郝新忠，郜 超，張繼平，石長春

(陜西省治沙研究所，陜西榆林生態(tài)定位站，陜西 榆林 719000)

煤炭資源在我國國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步中發(fā)揮著舉足輕重的作用，但煤炭開采、運輸?shù)纫仓率姑旱V區(qū)生態(tài)系統(tǒng)嚴重受損[1], 尤其對礦區(qū)植被影響比較明顯[2]，還可引起地表塌陷，地表水、地下水流失，地表生態(tài)環(huán)境惡化，目前，煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為礦區(qū)乃至區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重大制約因素。榆神礦區(qū)位于榆林市的榆陽區(qū)和神木縣，即生態(tài)環(huán)境脆弱的陜北毛烏素沙漠與黃土高原的過渡地帶，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，植被覆蓋更易受外界擾動的影響[3]，特殊的地理位置和豐富的煤炭資源在我國西部大開發(fā)中發(fā)揮著重要作用，是國家西煤東運的源頭，地表水資源短缺，地下水資源相對貧乏，可利用的水資源有限，屬于缺水地區(qū)[4]。為了給榆林毛烏素沙地尤其是煤礦開采區(qū)環(huán)境資源和毛烏素沙區(qū)林地管理提供依據(jù)和參考，我們進行了榆林毛烏素沙區(qū)煤礦開采對植被與地下水影響調(diào)查研究。

1 研究地概況及研究方法

1.1 研究地概況

試驗在陜西省榆林市毛烏素沙漠進行，該地屬半干旱和亞濕潤干旱氣候， 大陸性氣候特征十分明顯， 降水少而集中， 多集中于7-9月，占全年降水量的60%～65%， 暴雨亦同時出現(xiàn)， 植物生長環(huán)境惡劣， 整個生態(tài)系統(tǒng)具有脆弱性和不穩(wěn)定性， 導致了水土流失嚴重。 由于降雨量較小， 長期干旱， 以及大風天氣， 使極不穩(wěn)定的地表土壤物質(zhì)脫離地表被搬運， 加上氣流中土壤顆粒對地表的磨蝕作用， 形成連綿不斷的沙丘， 長期風蝕導致地表有機質(zhì)流失， 土地生產(chǎn)力降低， 形成荒漠化。

1.2 研究方法

2.2.1 樣地與觀測井布設 共設觀測樣地12個，統(tǒng)一為灌木林和草地，采礦區(qū)固定灌木林樣地4個、草地2個；非采礦區(qū)固定灌木林樣地4個、草地2個，采礦區(qū)和非采礦區(qū)樣地或周圍都有觀測井。觀測井共8個，其中采礦區(qū)灌木林樣地3個、草地1個；非采礦區(qū)灌木林樣地3個、草地1個，樣地及觀測井概況如表1、表2所示。

表1 樣地概況

表2 觀測井環(huán)境概況

2.2.2 觀測指標及其測定方法 植物群落指標：高度、蓋度、密度、生物量、年生長量、植物種類及其數(shù)量，主要種類(優(yōu)勢種)。

2018年5-9月，每月測定1次。測定時每個樣地設5個樣方，灌木林樣方面積為5 m×5 m,每個灌木樣方中再設置1個草本樣方，面積為1 m×1 m,對樣方內(nèi)植物逐個觀察測定并記錄，內(nèi)容有種類、數(shù)量、株高、蓋度、冠幅、地上生物量、當年地上生長量。

土壤含水量：采用TSC-1型土壤水分測試儀人工測定、記錄，在土層10 cm處，對各個樣地土壤水分每年5-9月共監(jiān)測5次(每月1次)，每次測5個值，取平均值，一年5次取平均值。

