淮南煤矿塌陷区不同塌陷类型土壤理化性质及其酶活性比较

采集淮南煤矿塌陷区3种塌陷类型——非稳沉区、稳沉区和修复区,分析了其各层土壤的理化性质及酶活性,综合评价了3种不同塌陷类型土壤生态肥力。结果表明:塌陷区在由非稳沉区变为稳沉区的过程中,土壤的物理性能、土壤养分、酶活性总体呈下降趋势;以土壤理化性质和酶活性权重计算土壤综合肥力指标值(IFI)和土壤酶指数(ISE),结果均显示IFI与ISE值非稳沉区最高,修复区较稳沉区有所提高,土壤生物学肥力具有随土壤层次深度增加而下降的变化特点;脲酶和蔗糖酶与土壤各理化性质均呈现极显著相关性,表明脲酶和蔗糖酶可以作为评估煤矿塌陷区土壤肥力变化的有效性指标。     

榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤理化性质演变

以榆神府覆沙矿区采煤塌陷地表层土壤为研究对象,运用野外调查取样和实验室分析检测方法,研究不同采煤塌陷年限下(1、2、5、10 a和未塌陷区)土壤理化性质演变特征,探讨采煤塌陷过程中土壤理化性质的响应及其机制。结果表明:(1)与未塌陷地相比,采煤引起地表塌陷初期(1~2 a)土壤体积质量、硬度、黏粒含量、含水量、有机质、速效氮、速效钾、有效磷、全磷和全钾含量均有显著减小,而土壤孔隙度、p H和沙粒含量增加,全氮含量变化不明显,土壤质量总体表现出一定的退化趋势;(2)塌陷区自然恢复条件下上述土壤指标在塌陷5 a后呈现出改善的趋势,其中土壤物理性质、全效养分和土壤水分指标恢复较快,在塌陷10 a后即可恢复至塌陷前水平;但土壤速效养分、p H和有机质经过10 a的土壤自修复仍未完全恢复,采煤塌陷对土壤质量的损害具有一定延续性。(3)采煤塌陷后土壤质量演变过程分析表明,自然恢复条件下塌陷区土壤大体经过3个演替阶段,即退化期(塌陷后1~2 a)→改善期(塌陷后5 a)→部分恢复期(塌陷后10 a)。     

采煤塌陷对风沙区土壤理化性质影响的研究

为了研究采煤塌陷对风沙区土壤理化性质的影响,为干旱和半干旱风沙区采煤塌陷地的复垦工作提供理论依据,本文运用土壤学基本理论和方法,测定、计算了毛乌素沙地东南缘补连塔煤矿塌陷区和非塌陷区的土壤机械组成、容重、孔隙度、田间持水量、饱和导水率和养分等指标。方差分析结果表明:与非塌陷区相比,塌陷沙丘物理性粘粒含量明显减少,尤其地表10 cm处;塌陷沙丘顶部和中部土壤容重和孔隙度没有明显变化,而沙丘底部和丘间低地土壤容重明显降低,孔隙度明显增大;塌陷沙丘0~40 cm内土壤容重和孔隙度无明显变化,但40~100 cm内土壤容重明显减少,孔隙度明显增加;塌陷沙丘0~60 cm深度内田间持水量明显降低;0~60 cm内饱和导水率没有发生明显变化;0~100 cm内的全氮、全磷和全钾含量无明显变化。     

采煤塌陷对黄土丘陵区坡耕地土壤理化性质的影响

为了揭示采煤塌陷对土壤性质的影响,为矿区的土地资源保护与恢复提供理论依据,研究了离石双柳煤矿区采煤塌陷坡耕地土壤理化性质的变化。结果表明:(1)土壤物理性黏粒含量随塌陷时间的延长而逐渐减少。(2)土壤毛管孔隙度则随塌陷年限的增加而减小,非毛管孔隙度则增加。(3)土壤容重随塌陷年限的增加而减小,随土层深度的增加而增加。(4)土壤田间持水量随塌陷年限的延长而逐渐减少。(5)土壤有机质、碱解氮、速效磷含量随塌陷时间的延长而逐渐降低。这反映出采煤塌陷破坏了土壤结构,促进了土壤淋溶侵蚀,使得土壤理化性质恶化,需要引起关注。     

