杜華棟, 趙曉光, 張 勇，聶文杰

?

榆神府覆沙礦區(qū)采煤塌陷地表層土壤理化性質(zhì)演變①

杜華棟1,2, 趙曉光1*, 張 勇3，聶文杰1

(1 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，西安 710054；2 西安科技大學(xué)煤炭綠色開采地質(zhì)保障技術(shù)研究所，西安 710054；3 陜西省水利廳，西安 710004)

以榆神府覆沙礦區(qū)采煤塌陷地表層土壤為研究對象，運(yùn)用野外調(diào)查取樣和實(shí)驗(yàn)室分析檢測方法，研究不同采煤塌陷年限下(1、2、5、10 a和未塌陷區(qū))土壤理化性質(zhì)演變特征，探討采煤塌陷過程中土壤理化性質(zhì)的響應(yīng)及其機(jī)制。結(jié)果表明：①與未塌陷地相比，采煤引起地表塌陷初期(1 ~ 2 a)土壤體積質(zhì)量、硬度、黏粒含量、含水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀、有效磷、全磷和全鉀含量均有顯著減小，而土壤孔隙度、pH和沙粒含量增加，全氮含量變化不明顯，土壤質(zhì)量總體表現(xiàn)出一定的退化趨勢；②塌陷區(qū)自然恢復(fù)條件下上述土壤指標(biāo)在塌陷5 a后呈現(xiàn)出改善的趨勢，其中土壤物理性質(zhì)、全效養(yǎng)分和土壤水分指標(biāo)恢復(fù)較快，在塌陷10 a后即可恢復(fù)至塌陷前水平；但土壤速效養(yǎng)分、pH和有機(jī)質(zhì)經(jīng)過10 a的土壤自修復(fù)仍未完全恢復(fù)，采煤塌陷對土壤質(zhì)量的損害具有一定延續(xù)性。③采煤塌陷后土壤質(zhì)量演變過程分析表明，自然恢復(fù)條件下塌陷區(qū)土壤大體經(jīng)過3個(gè)演替階段，即退化期(塌陷后1 ~ 2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢復(fù)期(塌陷后10 a)。

榆神府礦區(qū)；采煤塌陷；土壤理化性質(zhì)；演變規(guī)律；生態(tài)恢復(fù)

目前我國一次性能源消費(fèi)構(gòu)成中煤炭占71.3%[1]，其中95% 以上的煤炭采用井工開采方式。這種開采方式形成大范圍的地下采空區(qū)，導(dǎo)致周圍巖層發(fā)生復(fù)雜的移動(dòng)變形，使上覆巖層發(fā)生冒落、裂隙和彎曲下沉，地表發(fā)生塌陷產(chǎn)生了大量的裂縫、裂隙[2]。這種由采煤引發(fā)的地面塌陷帶來一系列生態(tài)環(huán)境問題，如地下水滲漏、水資源污染、植被退化、土壤侵蝕加劇、土壤質(zhì)量下降等[3-5]，其中土壤質(zhì)量是決定礦區(qū)植被演替及生態(tài)恢復(fù)的決定性因子[6]，因此采煤塌陷后土壤質(zhì)量變化成為礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的熱點(diǎn)問題。

地處水蝕風(fēng)蝕交錯(cuò)帶的榆神府礦區(qū)煤層埋深淺、地質(zhì)構(gòu)造簡單使得采空區(qū)地表塌陷嚴(yán)重[7]，其引起的地質(zhì)災(zāi)害和水土資源損害，使原本已十分脆弱的生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。但采煤塌陷后土壤部分指標(biāo)的變化趨勢尚未有明確結(jié)論，如采煤塌陷地土壤含水量[8-9]、孔隙度[10-11]等變化，同時(shí)采煤塌陷后隨時(shí)間的推移土壤理化性質(zhì)的動(dòng)態(tài)演替研究較為薄弱。本文以榆神府礦區(qū)的北部核心區(qū)井田為研究對象，通過該區(qū)覆沙地采煤塌陷區(qū)不同年限下土壤理化性質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化研究，在此基礎(chǔ)上探討采煤塌陷后土壤自然恢復(fù)條件下的演化過程，以期為礦區(qū)的環(huán)境治理和植被恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選擇在陜西省神木縣北部榆神府礦區(qū)煤炭開采年限持續(xù)時(shí)間較長的大柳塔、活雞兔、哈拉溝和上灣井田的地表塌陷區(qū)(110°00' ~ 110°24″E，39°11' ~ 39°29″N)。該區(qū)屬黃土丘陵地貌向風(fēng)沙地貌的過渡帶，海拔1 100 ~ 1 300 m。區(qū)域年平均降水量415.0 mm，但主要集中在6—9月份且多為暴雨，占全年降水量的76%。年平均蒸發(fā)量1 788.4 mm，年平均日照時(shí)間2 875.9 h，年平均氣溫8.6 ℃，年平均風(fēng)速3.2 m/s。礦區(qū)的土壤類型主要有栗鈣土、粗骨土和風(fēng)沙土等。研究區(qū)植被群落主要為以沙柳()、沙蒿()、羊柴()、檸條() 為建群種的沙生植被組合。

