迫使原有土地利用方式的改變[3-4]，而且改變了土壤理化性質(zhì)，往往需要對其進行重新測定和評估，確定對植被體系和農(nóng)作物的支持效果[5]。如對塌陷區(qū)土壤含水量空間分布特征的研究發(fā)現(xiàn)，由于地形地貌的變化，越靠近塌陷區(qū)中央，土壤含水量越高[6-8]。塌陷坡地上還易形成土壤侵蝕和氮磷流失等現(xiàn)象，致使塌陷區(qū)表土肥力存在空間變異加大的趨勢[9-10]。此外，地下水位較高時，塌陷區(qū)容易積水形成人工濕地。因此，針對非充填開采形成的塌陷區(qū)，必須要改變原有的土地利用方式，或者應用特定的土地復墾措施，逐步恢復土壤功能[11-14]。而采用充填開采，工作面最大下沉系數(shù)減小，塌陷坡地變緩，對土壤結構等理化性質(zhì)影響降低[2]。本研究以安徽省五溝煤礦某工作面塌陷區(qū)為對象，分析地表土壤理化性質(zhì)的空間分布和時間演變特征，為煤礦開采區(qū)地表環(huán)境損害評價提供依據(jù)。1研究區(qū)域概況

五溝煤礦位于安徽省濉溪縣境內(nèi)，其中心距宿州市 35 km，距淮北市約50 km；地理坐標為116°36′07″～116°39′58″E，33°30′05″～33°33′36″N。位于淮北平原中部，區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面標高+26.37～+27.67 m。礦區(qū)內(nèi)人工溝渠交錯縱橫，澮河流經(jīng)礦井北部，屬淮河水系，為中型季節(jié)性河流。區(qū)域氣候屬季風暖濕帶半濕潤氣候，春秋溫和，雨量少，夏季炎熱多雨，冬季寒冷多風。春秋季多東北風，夏季多東至東南風，冬季多北至西北風，平均風速為22 m/s，最大風速可達18 m/s。年平均降水量為834 mm，雨量多集中在7—8月，全年蒸發(fā)量1 400 mm，全年無霜期 208～220 d，冰凍期一般在12月上旬至次年2月中旬。研究區(qū)域土壤主要為砂姜黑土，其是晚更新世（Q3）以來，在古地理環(huán)境條件下，發(fā)育在第四紀河湖相沉積物上的半水成土。在充填開采塌陷區(qū)域開挖70 cm深的土壤剖面，可清晰地分為3層，即耕作層、黑土層、硬砂姜層。耕作層（Ap）厚度約20 cm（0～20 cm），質(zhì)地為黏土，由黑土層分化而成，由于連年耕作，施肥和壓砂，容重變小，顏色變淺，呈暗灰棕色，以毛管孔隙為主，且多呈連通狀態(tài)。犁底層厚度約 6 cm。黑土層（ABt）厚度約20 cm（20～40 cm），質(zhì)地為黏土。硬砂姜層（Bkg）位于剖面深度40 cm以下，質(zhì)地為壤黏土，土體顏色濕態(tài)，呈黃棕色。剖面氧化還原現(xiàn)象（脫潛育化）明顯，銹斑濕態(tài)呈亮棕色，砂姜大小形態(tài)不一，有軟硬鐵錳結核，土體石灰反應強弱不一。土壤剖面中淋溶現(xiàn)象明顯，與黑土層連接處可見若干楔入邊緣。

2試驗與方法

2.1布點與采樣

于某充填開采工作面地表塌陷區(qū)、塌陷區(qū)外和相鄰非充填開采塌陷區(qū)坡地分別采樣。充填開采地表塌陷區(qū)設定2個采樣斷面，第一個采樣斷面（L）從切眼點開始并沿工作面推進方向，第二個采樣斷面（W）距切眼點內(nèi)側約100 m并沿橫截工作面方向。在工作面基本穩(wěn)沉區(qū)域的地表塌陷坡地處，非充填開采區(qū)采樣斷面（F）1個。每采樣斷面分別在近坡頂、坡面中上斷、坡面中下斷、近坡腳處共設4個采樣點 （圖1）。距離塌陷區(qū)邊緣約50 m，塌陷區(qū)外采樣斷面D（即F4斷面）1個，D斷面布設3個采樣點，采樣時，采集每一個采樣點表層0～20 cm土壤（耕作層），在W和F采樣斷面的近坡頂處開挖土壤剖面，分層采集樣品。樣品帶回實驗室測定土壤理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量。分別于2012年5月、2012年8月、2012年11月、2013年3月和2013年7月分別采樣，共采集樣品5次。