地下水位：用自動報警儀(末端水筆到達水面)人工測量，讀取數(shù)值。每月1次，每年5-9月共監(jiān)測、記錄5次(每月1次)。

3 結(jié)果與分析

3.1 采礦對毛烏素沙地植被生長的影響

從表3可看出，地下開采的灌木林灌木層平均株高、蓋度、密度、地上生物量分別為0.63 m、28.3%、13.1株·m-2、471 g·m-2，草本層平均株高、蓋度、密度、地上生物量分別為0.11 m、19.0%、15.3株·m-2、41.5 g·m-2，分別低于地下未開采灌木林灌木層的1.04 m、31.3%、31.0株·m-2、549 g·m-2，草本層的0.24 m、22.0%、20.8株·m-2、64.0 g·m-2。地下開采的草地平均株高、蓋度、密度、地上生物量分別為0.21 m、34.5%、136.5株·m-2、432.0 g·m-2，低于未開采草地的0.27、38.0%、149.0株·m-2、458.5 g·m-2。說明不管是灌木林還是草地，地下礦產(chǎn)開采都會使植被高度、蓋度、密度、地上生物量降低，結(jié)構(gòu)變差。

3.2 采礦對毛烏素沙地土壤含水量的影響

表4顯示，采礦區(qū)6個樣地土壤體積含水量為3.84%～10.89%、平均6.56%，低于非采礦區(qū)的4.01%～14.23%、平均7.60%，說明地下開采區(qū)土壤含水量降低了。同時，沙化草地土壤平均含水量高于灌木林地。主要原因可能是采礦導致地下水位下降，地表植被受到破壞，地面裸露面積增大，水分蒸發(fā)量加大。

表4 2018年植被典型樣地土壤體積含水量

表5 2018年地下水位深度

3.3 采礦對毛烏素沙地地下水位的影響

從表5可以看出，非采礦區(qū)選取的4個典型水井單月水位和一年的平均水位都高于采礦區(qū)選取的4個水井水位和一年的平均水位?？拷V區(qū)的水井水位，下降幅度明顯高于非礦區(qū)的水井，而周邊沒有礦區(qū)的水井，水位下降相對緩慢，甚至有水位回升情況。表明：遠離礦區(qū)的水井地下水位月際、年際變化較平緩，且有回升趨勢,而礦區(qū)附近的水井月際、年際地下水位變化很大。這是由于在煤炭開采過程中，地下水體遭到破壞，引起采空區(qū)地表水體和地下水體發(fā)生滲漏，導致區(qū)域潛水甚至承壓水水位下降，植被生長受到直接或間接影響。

4 結(jié)論與建議

礦區(qū)開采植被破壞嚴重，植被因子(植被蓋度、物種高度、植物生物量、植被密度)均低于(或少于)非礦區(qū)，非礦區(qū)植物長勢明顯好于礦區(qū)，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴重惡化；礦區(qū)土壤含水量低于非礦區(qū)，非礦區(qū)地下水位相對較高；近年來，榆林平均氣溫與降水量均有逐漸增高趨勢，年蒸發(fā)量總體有下降趨勢；降水量增加對沙區(qū)植被生長能起到促進作用，隨著降水量的增加，非礦區(qū)水位較往年有所回升，對植被恢復和生長有利。

榆林地處毛烏素沙地和黃土高原過渡地帶，風蝕沙化和水土流失嚴重，氣象災害較多，幾乎每年都有不同程度的干旱、霜凍、暴雨、大風、冰雹等災害發(fā)生，尤其早春沙塵暴危害最為嚴重。過去為了防風治沙，都以植樹造林為主，雖然取得了一定成效，但仍有不理想之處，再者林木只能阻擋沙的搬運過程，在起沙階段的防風治沙效果不及草地，與林地相比草地一是更能有效地固定流沙和防止水土流失，二是對環(huán)境的要求相對較低。因此根據(jù)榆林沙區(qū)氣候、土壤等綜合因素，宜在該區(qū)實施以草為主、林草結(jié)合的治沙模式，尤其是在受到礦產(chǎn)開采影響的情況下。

針對目前榆林毛烏素沙區(qū)大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開發(fā)及其對生態(tài)環(huán)境不同程度的干擾破壞，為減少曾經(jīng)多次發(fā)生的人為滑坡、崩塌、因煤礦采空區(qū)塌陷引發(fā)的地震等，強化礦區(qū)生態(tài)重建已迫在眉睫，根據(jù)植被生長狀況分區(qū)治理，在蓋度20%～40%區(qū)域主要進行封育，以自然恢復為好，蓋度大于40%區(qū)域進行人工種植喬木，優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。