【摘要】：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、p H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、p H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)。
【圖文】：

壤pH用pH計測定。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)計檢驗(yàn)，用單因素方差分析(one-wayANOVA)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Excel2013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(1~2a)土壤硬度顯著下降了26%(P<0.05，圖1A)、(不同小寫字母表示相同土壤深度不同地表塌陷年限間差異顯著(P<0.05)；圖中S1、S2、S5、S10和US分別代表地表塌陷后1、2、5、10a和未塌陷對照區(qū)，下同)圖1不同塌陷年限土壤物理性質(zhì)演變特征Fig.1Evolutionofsoilphysicalpropertiesindifferentsubsidenceyears

造成地表裂縫發(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校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5a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(P<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5a后土壤水分含量和未塌陷樣地相比差異已不顯著(P>0.05)，水分含量已基本達(dá)到未塌陷樣地水平。圖2不同塌陷年限土壤水分與pH演變特征Fig.2EvolutionofsoilmoistureandpHindifferentsubsidenceyears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(P<0.05)，后隨著塌陷年限的增加逐漸降低，但塌陷10a后仍未減小至塌陷前水平(P<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1~2a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

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