2.2分析方法

分析每個樣品土壤的顆粒組成、含水量、容重等物理指標，以及pH值、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮、速效鉀、有效磷等化學和養(yǎng)分指標。土壤的顆粒分析采用比重計法，含水量和容重應用環(huán)刀采樣，實驗室烘箱105 ℃烘8 h稱重計算。pH值測定應用酸堿度計（土水比1 ∶2.5），總可溶性鹽分析應用重量法，有機質(zhì)測定采用鹽重鉻酸鉀氧化稀釋熱法-容量法（NY/T 1121.6—2006），銨態(tài)氮分析應用半微量凱氏法-容量法（NY/T 53—1987），速效鉀分析采用乙酸銨提取-火焰光度法（NY/T 889—2004），有效磷分析應用碳酸氫鈉浸提-離子色譜法（NY/T 148—1990）。

3結果與分析

3.1土壤物理性質(zhì)的時空演變

通過連續(xù)采樣監(jiān)測分析，獲得了研究區(qū)土壤的黏粒含量、含水量和容重的數(shù)據(jù)（表1）。由表中可以看出，土壤中黏粒含量較高，在35%～45%之間。隨著時間的變化，塌陷坡地不同位置表層土壤樣品的黏粒含量沒有顯著區(qū)別，水土流失現(xiàn)象不明顯，土壤黏粒含量對塌陷坡地水土流失響應不敏感。而含水量的變化較明顯，越接近塌陷區(qū)中央的采樣點，土壤含水量越高，5次監(jiān)測數(shù)據(jù)分布特征表現(xiàn)一致。而且2012年8月至2013年3月的含水量監(jiān)測數(shù)據(jù)（3次測定的平均值分別為44.5%、46.7%、41.0%）顯著高于2012年5月和2013年7月的數(shù)據(jù)（平均值分別為30.6%、22.4%），與區(qū)域降雨量的分布特征相一致，說明表層土壤含水量的分布受氣象條件影響較明顯。表土容重的時空分布無明顯規(guī)律性，但總體來看，穩(wěn)沉期土壤容重有小幅增加。

3.2土壤可溶性鹽的含量變化

研究區(qū)土壤總可溶性鹽分含量不高，最大值為 932 mg/kg?？臻g分布上，自塌陷坡地坡底至坡頂，總可溶性鹽的含量逐漸降低，L斷面（圖2-a）和F斷面（圖2-b）2個斷面的特征一致。但沿工作面方向（L斷面）分布特征表現(xiàn)的更明顯。說明充填開采地表塌陷坡地動態(tài)形成過程中，表土鹽分流失現(xiàn)象是存在的。表1表土黏粒含量、含水量和容重時空變化

樣品

括土壤剖面各層）銨態(tài)氮含量都有升高趨勢。速效鉀含量自塌陷坡頂至坡底逐漸升高， 在土壤剖面上自表層土壤至深部土壤逐漸降低，而時間維度上并無明顯增減趨勢。有效磷的含量類似特征不明顯，其遷移性因本底含量較低而無法凸顯。

4討論

4.1含水量的時空變化及其影響因素

從時間維度來看，無論充填開采還是非充填開采地表塌陷區(qū)，8月份含水量上升，可能與這一時期降雨較多有關，4個采樣斷面表層土壤含水量均值有相似的變化特征，說明表層土壤含水量受氣象因素影響明顯。未塌陷區(qū)域土壤含水量始終低于塌陷區(qū)域，這可能是由于煤礦開采地表塌陷，潛水位抬升，再加上研究區(qū)本來就屬于高潛水位區(qū)域，表層土壤受地下潛水的補給而增加表層土壤含水量。其中非充填開采地表塌陷區(qū)（D斷面）因坡度增加，土壤含水量在不同季節(jié)變化加劇。