該區(qū)含煤層呈平緩單斜構(gòu)造，煤層埋深約為100 m。煤炭開采方式主要采用綜合機(jī)械化長臂式開采工藝，綜采工作面長200 ~ 400 m，采高4 m，推進(jìn)長度數(shù)千米，工作面間留有20 ~ 30 m寬的護(hù)巷煤柱[7]。隨煤炭的大量開采，采空區(qū)上覆巖層發(fā)生了冒落、裂縫和彎曲等不同程度的采動(dòng)損害，使得地表出現(xiàn)大裂縫和臺階狀斷裂，甚至出現(xiàn)塌陷坑。裂縫寬度在10 ~ 50 cm之間，垂直位移在0 ~ 80 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 樣地設(shè)置 首先確定采煤后地表塌陷1、2、5和10 a坡面。每種塌陷年限選擇7塊下墊面狀況(海拔、地形等)相近的塌陷地作為研究樣地，同時(shí)每塊樣地選擇一塊鄰近且下墊面狀況相似、沒有受到塌陷影響的對照樣地。測定樣地0 ~ 60 cm土層土壤理化性質(zhì)，每塊樣地隨機(jī)選擇5個(gè)點(diǎn)分別取樣。

1.2.2 試驗(yàn)方法 在樣地內(nèi)每個(gè)取樣點(diǎn)分別挖取一個(gè)面積約為1 m ×1 m、深為1 m 的土壤剖面，用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀 (100 cm3) 取樣用于土壤體積質(zhì)量的測定；用20 cm × 10 cm鋁制飯盒取原狀土用于測定土壤顆粒組成；用水分鉆取樣用于分析土壤水分含量；用土壤硬度計(jì)在土壤剖面內(nèi)直接測定各土層土壤硬度。同時(shí)在土壤剖面分3個(gè)點(diǎn)取適量土壤樣品，帶回室內(nèi)自然風(fēng)干，進(jìn)行土壤理化指標(biāo)的測定與分析。土壤物理指標(biāo)[12]：土壤體積質(zhì)量采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀法測定；土壤機(jī)械組成用簡易比重計(jì)法測定；土壤孔隙度采用土壤密度換算法測定。土壤化學(xué)指標(biāo)[12]：土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀法；土壤全氮測定采用半微量開氏法；速效氮測定采用減解擴(kuò)散法；全磷測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；有效磷測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；全鉀測定采用HF消解-火焰光度計(jì)法；速效鉀測定采用 NH4COOH 浸提-火焰光度計(jì)法；土壤含水量測定采用烘干法；土壤pH用pH 計(jì)測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，用單因素方差分析(one-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較組間的差異，差異顯著性水平設(shè)定為α = 0.05，用Excel 2013作圖軟件進(jìn)行繪圖；用SPSS20.0軟件以不同采煤塌陷年限下土壤理化性質(zhì)為變量，平方歐氏距離作為樣地間的相異性指標(biāo)，采用組間平均聯(lián)接法進(jìn)行不同樣地間系統(tǒng)聚類分析；采用CANOCO4.5 軟件進(jìn)行不同采煤塌陷年限主成分分析(PCA)，將塌陷區(qū)與未塌陷區(qū)的各樣點(diǎn)進(jìn)行歸類、排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同塌陷年限土壤物理性質(zhì)演變特征