黄土区采煤塌陷对土壤水力特性的影响*

通过对山西省平朔矿区塌陷区、原地貌和复垦区进行调查采样和实验室分析,研究采煤塌陷对土壤容重、含水量、田间持水量、饱和导水率和土壤崩解速率等指标的影响。结果表明:塌陷区土壤容重、含水量和田间持水量处于弱变异到中等变异区间,饱和导水率和崩解速率均为强变异;塌陷虽使土壤容重增加,但影响幅度不大;土壤含水量受塌陷影响规律不明显;田间持水量受塌陷影响明显(p0.05),较未受损地区降低6.2%~15.5%;在采煤塌陷的影响下,土壤饱和导水率和崩解速率显著增加(p0.05);复垦区土壤水力特性与原地貌没有显著差异(p0.05),且各层次之间差异性也不显著(p0.1)。     

新疆苇湖梁煤矿塌陷区的动态监测分析

由于采煤塌陷常常会带来环境恶化、土地沉降等问题,这成为了制约城市快速发展的瓶颈。以新疆苇湖梁煤矿塌陷区作为研究区,通过2002年、2006年、2009年和2013年4期预处理后的高分遥感影像为基础,采用人机交互的解译方法对塌陷区的相关信息进行提取,并结合空间格局和动态度的方法对地面塌陷信息进行定性研究与定量分析。结果表明,苇湖梁煤矿塌陷区逐渐向东扩展,塌陷区内的地质灾害数量呈持续上升趋势,尤其是2006—2009年地质灾害增速最快;2002—2013年塌陷回填区面积增加了92.45hm2,空间上3个相互独立的塌陷回填区已有汇合的趋势,说明塌陷区的恢复治理速度明显加快。     

施用生物炭抑制塌陷区复垦土壤硝化作用

生物炭具有培肥土壤和影响土壤氮素转化的效应,但对于不同肥力尤其是极低肥力的采煤塌陷复垦区土壤氮素转化方面缺乏研究。该文采用室内恒温控湿好气培养的方法,研究生物炭在不同氮肥水平下对肥力差异较大的两种土壤(肥力高的菜地土壤、肥力极低的塌陷区复垦土壤)硝化作用的影响。试验设2种氮肥水平、3种生物炭施用量。结果发现,相对于菜地土壤,塌陷区复垦土壤硝化作用缓慢,土壤最大硝化速率仅为菜地土壤的17.32%,且最大硝化速率出现的时间延迟4.2 d。高氮条件下,土壤硝化作用进行得较慢,施入生物炭后对硝化作用的抑制增强,并使土壤硝化加速阶段延长6 d(塌陷区复垦土壤)至11 d(菜地土壤)。塌陷区土壤尤其在高氮条件下最大硝化速率出现的时间明显随生物炭添加量增加而逐渐延迟,而土壤最大硝化速率不受生物炭及氮肥水平的影响。但菜地土壤土壤最大硝化速率值、最大硝化速率出现的时间值显著受氮肥水平及生物炭施用量影响。因此,生物炭对硝化作用的抑制主要表现在硝化作用的加速阶段,抑制强度受氮肥水平和土壤类型交互作用影响。     

土壤水力侵蚀对土壤质量理化指标影响的研究综述

土壤水力侵蚀对土壤理化性质的影响对控制土壤侵蚀、采取合理水土保持措施有着重要意义。该研究从土壤质量理化指标(土壤容重、土壤团聚体、土壤颗粒组成、土壤有机碳、土壤养分、阳离子交换量、土壤酸碱度)7个方面总结了土壤水力侵蚀对土壤质量影响的研究成果,系统地研究了土壤水力侵蚀影响土壤质量理化指标的过程和机理,筛选出反映土壤水力侵蚀的土壤理化基础指标因子,并分析了这些指标因子对土壤水力侵蚀的响应状况,总结了目前土壤水力侵蚀对土壤理化性质研究中存在的问题,对未来重点研究方向进行了展望,以期为深入研究水力侵蚀与土壤理化指标间的交互作用和反馈机制提供参考,为土壤质量评价研究提供基础理论依据和研究思路。     

基于Meta分析的神府榆采煤塌陷区植被变化研究

采煤塌陷是发生在井采矿区的一种严重的地质灾害。为了定量评估采煤塌陷对植被的影响,在收集有关神府榆采煤塌陷区植被研究文献的基础上,采用Meta方法对现有的20多份研究结果进行了整合分析。结果表明:植被盖度在塌陷发生初期有所下降,塌陷两年后又呈上升的趋势,并超过塌陷前水平。经塌陷干扰后,矿区主要优势种有一些变化,一般而言,地表植物种数在塌陷发生1~2 a后有一定程度的增加,且塌陷区新增的植物种多是以沙米（Agriophyllum squarrosum（Linn.）Moq.）、角蒿（Incarvillea sinensis Lam.）等为主的短命或类短命荒漠植物。塌陷区植被变化特征展示了自然恢复在植被建设中的重要作用。神府榆矿区,以至黄土高原的生态建设需要采取自然修复为主与人工修复相辅的方式整体推进。     