塌陷區(qū)表層土壤含水量在塌陷坡地上表現(xiàn)出自坡頂至積水區(qū)邊緣逐漸增加的趨勢，這與麥霞梅等的研究結論[7]一致。在煤礦充填開采中，地表塌陷深度淺，在塌陷區(qū)中央常年積水的可能性較小，但仍存在季節(jié)性積水現(xiàn)象，因此L和W斷面土壤含水量以塌陷盆地中央為中心，向外呈同心橢圓遞減。此分布特征與非充填開采區(qū)F斷面水分含量分布特征一致。但煤礦非充填開采地表塌陷坡地的土壤含水量較充填開采遞減（或遞增）的變化梯度線更密。

4.2土壤養(yǎng)分含量的時空分布對比分析

對比4個采樣斷面，銨態(tài)氮在充填開采塌陷區(qū)地表土壤中含量呈緩慢增加，而非充填開采塌陷區(qū)則呈短期富集與釋放交替變化。與之相比，未塌陷區(qū)域土壤銨態(tài)氮含量較穩(wěn)定。這說明煤礦充填開采形成的地表塌陷區(qū)域坡地坡度較緩，塌陷面積和深度不大，土壤銨態(tài)氮的流失現(xiàn)象存在，但非常緩慢且較穩(wěn)定，隨地表徑流流失的表層土壤銨態(tài)氮大都在塌陷盆地中央富集。而非充填開采塌陷區(qū)土壤中的銨態(tài)氮流失量不穩(wěn)定，富集的塌陷盆地邊緣土壤中的銨態(tài)氮在降雨量增加時又極易遷移至中央積水區(qū)水域中，增加水體銨態(tài)氮含量。

煤礦開采塌陷區(qū)地表土壤中的養(yǎng)分遷移特征在速效鉀流失過程中表現(xiàn)得更為明顯。這是因為速效鉀在研究區(qū)土壤的本底值相對較高，遷移特征在數(shù)值上變化劇烈。而有效磷在研究區(qū)土壤中的本底值在3種養(yǎng)分組分中含量最低， 遷移特

征在時間維度和空間分布上顯示不明顯，其在充填開采和非充填開采地表塌陷區(qū)，以及未塌陷區(qū)各采樣斷面的表層土壤中含量分布差異不大。從速效鉀和銨態(tài)氮的分布特征和變化趨勢來看，影響煤礦開采地表塌陷區(qū)土壤中養(yǎng)分流失規(guī)律的因素主要是氣象條件和開采方式。

5結論

煤礦充填開采地表塌陷盆地中央雖然沒有常年積水，塌陷坡度和深度小，但由于地下潛水位抬升，土壤含水量也出現(xiàn)增加現(xiàn)象，且以盆地中央為中心向四周呈橢圓梯度遞減，這一規(guī)律與非充填開采地表塌陷區(qū)土壤含水量分布類似。從土壤的黏粒、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮和速效鉀含量的時空變化特征來看，各項指標均在塌陷盆地邊緣土壤中緩慢富集。

參考文獻：

[1]張錦瑞，陳娟濃，岳志新，等. 采煤塌陷引起的地質(zhì)環(huán)境問題及其治理[J]. 中國水土保持，2007（4）：37-39.

[2]胡炳南.我國煤礦充填開采技術及其發(fā)展趨勢[J]. 煤炭科學技術，2012，40（11）：1-5，18.

[3]牛威. 煤礦采空塌陷導致土地破壞狀況及危害[J]. 華北國土資源，2007（1）：49-50，55.

[4]嚴家平，趙志根，許光泉，等. 淮南煤礦開采塌陷區(qū)土地綜合利用[J]. 煤炭科學技術，2004，32（10）：56-58.

[5]栗麗，王曰鑫，王衛(wèi)斌.采煤塌陷對黃土丘陵區(qū)坡耕地土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報，2010，41（5）：1237-1240.

[6]卞正富，雷少剛，常魯群，等. 基于遙感影像的荒漠化礦區(qū)土壤含水率的影響因素分析[J]. 煤炭學報，2009（4）：520-525.

[7]麥霞梅，趙艷玲，龔畢凱，等. 東灘煤礦高潛水位采煤塌陷地土壤含水量變化規(guī)律研究[J]. 中國煤炭，2011，37（3）：48-51.

[8]李曉靜，胡振琪，張國強，等. 西南山地區(qū)采煤塌陷地破壞水田土壤水分特征分析[J]. 煤礦開采，2011，16（6）：48-50.

[9]白中科，段永紅，楊紅云，等. 采煤沉陷對土壤侵蝕與土地利用的影響預測[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（6）：67-70.