由圖1可以看出，與未塌陷對照區(qū)相比采煤塌陷初期(1 ~ 2 a)土壤硬度顯著下降了26%(<0.05，圖1A)、孔隙度顯著增加了24%(<0.05，圖1B)、體積質(zhì)量平均顯著減小了15%(<0.05，圖1C)；但隨著塌陷年限的增加土壤硬度、孔隙度和體積質(zhì)量逐漸趨于塌陷前水平，至塌陷10 a上述3種土壤物理指標(biāo)和未塌陷樣地相比差異不顯著(>0.05)。此結(jié)果是由于采煤塌陷初期的塌陷震動(dòng)導(dǎo)致研究區(qū)結(jié)構(gòu)性較差的風(fēng)沙土更加松散，同時(shí)土層在沉降過程中土體受剪力作用降低了土壤穩(wěn)定性，此研究結(jié)果與風(fēng)沙區(qū)地表塌陷后土壤物理性質(zhì)變化結(jié)論基本一致[10]。后隨采煤塌陷時(shí)間的推移，塌陷區(qū)風(fēng)沙土不斷地累積，土壤在各種外力和土體自身重力作用下向下沉使土體穩(wěn)定，塌陷地土壤變得緊實(shí)，因此本研究顯示地表塌陷5 a后土壤硬度和體積質(zhì)量相應(yīng)增加而土壤孔隙度減小。

圖1D顯示采煤塌陷引起了>1.00 mm石礫和粒徑0.05 mm以下的土壤粉粒和黏粒含量相對降低。其中，粉粒、黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，首先是因?yàn)椴擅核菰斐傻乇砹芽p發(fā)育，土壤中細(xì)小顆粒在地表徑流和地表風(fēng)的作用下沿地裂縫流失；同時(shí)塌陷后地表植被退化、風(fēng)蝕作用增強(qiáng)也使地表粉粒和黏粒土壤減小。而塌陷初期表層土壤石礫質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降推測主要是由于質(zhì)量較大的石礫在地表震動(dòng)的作用下沿地表裂縫跌落至土壤深層。但隨著塌陷年限的增加，覆沙區(qū)地表裂隙在風(fēng)蝕、水蝕和重力的作用下不斷彌合，加之植被恢復(fù)對土壤物理性質(zhì)的改善，地表塌陷5 a后土壤粉粒和黏粒組成增加，土壤顆粒組成上有細(xì)化現(xiàn)象(圖1D)。

2.2 不同塌陷年限土壤水分與pH演變特征

不同塌陷年限土壤含水量變化如圖2A所示，采煤引起地表塌陷后表層土壤平均含水量較未塌陷樣地迅速下降了60%，并達(dá)到顯著水平(<0.05)，這與趙永峰[13]研究風(fēng)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縫、地表土壤松散化及地下潛水位下降；但由于所研究的覆沙區(qū)地表裂隙彌合較快[14]，減小了表層水分的蒸發(fā)面積，同時(shí)塌陷引起的土壤孔隙度相對增大加大了降水的入滲速率，塌陷5 a后土壤水分含量和未塌陷樣地相比差異已不顯著(>0.05)，水分含量已基本達(dá)到未塌陷樣地水平。

圖2B顯示塌陷初期土壤pH由平均8.06上升至8.36并達(dá)到顯著水平(<0.05)，后隨著塌陷年限的增加逐漸降低，但塌陷10 a后仍未減小至塌陷前水平(<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，也引起植被退化導(dǎo)致地表枯落物量減少，使得微生物分解有機(jī)凋落物形成的有機(jī)酸、酚類物質(zhì)量減小，導(dǎo)致土壤pH增加[15]，結(jié)果可使塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分循環(huán)量降低[16]，故塌陷初期1 ~ 2 a土壤養(yǎng)分恢復(fù)較為緩慢。而隨塌陷年限的增加土壤水分逐漸恢復(fù)，土壤中的微生物及酶活性增強(qiáng)，地表植被恢復(fù)亦使植物根系和土壤微生物分泌的有機(jī)酸含量增加，促使土壤 pH 逐漸降低，但研究區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境使得土壤pH在地表塌陷10 a仍未恢復(fù)至未沉陷水平。

2.3 不同塌陷年限土壤養(yǎng)分演變特征

由表1可知地表塌陷2 a土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，較未塌陷區(qū)顯著下降了33%(<0.05)，自然恢復(fù)條件下至塌陷10 a仍較未塌陷區(qū)顯著下降了10% (< 0.05)。此變化趨勢首先是采煤塌陷初期，土壤物理結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)使得有機(jī)質(zhì)流失增加，同時(shí)植被退化和微生物活性降低也使有機(jī)質(zhì)積累量減小[17]；隨著塌陷年限的增加，塌陷地裂縫逐漸彌合，土壤有機(jī)質(zhì)流失量減少，加之地表植被的逐漸恢復(fù)使得枯落物積累量增多，土壤有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)不同程度的上升；但研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)受到損害后積累較為緩慢，土壤自然恢復(fù)條件下10 a仍未恢復(fù)至塌陷前水平。

