黄土采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征 ——以榆神府矿区为例

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井工采煤后采空区覆岩损害传递至地表会出现裂缝、台阶状断裂和塌陷坑等地质环境损害,进而使得地表生态系统受损。目前对于煤炭采动后塌陷地土壤损害程度、过程及其机理已有较多研究,但针对损害区不同土地利用类型下土壤损害特征和程度的对比研究仍不充分,限制了矿区塌陷地生态损害程度评价和不同土地利用类型针对性的生态恢复措施制定的准确性。因此,本文在阐明榆神府矿区黄土塌陷地不同土地利用类型下土壤理化生性质损害特征的基础上,运用土壤质量指数法对不同土地利用类型采动损害前后土壤质量进行了综合评价,主要得出了以下结论:(1)地表塌陷后草地、林地、园地和耕地4种土地利用类型土壤物理性质表现出不同的变化特征,其中地表塌陷后林地和园地的pH值和容重均减小,草地容重减小了19%,但土壤pH值从8.41增加到了 8.48,而塌陷对耕地的土壤容重和pH值影响不显著;塌陷后土壤颗粒机械组成在4种土地利用类型总体都表现为砂粒含量增加、粉粒含量下降和粘粒含量变化不显著,园地土壤颗粒组成变化最为显著;塌陷后,耕地的土壤含水量由塌陷前的8.98%下降至塌陷后的5.96%,下降了 34%幅度最大。不同土壤深度讲,林地、草地的土壤pH值均随土壤深度增加,耕地随深度减小,而园地土壤pH值在塌陷后随土壤深度增加,与未塌陷地减小的趋势不同;塌陷后,耕地的土壤粉粘粒随土壤深度减小,砂粒含量随深度增加,园地粘粒砂粒含量随土壤深度增加,粉粒随深度减小,均与未塌陷地相反;林地未塌陷地的土壤机械组成在深度上无显著变化,塌陷后粘粒砂粒含量随土壤深度减小,粉粒增加;草地土壤机械组成在塌陷前后的变化趋势一致;林地、园地和草地土壤含水量塌陷前后均随土壤深度增加,而塌陷后的耕地土壤含水量随土壤深度先减小后增加,与未塌陷地的变化趋势不同。(2)从不同土地利用类型土壤养分损害特征看,地表塌陷后林地土壤有机质和有效氮磷钾含量均降低;草地虽然氮磷钾含量减小,但土壤有机质含量反而增加了 20%;而塌陷后的园地和耕地土壤有机质和氮含量减小,但速效钾和磷含量增加。从不同深度讲,塌陷后林地、耕地和草地土壤有机质含量随深度变化趋势较未塌陷地相似,而园地土壤有机质塌陷后随深度无显著变化,与未塌陷时随深度减小的趋势不同;研究区土壤的氮磷钾含量在塌陷前后随土壤深度均呈减小趋势。(3)地表塌陷后,耕地和园地土壤蔗糖酶活性分别增加了 35%和73%,林地和草地则分别减小了 22%和36%;林地和耕地的土壤磷酸酶和脲酶活性均减小,园地和草地的磷酸酶和脲酶活性增加;塌陷后不同土地利用类型下土壤过氧化氢酶活性较未塌陷地均显著增加,其中园地增加了 64%幅度最大。从不同深度看,地表塌陷后不同土地利用类型的土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性均随深度显著减小,与未塌陷地变化趋势相似;林地、耕地和草地的土壤过氧化氢酶活性随深度变化趋势在塌陷前后均无显著变化,园地未塌陷时土壤过氧化氢酶活性随深度减小,而塌陷后的土壤过氧化氢酶随深度增加。(4)从微生物数量和组成特征看,地表塌陷后耕地土壤细菌数量减小了 48%,而真菌、放线菌、古菌则分别增加了 207%、238%、56%;园地和草地除细菌数量减小外,其他菌类数量增加,林地的变化趋势与园、草地相反;研究区不同土地利用类型下土壤细菌和真菌多样性指数在差异较小,且塌陷后均表现出多样性指数减小趋势;不同土地利用类型土壤在塌陷前后的细菌群落均以放线菌门为主,塌陷后,林地、耕地、园地的放线菌门相对丰度均下降,草地无显著变化;真菌群落以子囊菌门为主,塌陷后林地子囊菌门相对丰度增加了 21%,园地减小了 26%,耕地和草地无显著变化。地表塌陷后,草地塌陷地和未塌陷地微生物数量均随深度减小,林地和园地微生物数量随深度变化趋势与未塌陷地不同,耕地除细菌外其他菌类数量随深度减小,变化趋势与未塌陷地相似。(5)通过对比塌陷地不同土地利用类型下土壤理化生性质相关性,林地、园地和草地的土壤养分、酶活性和微生物数量均与土壤含水率有较大关系,而耕地上述土壤指标与土壤含水率关系较小,其土壤机械组成对土壤含水率影响较大。不同土地利用类型下,土壤水分和养分均是影响土壤酶活性、微生物数量的主要相关指标。耕地和园地细菌多样性与土壤容重有显著相关性,其真菌多样性与其他指标无显著相关性,而林地和草地真菌多样性主要受到酶类活性的影响,其细菌多样性则与其他指标相关性较弱。综合土壤物理、化学和生物学特征分析,塌陷使不同土地利用类型下的土壤质量下降,其中塌陷主要干扰了林地和草地物理性质和速效养分特征,而耕地和园地主要是塌陷后土壤有机质、酶活性和微生物特征受到影响;不同土地利用类型的塌陷地土壤质量指数均小于未塌陷地,其中林地的土壤质量较未塌陷地下降幅度较大(降低了 21%),草地和耕地次之(分别降低了 17%和14%),而塌陷对园地土壤质量影响较小。
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