陕北柠条塔煤矿沉陷区边缘坡面土壤含水率垂向变化特征

杨磊 马坤

摘  要：文章以陕北柠条塔煤矿沉陷区边缘坡面土壤为研究对象，通过野外采样、室内实验等方法，研究并揭示土壤含水量在垂向上的变化特征。研究结果表明：第一，沉陷区边缘坡面土壤含水率介于10%～12%，垂向上分布均匀;第二，沉陷区边缘坡面土壤在各个深度的含水率均明显高于非沉陷区土壤，平均提高了1.53倍，表明沉陷使得边缘坡面土壤的下渗和持水能力有所提升，这与土壤孔隙度增加有关;第三，边缘坡面土壤含水率增加可能是陕北沉陷区形成之初的短期正向生态效应，可为沉陷区短期生态环境修复提供依据。

关键词：沉陷区;边缘坡面;土壤含水率;垂向特征;柠条塔煤矿

中图分类号：TD167         文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2019）06-0073-02

榆神府矿区是国家重点建设的14个大型煤炭基地中陕北基地的重要组成部分，其探明储量占全国的12%[1]。近几十年，随着柠条塔、大柳塔等一批千万吨级高产高效矿井陆续建成投产，榆神府矿区已成为全国最重要的煤炭资源输出地之一。然而，大规模、高强度的煤炭开采活动使得榆神府矿区采动损害问题日益凸显，其中以开采沉陷最为普遍、最为长期和最为严重[2]。开采沉陷发生后，不仅直接而剧烈的破坏土壤的原有结构，而且间接持续的引发土壤理化性质的劣化，其中以土壤水分最为敏感[3]。土壤水分在像陕北这样的生态脆弱区，具有维系地表植被健康、保持水土稳定的重要生态作用。鉴于此，本文以陕北柠条塔煤矿沉陷区边缘坡面土壤为研究对象，通过野外采样、室内实验等方法，研究并揭示土壤含水量在垂向上的变化特征，以期为陕北采煤沉陷区生态恢复提供科学依据。

1 研究区概况

柠条塔煤矿沉陷区位于陕西省神木县西北部，距神木县城约36km，属于神南矿区的一部分，行政区划隶属于神木县孙家镇、麻家塔乡管辖。其该区海拔1100-1300m，年平均降水量415.0mm，年平均蒸发量1788.4mm，年平均日照时间2875.9h，年平均气温8.6℃，年平均风速3.2m/s。大地构造单元属华北地台鄂尔多斯地块，土壤类型以风沙土为主。植被群落为以沙柳（Salix Psammophila）、沙蒿（Artemisia Desterorum）、柠条（Caragana Korshinskii）等为建群种的沙生植被组合。

2 研究方法

2.1 野外采样与室内实验

首先，在遥感解译和实地踏勘的基础上，在柠条塔煤矿沉陷区（形成时间约为1a）边缘处，选择并确定1条形态连续完整的坡面;第二，在坡面中部随机布设5个采样点，并注意避开采动地裂缝发育区;第三，对每个采样点，使用土钻分6层采集土壤，采样深度依次为0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm;第四，将5个采样点中相同一层的土壤进行混合、现场称重、记录编号后装入密封塑料袋中，带回實验室以备检测;第五，在非沉陷区布设空白样点，按照上述方法采集土样带回实验室以备检测;第六，实验室内，将所有土样放置于烘箱，在105℃下经24h烘干处理后，依次测其质量。

3 结果与分析

3.1 计算结果

根据式（1），分别计算空白样（CK）和沉陷区边缘坡面土壤的0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100cm共12组土壤含水率，结果见表1。

3.2 讨论与分析

根据表1中数据，运用origin软件进行数理分析，并绘制图1、图2。

由表1、图1、图2可知：

（1）沉陷区边缘坡面土壤在不同深度的含水率介于10%～12%，垂向上整体变化不大。其中，0～10cm土壤（表层）含水率最高，为12%，60～80cm土壤含水率最低，为10%。说明沉陷区边缘坡面土壤水分在垂向上分布均匀。

（2）沉陷区边缘坡面土壤在各个深度的含水率均明显高于非沉陷区土壤。相对于非沉陷区3～6%的土壤含水率，沉陷区边缘坡面土壤在各个深度的含水率明显提高，平均提高了1.53倍。其中，0～10cm土壤（表层）含水率提高幅度最大，为3倍，60～80cm土壤含水率提高幅度最小，为0.67倍。说明沉陷使得边缘坡面土壤的下渗和持水能力大大提升，这与崔向新[4]的研究结论不同。

（3）沉陷区边缘坡面土壤在各个深度的含水率显著提高的主要原因是，地下高强度采煤活动使得地表变形剧烈，特别是在沉陷区边缘坡面处往往多发育台阶式开裂、下沉等破坏形式，以致该处土壤孔隙度增加，不仅为降水入渗土壤提供了更多通道，也为土壤持水提供了更大的空间。

（4）对比前人研究结果，认为边缘坡面土壤含水率增加可能是陕北沉陷区形成之初（1a左右）的短期正向生态效应，可为沉陷区短期生态环境修复提供依据，而沉陷区边缘坡面土壤水分的长期变化还需进一步研究。

参考文献：

[1]宋世杰，王双明，赵晓光，等.基于覆岩层状结构特征的开采沉陷分层传递预计方法[J].煤炭学报，2018，43（S1）：87-95.

[2]宋世杰.基于关键地矿因子的开采沉陷分层传递预计方法研究[D].西安科技大学，2013.

[3]王双明，杜华栋，王生全.神木北部采煤塌陷区土壤与植被损害过程及机理分析[J].煤炭学报，2017，42（1）：17-26.

[4]崔向新，高永，刘彩云.采煤塌陷对风沙土含水量的影响[J].浙江林学院学报，2008，25（4）：491-496.