神府-东胜煤田采煤塌陷区塌陷强度与风沙蚀积量相关分析

以神府-东胜煤田补连塔矿风沙区为例,通过野外系统观测,以非塌陷区为对照研究了不同塌陷年限T2004年塌陷区和T2005年塌陷区塌陷强度、区域风沙蚀积量和蚀积强度变化,分析了不同塌陷强度的单体沙丘在植被盖度约为10%时,塌陷强度与区域风沙蚀积量的相关关系。结果表明：采煤塌陷后,区域风沙蚀积量受起沙风（≥5 m/s）频率、塌陷强度和地表结构等因素的影响最为明显。因此本文研究的主要目的是通过研究不同塌陷年限塌陷区和不同塌陷强度单体沙丘不同部位的风蚀积沙规律,为有效控制采煤塌陷后地表风沙运动而采取科学的措施提供依据。     

黄土沟壑区采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征

  目的  探究半干旱榆神府矿区采煤塌陷地不同土地利用类型地表土壤损害程度和机理。  方法  选择榆神府矿区黄土沟壑地貌下林地、耕地、园地和草地4种不同土地利用类型,分析地表塌陷前后土壤物理、化学和生物学性质的变化特征,通过主成分分析和排序探讨采煤塌陷对不同土地利用类型土壤性质的影响。  结果  4种土地利用类型地表塌陷1 ~ 2年内土壤性质均朝着水分、养分减小的方向发展,但不同土地利用类型塌陷地土壤损害特征具有明显差异,其中草地的土壤机械组成和养分含量、林地的速效养分特征、园地的砂粒含量各自变化较显著;土壤机械组成、有机质和水分含量是影响榆神府矿区土壤质量变化的关键因子;在矿区损害地土壤系统修复过程中,除必要的塌陷地充填外,草地还需采取人工施肥、补水和微地形改造等措施,林地还需施加氮磷肥辅以相应的微生物菌剂,园地和耕地损害较小可减小人工干预。  结论  半干旱或干旱区煤炭开采塌陷地在生态修复过程中,针对不同土地利用类型土壤损害程度与成因采取对应的恢复措施,有利于矿区生态环境高效和高质量恢复。     

基于区域特征的煤炭开采沉陷对土壤特性影响研究进展

  目的  从区域特征的角度出发,对我国采煤塌陷区土壤特性的现有研究进行分析,并尝试总结出区域间研究结果的异同点,以期为采煤塌陷地的修复与综合治理提供依据。  方法  采用CiteSpace和VOSviewer软件,自CNKI 和Web of Science核心数据库中选取1993 ~ 2021年采煤塌陷区土壤特性领域的相关文献,从关键词、研究区域等方面进行可视化分析。  结果  ① 近年来该领域发文数量总体呈增长趋势。② 研究区域的选择有明显的区域集中特征,依据其区域特性可划分为中东部平原区、西北风沙区、黄土沟壑区、西南山地丘陵区四个类型。③中东部平原矿区地势平坦,多位于高潜水位地区,土壤含水量受开采沉陷影响较大;黄土沟壑矿区地形多起伏,塌陷区地表变形严重,物理性黏粒减少,土壤容重减少;西北风沙矿区多位于干旱半干旱地区,生态环境脆弱,开采沉陷使得土壤细小颗粒流失,土壤容重显著降低;西南山地丘陵矿区主要分布在山区,雨量充沛,塌陷区土壤容重显著增加。  结论  煤炭开采沉陷对土壤特性的影响受多种因素的限制,使得土壤颗粒与结构、土壤含水量、土壤养分等特性发生变化,且在不同区域呈现出不同的变化规律。     

煤矿矿区不同采煤塌陷年限土壤物理性质对比研究

为揭示采煤塌陷对矿区土壤物理性质的影响机理,为矿区生态修复和重建提供理论依据,在选取典型样地的基础上,采用土壤测定方法,研究了不同塌陷年限不同土层土壤物理性质的变化。结果表明:随采煤塌陷年限的延长,矿区表层土壤密度逐渐增大,底层土壤密度先增大后减小;毛管孔隙度逐渐下降,非毛管孔隙度先下降后上升;表层土壤总孔隙度逐渐下降,底层土壤总孔隙度先下降后上升;土壤体积含水量和土壤贮水量先上升后下降,土壤质量含水量逐渐下降;表层土壤毛管持水量逐渐降低,底层土壤毛管持水量先下降后上升;表层土壤田间持水量逐渐降低,底层土壤田间持水量先下降后上升;土壤排水能力先下降后上升。     