采煤塌陷后土壤全氮含量略有降低但并未表現(xiàn)出顯著差異(＞0.05)；與全氮變化趨勢不同，地表塌陷擾動(dòng)初期(1 ~ 2 a)，土壤全磷平均減小了17%、全鉀減小了46.6%，都達(dá)到顯著水平(<0.05)。但與王琦[10]研究采煤塌陷后全效養(yǎng)分(全氮、全磷和全鉀)受到損害后恢復(fù)較慢的結(jié)果不同，本研究表明塌陷5 ~ 10 a土壤全效養(yǎng)分含量可基本恢復(fù)至未塌陷水平。推測原因是覆沙區(qū)地表裂縫迅速彌合而使土壤微生物將全效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分的速率降低[18]，同時(shí)土壤全效養(yǎng)分垂向淋溶量和水平流失量減小，兩者共同作用使得塌陷區(qū)土壤全效養(yǎng)分受到損害后可迅速恢復(fù)。

地表塌陷后1 a土壤速效氮和速效鉀含量最低，較未塌陷對照區(qū)分別顯著下降了34% 和32% (< 0.05)；而塌陷2 a時(shí)土壤有效磷含量最低，顯著下降了42%(<0.05)，3種速效養(yǎng)分之后隨塌陷年限的增加緩慢增加，基本上呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。首先地表塌陷初期由于地表擾動(dòng)，水蝕和風(fēng)蝕作用增強(qiáng)引起土壤速效養(yǎng)分(速效氮、有效磷和速效鉀)迅速下降[19]。后隨著土壤物理性質(zhì)改善和植被恢復(fù)，土壤養(yǎng)分得到一定程度恢復(fù)。但與土壤全效養(yǎng)分的迅速恢復(fù)不同，研究區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境使土壤速效養(yǎng)分恢復(fù)緩慢，塌陷后經(jīng)過10 a的土壤自修復(fù)仍然未達(dá)到塌陷前水平。

表1 不同采煤塌陷年限土壤養(yǎng)分指標(biāo)演變特征

2.4 采煤塌陷后土壤性質(zhì)演變過程分析

由圖3不同采煤塌陷年限間系統(tǒng)聚類樹狀圖可以看出，將相異性水平距離閾值設(shè)定為5時(shí)，未塌陷區(qū)與4種不同的塌陷年限可分為3類：采煤塌陷1 ~ 2、5和10 a。應(yīng)用 CANOCO4.5軟件分析得到不同采煤塌陷年限土壤指標(biāo)-塌陷年限主成分分析雙序圖(圖4)。土壤指標(biāo)用帶有箭頭的線段表示，連線的長短表示不同塌陷年限與土壤因子關(guān)系的大小，箭頭連線與排序軸的夾角表示該土壤指標(biāo)與排序軸相關(guān)性大小，箭頭所指的方向表示該土壤指標(biāo)的變化趨勢。兩個(gè)排序軸對樣地指標(biāo)變化的解釋量達(dá)82.9%，基本可反映不同采煤塌陷年限土壤質(zhì)量的變化趨勢。結(jié)合圖3和圖4分析結(jié)果，研究區(qū)土壤隨著塌陷年限的增加大體經(jīng)過3個(gè)不同的演替階段，即退化期(塌陷后1 ~ 2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢復(fù)期(塌陷后10 a)。其中第Ⅰ類塌陷1 ~ 2 a退化期塌陷區(qū)處于非穩(wěn)定階段，強(qiáng)烈的地表擾動(dòng)、風(fēng)蝕水蝕增強(qiáng)和植被退化，造成了土壤物理性質(zhì)、速效養(yǎng)分、pH和有機(jī)質(zhì)的劇烈變化，此階段土壤質(zhì)量最差。第Ⅱ類地表塌陷5 a后，自然演替狀態(tài)下土壤物理性質(zhì)基本恢復(fù)至未塌陷前水平，而土壤養(yǎng)分雖逐漸恢復(fù)但要滯后于土壤物理性質(zhì)的恢復(fù)。至第Ⅲ類采煤塌陷后10 a，塌陷裂縫在風(fēng)蝕水蝕和地表重力沉降的作用下基本消失，塌陷地土壤逐漸變得穩(wěn)定，土壤水分養(yǎng)分流失減弱、土壤養(yǎng)分指標(biāo)逐漸恢復(fù)。土壤演替的第Ⅲ類階段土壤理化性質(zhì)雖已接近未塌陷區(qū)(圖4中Ⅳ所示US樣地集中區(qū))，甚至土壤水分在某些樣地已超過未塌陷樣地，但土壤氮磷鉀速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)仍未完全恢復(fù)，研究區(qū)土壤自我修復(fù)能力進(jìn)程緩慢，這與蘇敏[20]認(rèn)為，塌陷2 a后的風(fēng)沙區(qū)土壤理化性質(zhì)基本可以保持穩(wěn)定的結(jié)果有較大差異。