[10]孟慶俊.采煤塌陷地氮磷流失規(guī)律研究[D]. 江蘇：中國礦業(yè)大學，2010：25-37.

[11]劉思，孟慶俊. 淮南潘北礦塌陷濕地土壤退化評價[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（5）：6-10.

[12]紀振，秦偉偉. 徐州礦區(qū)采煤塌陷地綜合利用途徑分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（35）：11529-11530.

[13]于君寶，王金達，劉景雙，等. 礦山復墾土壤營養(yǎng)元素時空變化研究[J]. 土壤學報，2002，39（5）：750-753.

[14]董霽紅，卞正富，雷少剛，等. 徐州礦區(qū)充填復墾土壤特性實驗研究[J]. 水土保持研究，2008，15（1）：234-237.

3結果與分析

3.1土壤物理性質(zhì)的時空演變

通過連續(xù)采樣監(jiān)測分析，獲得了研究區(qū)土壤的黏粒含量、含水量和容重的數(shù)據(jù)（表1）。由表中可以看出，土壤中黏粒含量較高，在35%～45%之間。隨著時間的變化，塌陷坡地不同位置表層土壤樣品的黏粒含量沒有顯著區(qū)別，水土流失現(xiàn)象不明顯，土壤黏粒含量對塌陷坡地水土流失響應不敏感。而含水量的變化較明顯，越接近塌陷區(qū)中央的采樣點，土壤含水量越高，5次監(jiān)測數(shù)據(jù)分布特征表現(xiàn)一致。而且2012年8月至2013年3月的含水量監(jiān)測數(shù)據(jù)（3次測定的平均值分別為44.5%、46.7%、41.0%）顯著高于2012年5月和2013年7月的數(shù)據(jù)（平均值分別為30.6%、22.4%），與區(qū)域降雨量的分布特征相一致，說明表層土壤含水量的分布受氣象條件影響較明顯。表土容重的時空分布無明顯規(guī)律性，但總體來看，穩(wěn)沉期土壤容重有小幅增加。

3.2土壤可溶性鹽的含量變化

研究區(qū)土壤總可溶性鹽分含量不高，最大值為 932 mg/kg?？臻g分布上，自塌陷坡地坡底至坡頂，總可溶性鹽的含量逐漸降低，L斷面（圖2-a）和F斷面（圖2-b）2個斷面的特征一致。但沿工作面方向（L斷面）分布特征表現(xiàn)的更明顯。說明充填開采地表塌陷坡地動態(tài)形成過程中，表土鹽分流失現(xiàn)象是存在的。表1表土黏粒含量、含水量和容重時空變化

樣品

括土壤剖面各層）銨態(tài)氮含量都有升高趨勢。速效鉀含量自塌陷坡頂至坡底逐漸升高， 在土壤剖面上自表層土壤至深部土壤逐漸降低，而時間維度上并無明顯增減趨勢。有效磷的含量類似特征不明顯，其遷移性因本底含量較低而無法凸顯。

4討論

4.1含水量的時空變化及其影響因素

從時間維度來看，無論充填開采還是非充填開采地表塌陷區(qū)，8月份含水量上升，可能與這一時期降雨較多有關，4個采樣斷面表層土壤含水量均值有相似的變化特征，說明表層土壤含水量受氣象因素影響明顯。未塌陷區(qū)域土壤含水量始終低于塌陷區(qū)域，這可能是由于煤礦開采地表塌陷，潛水位抬升，再加上研究區(qū)本來就屬于高潛水位區(qū)域，表層土壤受地下潛水的補給而增加表層土壤含水量。其中非充填開采地表塌陷區(qū)（D斷面）因坡度增加，土壤含水量在不同季節(jié)變化加劇。

塌陷區(qū)表層土壤含水量在塌陷坡地上表現(xiàn)出自坡頂至積水區(qū)邊緣逐漸增加的趨勢，這與麥霞梅等的研究結論[7]一致。在煤礦充填開采中，地表塌陷深度淺，在塌陷區(qū)中央常年積水的可能性較小，但仍存在季節(jié)性積水現(xiàn)象，因此L和W斷面土壤含水量以塌陷盆地中央為中心，向外呈同心橢圓遞減。此分布特征與非充填開采區(qū)F斷面水分含量分布特征一致。但煤礦非充填開采地表塌陷坡地的土壤含水量較充填開采遞減（或遞增）的變化梯度線更密。