3 結(jié)論

1) 不同塌陷年限土壤物理性質(zhì)演變特征。塌陷震動(dòng)導(dǎo)致研究區(qū)風(fēng)沙土結(jié)構(gòu)松散，使得采煤塌陷初期表層土壤硬度、體積質(zhì)量顯著減小，而土壤孔隙度增加，同時(shí)>1.00 mm石礫和0.05 mm以下的土壤粉粒和黏粒含量相對降低；塌陷區(qū)地表土壤物理性質(zhì)5 a后逐漸恢復(fù)，土壤硬度和體積質(zhì)量增加而土壤孔隙度減小，土壤顆粒有細(xì)化現(xiàn)象。

2) 不同塌陷年限土壤水分與pH演變特征。地表塌陷使表層土壤平均含水量迅速下降，但由于覆沙區(qū)地表裂隙彌合較快，因此塌陷5 a后土壤表層水分含量已基本達(dá)到未塌陷樣地水平；塌陷初期土壤pH增加，后隨塌陷年限的增加逐漸降低，但10 a仍未降低至未沉陷前水平。

3) 不同塌陷年限土壤養(yǎng)分演變特征。不同塌陷年限土壤全氮含量變化不顯著，全磷和全鉀在塌陷初期雖都有不同程度的減小，但塌陷10 a后可基本恢復(fù)至未塌陷樣地水平；塌陷初期土壤速效養(yǎng)分(速效氮、有效磷和速效鉀)和有機(jī)質(zhì)含量迅速下降，塌陷5 a后逐漸恢復(fù)，但經(jīng)過10 a的土壤自修復(fù)仍未完全恢復(fù)至塌陷前水平。

4) 采煤塌陷后土壤理化性質(zhì)演變過程分析。榆神府覆沙礦區(qū)塌陷地土壤隨塌陷年限的增加大體經(jīng)過3個(gè)演替階段，即退化期(塌陷后1 ~ 2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢復(fù)期(塌陷后10 a)，塌陷10 a土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)仍未完全恢復(fù)，地表塌陷對土壤速效養(yǎng)分損害具有一定延續(xù)性。

[1] 國家統(tǒng)計(jì)局. 中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計(jì)出版社, 2000–2014

[2] Zhou D W, Wu K, Cheng G L, et al. Mechanism of mining subsidence in coal mining area with thick alluvium soil in China[J]Arabian Journal of Geosciences, 2015, 8(4): 1855–1867

[3] Cheng W, Bian Z F, Dong J H, et al. Soil properties in reclaimed farmland by filling subsidence basin due to underground coal mining with mineral wastes in China[J]Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(8): 2627–2635

[4] Gilland K E, McCarthy B C. Microtopography influences early successional plant communities on experimental coal surface mine land reclamation[J]Restoration ecology, 2014, 22(2): 232–239

[5] Wright I A, McCarthy B, Belmer N, et al. Subsidence from an underground coal mine and mine wastewater discharge causing water pollution and degradation of aquatic ecosystems[J]Water, Air & Soil Pollution, 2015, 226(10): 1–14

[6] Putten W H, Bardgett R D, Bever J D, et al. Plant–soil feedbacks: The past, the present and future challenges[J]Journal of Ecology, 2013, 101(2): 265–276

[7] 徐友寧, 吳賢, 陳華清. 大柳塔煤礦地面塌陷區(qū)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)分析[J]. 中國礦業(yè), 2008, 17(3): 38–40

[8] 侯慶春, 汪有科, 楊光. 神府-東勝煤田開發(fā)區(qū)建設(shè)對植被影響的調(diào)查[J]. 水土保持研究, 1994, 1(4): 127–137