4.2土壤養(yǎng)分含量的時空分布對比分析

對比4個采樣斷面，銨態(tài)氮在充填開采塌陷區(qū)地表土壤中含量呈緩慢增加，而非充填開采塌陷區(qū)則呈短期富集與釋放交替變化。與之相比，未塌陷區(qū)域土壤銨態(tài)氮含量較穩(wěn)定。這說明煤礦充填開采形成的地表塌陷區(qū)域坡地坡度較緩，塌陷面積和深度不大，土壤銨態(tài)氮的流失現(xiàn)象存在，但非常緩慢且較穩(wěn)定，隨地表徑流流失的表層土壤銨態(tài)氮大都在塌陷盆地中央富集。而非充填開采塌陷區(qū)土壤中的銨態(tài)氮流失量不穩(wěn)定，富集的塌陷盆地邊緣土壤中的銨態(tài)氮在降雨量增加時又極易遷移至中央積水區(qū)水域中，增加水體銨態(tài)氮含量。

煤礦開采塌陷區(qū)地表土壤中的養(yǎng)分遷移特征在速效鉀流失過程中表現(xiàn)得更為明顯。這是因為速效鉀在研究區(qū)土壤的本底值相對較高，遷移特征在數(shù)值上變化劇烈。而有效磷在研究區(qū)土壤中的本底值在3種養(yǎng)分組分中含量最低， 遷移特

征在時間維度和空間分布上顯示不明顯，其在充填開采和非充填開采地表塌陷區(qū)，以及未塌陷區(qū)各采樣斷面的表層土壤中含量分布差異不大。從速效鉀和銨態(tài)氮的分布特征和變化趨勢來看，影響煤礦開采地表塌陷區(qū)土壤中養(yǎng)分流失規(guī)律的因素主要是氣象條件和開采方式。

5結論

煤礦充填開采地表塌陷盆地中央雖然沒有常年積水，塌陷坡度和深度小，但由于地下潛水位抬升，土壤含水量也出現(xiàn)增加現(xiàn)象，且以盆地中央為中心向四周呈橢圓梯度遞減，這一規(guī)律與非充填開采地表塌陷區(qū)土壤含水量分布類似。從土壤的黏粒、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮和速效鉀含量的時空變化特征來看，各項指標均在塌陷盆地邊緣土壤中緩慢富集。

參考文獻：

[1]張錦瑞，陳娟濃，岳志新，等. 采煤塌陷引起的地質(zhì)環(huán)境問題及其治理[J]. 中國水土保持，2007（4）：37-39.

[2]胡炳南.我國煤礦充填開采技術及其發(fā)展趨勢[J]. 煤炭科學技術，2012，40（11）：1-5，18.

[3]牛威. 煤礦采空塌陷導致土地破壞狀況及危害[J]. 華北國土資源，2007（1）：49-50，55.

[4]嚴家平，趙志根，許光泉，等. 淮南煤礦開采塌陷區(qū)土地綜合利用[J]. 煤炭科學技術，2004，32（10）：56-58.

[5]栗麗，王曰鑫，王衛(wèi)斌.采煤塌陷對黃土丘陵區(qū)坡耕地土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報，2010，41（5）：1237-1240.

[6]卞正富，雷少剛，常魯群，等. 基于遙感影像的荒漠化礦區(qū)土壤含水率的影響因素分析[J]. 煤炭學報，2009（4）：520-525.

[7]麥霞梅，趙艷玲，龔畢凱，等. 東灘煤礦高潛水位采煤塌陷地土壤含水量變化規(guī)律研究[J]. 中國煤炭，2011，37（3）：48-51.

[8]李曉靜，胡振琪，張國強，等. 西南山地區(qū)采煤塌陷地破壞水田土壤水分特征分析[J]. 煤礦開采，2011，16（6）：48-50.

[9]白中科，段永紅，楊紅云，等. 采煤沉陷對土壤侵蝕與土地利用的影響預測[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（6）：67-70.

[10]孟慶俊.采煤塌陷地氮磷流失規(guī)律研究[D]. 江蘇：中國礦業(yè)大學，2010：25-37.

[11]劉思，孟慶俊. 淮南潘北礦塌陷濕地土壤退化評價[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（5）：6-10.

[12]紀振，秦偉偉. 徐州礦區(qū)采煤塌陷地綜合利用途徑分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（35）：11529-11530.

[13]于君寶，王金達，劉景雙，等. 礦山復墾土壤營養(yǎng)元素時空變化研究[J]. 土壤學報，2002，39（5）：750-753.

[14]董霽紅，卞正富，雷少剛，等. 徐州礦區(qū)充填復墾土壤特性實驗研究[J]. 水土保持研究，2008，15（1）：234-237.

3結果與分析

3.1土壤物理性質(zhì)的時空演變

通過連續(xù)采樣監(jiān)測分析，獲得了研究區(qū)土壤的黏粒含量、含水量和容重的數(shù)據(jù)（表1）。由表中可以看出，土壤中黏粒含量較高，在35%～45%之間。隨著時間的變化，塌陷坡地不同位置表層土壤樣品的黏粒含量沒有顯著區(qū)別，水土流失現(xiàn)象不明顯，土壤黏粒含量對塌陷坡地水土流失響應不敏感。而含水量的變化較明顯，越接近塌陷區(qū)中央的采樣點，土壤含水量越高，5次監(jiān)測數(shù)據(jù)分布特征表現(xiàn)一致。而且2012年8月至2013年3月的含水量監(jiān)測數(shù)據(jù)（3次測定的平均值分別為44.5%、46.7%、41.0%）顯著高于2012年5月和2013年7月的數(shù)據(jù)（平均值分別為30.6%、22.4%），與區(qū)域降雨量的分布特征相一致，說明表層土壤含水量的分布受氣象條件影響較明顯。表土容重的時空分布無明顯規(guī)律性，但總體來看，穩(wěn)沉期土壤容重有小幅增加。

3.2土壤可溶性鹽的含量變化

研究區(qū)土壤總可溶性鹽分含量不高，最大值為 932 mg/kg?？臻g分布上，自塌陷坡地坡底至坡頂，總可溶性鹽的含量逐漸降低，L斷面（圖2-a）和F斷面（圖2-b）2個斷面的特征一致。但沿工作面方向（L斷面）分布特征表現(xiàn)的更明顯。說明充填開采地表塌陷坡地動態(tài)形成過程中，表土鹽分流失現(xiàn)象是存在的。表1表土黏粒含量、含水量和容重時空變化

樣品

括土壤剖面各層）銨態(tài)氮含量都有升高趨勢。速效鉀含量自塌陷坡頂至坡底逐漸升高， 在土壤剖面上自表層土壤至深部土壤逐漸降低，而時間維度上并無明顯增減趨勢。有效磷的含量類似特征不明顯，其遷移性因本底含量較低而無法凸顯。

4討論

4.1含水量的時空變化及其影響因素

從時間維度來看，無論充填開采還是非充填開采地表塌陷區(qū)，8月份含水量上升，可能與這一時期降雨較多有關，4個采樣斷面表層土壤含水量均值有相似的變化特征，說明表層土壤含水量受氣象因素影響明顯。未塌陷區(qū)域土壤含水量始終低于塌陷區(qū)域，這可能是由于煤礦開采地表塌陷，潛水位抬升，再加上研究區(qū)本來就屬于高潛水位區(qū)域，表層土壤受地下潛水的補給而增加表層土壤含水量。其中非充填開采地表塌陷區(qū)（D斷面）因坡度增加，土壤含水量在不同季節(jié)變化加劇。

塌陷區(qū)表層土壤含水量在塌陷坡地上表現(xiàn)出自坡頂至積水區(qū)邊緣逐漸增加的趨勢，這與麥霞梅等的研究結論[7]一致。在煤礦充填開采中，地表塌陷深度淺，在塌陷區(qū)中央常年積水的可能性較小，但仍存在季節(jié)性積水現(xiàn)象，因此L和W斷面土壤含水量以塌陷盆地中央為中心，向外呈同心橢圓遞減。此分布特征與非充填開采區(qū)F斷面水分含量分布特征一致。但煤礦非充填開采地表塌陷坡地的土壤含水量較充填開采遞減（或遞增）的變化梯度線更密。