[9] 呂晶潔, 胡春元, 賀曉. 采煤塌陷對固定沙丘土壤水分動(dòng)態(tài)的影響研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2005, 19(7): 152–156

[10] 王琦, 全占軍, 韓煜, 等. 風(fēng)沙區(qū)采煤塌陷不同恢復(fù)年限土壤理化性質(zhì)變化[J]水土保持學(xué)報(bào), 2014, 28(2): 118–122

[11] 祝宇成, 王金滿, 白中科, 等. 采煤塌陷對土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J]. 土壤, 2016, 48(1): 22–28

[12] 尚浩博. 資源環(huán)境常規(guī)分析方法[M]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社, 2010

[13] 趙永峰. 神東礦區(qū)采煤塌陷對土壤理化性質(zhì)及土壤含水率的影響//2006中國科協(xié)年會(huì)論文集[C]. 北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社, 2006: 103–107

[14] 范立民, 張曉團(tuán), 向茂西, 等. 淺埋煤層高強(qiáng)度開采區(qū)地裂縫發(fā)育特征——以陜西榆神府礦區(qū)為例[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2015, 40(6): 1442–1447

[15] 常慶瑞, 安韶山, 劉京, 等. 黃土高原恢復(fù)植被防止土地退化效益研究[J]. 土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào), 1999, 5(4): 6–9

[16] ?imek M, Cooper J. The influence of soil pH on denitrification: Progress towards the understanding of this interaction over the last 50 years[J]. European Journal of Soil Science, 2002, 53(3): 345–354

[17] Balesdent J, Chenu C, Balabane M. Relationship of soil organic matter dynamics to physical protection and tillage[J]. Soil and Tillage Research, 2000, 53(3): 215–230

[18] Bowles T M, Acosta-Martínez V, Calderón F, et al. Soil enzyme activities, microbial communities, and carbon and nitrogen availability in organic agroecosystems across an intensively-managed agricultural landscape[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2014, 68(1): 252–262

[19] 臧蔭桐, 汪季, 丁國棟, 等. 采煤沉陷后風(fēng)沙土理化性質(zhì)變化及其評價(jià)研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2010, 47(2): 262–267

[20] 蘇敏. 采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分循環(huán)及對生態(tài)環(huán)境的影響研究[D]. 邯鄲: 河北工程大學(xué), 2010

Evolution of Topsoil Physical-chemical Properties After Coal Mining Subsidence in Yu-Shen-Fu Sand Covered Mining Area

DU Huadong1,2, ZHAO Xiaoguang1*, ZHANG Yong3, NIE Wenjie1

(1 College of Geology & Environment, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China; 2 Institute of Green Coal Mining Geological Security Technology, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China; 3 Shaanxi Provincial Department of Water Resources, Xi’an 710004, China)

The soil samples in different years of coal mining subsidence (1, 2, 5, 10 a, and un-subsidence area) at Yu-Shen-Fu Mining areas were collected, and the soil physical-chemical properties were measured. The results showed that soil quality showed a degradative trend in subsidence area compared with un-subsidence area. Soil bulk density, hardness, contents of clays, moisture, organic matter, available nitrogen, available phosphorus, available potassium, total phosphorus and total potassium were significantly decreased, while soil total porosity, pH, and sand content increased in the early stages of subsidence (1–2 a). However, the change of soil total nitrogen was not obvious in the research period. The above soil indexes showed an improving trend after 5 years natural restoration, soil physical properties, moisture and total nutrients recovered rapidly and reached up to the level before subsidence in 10 years; while available soil nutrients, pH and organic matter has not yet reached level of un-subsidence area. The succession of soil quality under natural restoration can be divided into three stages, namely the degradation stage (1–2 a)→improvement stage ( about 5 a )→partial recovery stage (after 10 a). Those results implied that coal mining subsidence had a certain sustaining damage on soil properties at Yu-Shen-Fu Mining area.

Yu-Shen-Fu mining area; Coal mining subsidence; Soil physical-chemical properties; Successional rule; Ecological restoration

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.019

S153

A

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401306)、西安科技大學(xué)博士啟動(dòng)金項(xiàng)目(2014QDJ019)和陜西省水利廳水利科技項(xiàng)目(2015slkj-01) 資助。

(zxgsoil@sina.com.cn)

杜華棟(1982—)，男，陜西華縣人，博士，講師，主要從事礦山環(huán)境修復(fù)和植被水土保持機(jī)理方面研究。E-mail: dhuadong@gmail.com