4.2土壤養(yǎng)分含量的時空分布對比分析

對比4個采樣斷面，銨態(tài)氮在充填開采塌陷區(qū)地表土壤中含量呈緩慢增加，而非充填開采塌陷區(qū)則呈短期富集與釋放交替變化。與之相比，未塌陷區(qū)域土壤銨態(tài)氮含量較穩(wěn)定。這說明煤礦充填開采形成的地表塌陷區(qū)域坡地坡度較緩，塌陷面積和深度不大，土壤銨態(tài)氮的流失現(xiàn)象存在，但非常緩慢且較穩(wěn)定，隨地表徑流流失的表層土壤銨態(tài)氮大都在塌陷盆地中央富集。而非充填開采塌陷區(qū)土壤中的銨態(tài)氮流失量不穩(wěn)定，富集的塌陷盆地邊緣土壤中的銨態(tài)氮在降雨量增加時又極易遷移至中央積水區(qū)水域中，增加水體銨態(tài)氮含量。

煤礦開采塌陷區(qū)地表土壤中的養(yǎng)分遷移特征在速效鉀流失過程中表現(xiàn)得更為明顯。這是因為速效鉀在研究區(qū)土壤的本底值相對較高，遷移特征在數(shù)值上變化劇烈。而有效磷在研究區(qū)土壤中的本底值在3種養(yǎng)分組分中含量最低， 遷移特

征在時間維度和空間分布上顯示不明顯，其在充填開采和非充填開采地表塌陷區(qū)，以及未塌陷區(qū)各采樣斷面的表層土壤中含量分布差異不大。從速效鉀和銨態(tài)氮的分布特征和變化趨勢來看，影響煤礦開采地表塌陷區(qū)土壤中養(yǎng)分流失規(guī)律的因素主要是氣象條件和開采方式。

5結論

煤礦充填開采地表塌陷盆地中央雖然沒有常年積水，塌陷坡度和深度小，但由于地下潛水位抬升，土壤含水量也出現(xiàn)增加現(xiàn)象，且以盆地中央為中心向四周呈橢圓梯度遞減，這一規(guī)律與非充填開采地表塌陷區(qū)土壤含水量分布類似。從土壤的黏粒、總可溶性鹽、有機質(zhì)、銨態(tài)氮和速效鉀含量的時空變化特征來看，各項指標均在塌陷盆地邊緣土壤中緩慢富集。

參考文獻：

[1]張錦瑞，陳娟濃，岳志新，等. 采煤塌陷引起的地質(zhì)環(huán)境問題及其治理[J]. 中國水土保持，2007（4）：37-39.

[2]胡炳南.我國煤礦充填開采技術及其發(fā)展趨勢[J]. 煤炭科學技術，2012，40（11）：1-5，18.

[3]牛威. 煤礦采空塌陷導致土地破壞狀況及危害[J]. 華北國土資源，2007（1）：49-50，55.

[4]嚴家平，趙志根，許光泉，等. 淮南煤礦開采塌陷區(qū)土地綜合利用[J]. 煤炭科學技術，2004，32（10）：56-58.

[5]栗麗，王曰鑫，王衛(wèi)斌.采煤塌陷對黃土丘陵區(qū)坡耕地土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報，2010，41（5）：1237-1240.

[6]卞正富，雷少剛，常魯群，等. 基于遙感影像的荒漠化礦區(qū)土壤含水率的影響因素分析[J]. 煤炭學報，2009（4）：520-525.

[7]麥霞梅，趙艷玲，龔畢凱，等. 東灘煤礦高潛水位采煤塌陷地土壤含水量變化規(guī)律研究[J]. 中國煤炭，2011，37（3）：48-51.

[8]李曉靜，胡振琪，張國強，等. 西南山地區(qū)采煤塌陷地破壞水田土壤水分特征分析[J]. 煤礦開采，2011，16（6）：48-50.

[9]白中科，段永紅，楊紅云，等. 采煤沉陷對土壤侵蝕與土地利用的影響預測[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（6）：67-70.

[10]孟慶俊.采煤塌陷地氮磷流失規(guī)律研究[D]. 江蘇：中國礦業(yè)大學，2010：25-37.

[11]劉思，孟慶俊. 淮南潘北礦塌陷濕地土壤退化評價[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2011，27（5）：6-10.

[12]紀振，秦偉偉. 徐州礦區(qū)采煤塌陷地綜合利用途徑分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（35）：11529-11530.

[13]于君寶，王金達，劉景雙，等. 礦山復墾土壤營養(yǎng)元素時空變化研究[J]. 土壤學報，2002，39（5）：750-753.

[14]董霽紅，卞正富，雷少剛，等. 徐州礦區(qū)充填復墾土壤特性實驗研究[J]. 水土保持研究，2008，15（1）：234-237.