The Impact of Underground Longwall Mining on Prime Agricultural Land: A Review and Research Agenda

Coal mining and agriculture have repeatedly come into conflict when they co‐occur. Although seemingly benign when compared with surface mining, underground coal extraction techniques (including longwall mining) cause subsidence of agricultural land and loss of productivity. Despite growing concerns for global food security and increasing demand for coal resources, there is little peer‐reviewed literature on the impacts of longwall mining in prime agricultural areas. In this paper, we examined the present knowledge of subsidence impacts of longwall mining on agriculture and how this may be interpreted for specific locations such as Australia. The review found that subsidence affects soil properties, hydrology and topography. The main impacts on agriculture are altered soil and groundwater hydrology, modified topography associated with increased erosion or waterlogging risk, and zones of compaction or cracking that cause soil physical and chemical changes. Agricultural productivity is also reduced through altering the types of farming practices that are suited to subsided non‐uniform landscapes, decreasing farming efficiency through increasing paddock heterogeneity and decreasing ease of workability. There is a need to consider these multiple impacts under local conditions, with particular regard to the interaction of mine subsidence‐associated disturbances with farming practices. We conclude by describing future research directions required for Australia and other countries outside of the USA—where most of the research has been conducted. Australia has unique soil and climatic conditions making extrapolation of studies from the USA on subsidence impacts and mitigation problematic. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

接种AM真菌对采煤沉陷区文冠果生长及土壤特性的影响

煤炭井工开采往往造成地表塌陷,导致了土壤养分贫瘠和水分缺乏,土壤沙化和水土流失,从而限制了当地矿区植被生长,而丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AM真菌)对植被生长有促进作用。以文冠果为宿主植物,采用野外原位监测和室内分析方法,研究了未接种和接种丛枝菌根真菌对采煤沉陷区复垦植物文冠果生长和土壤特性的影响。结果表明:与未接种AM真菌处理相比,接种AM真菌显著提高了文冠果根系菌根侵染率和土壤根外菌丝密度,7月接种AM真菌文冠果的株高、冠幅和地径提高了31.89%,23.07%,9.89%。同时,9月接种AM真菌处理的根际土壤全氮、碱解氮和有机碳含量分别比对照组增加0.29g/kg、13.0mg/kg和1.4g/kg,接种AM真菌显著提高了根际土壤的含水率、总球囊霉素和易提取球囊霉素,而速效磷和速效钾的含量显著降低。相关分析结果表明,菌根侵染率、土壤根外菌丝密度与根际土壤理化性质之间存在协同反馈效应。因此,接种AM真菌促进了采煤沉陷区复垦植被文冠果的生长和土壤的改良,这对矿区水土保持、维持生态系统稳定性和持续性具有重要意义。     

采煤塌陷对风沙区土壤性质的影响

以毛乌素沙地东南缘大柳塔矿区为典型研究区,将灰色关联度模型引入土壤性质研究体系,对近20年陕北风沙区采煤塌陷造成的土壤性质变异性进行分析.结果表明：1）沉陷区坡中部位土壤含水量明显减小（P＜0.01）;坡中和坡顶部位土壤孔隙度增大（P＜0.05）;土壤粒级变粗;沉陷区土壤有机质和速效氮质量分数与未沉陷区相比差异显著（P＜0.01）;沉陷区土壤过氧化氢酶活性明显降低且在相当长的一段时间内不可修复（P＜0.01）.2）从不同土层深度上,风沙区采煤塌陷主要对表层（0 ～ 20 cm）土壤性质影响显著,对土壤养分的影响主要表现在碳和氮元素上,特别是不利于土壤中氮元素的保持与利用,同时塌陷裂缝和风蚀、水蚀作用加剧了土壤水分流失.     

黄土覆盖区采动地表裂缝对土壤水分扰动影响的模拟试验研究

[目的]探究黄土覆盖区煤矿开采沉陷变形造成的地表裂缝对土壤水分变化的扰动效应,为采煤沉陷区土壤水分变化规律研究提供数据支撑。[方法]以典型黄土覆盖区的采煤沉陷区为模型,使用自主研制的开采沉陷地表裂缝模拟装置进行物理模拟试验,并在裂缝周围布设水分传感器,分析地表裂缝引起的土壤水分变化特征。利用Hydrus软件构建水文模型,结合物理模拟试验结果对数值计算模型进行优化。采用控制变量法,利用优化后的模型计算在不同裂缝形状、地形以及初始含水量条件下裂缝周围土壤含水量与非变形区土壤含水量差值。[结果]裂缝宽度主要影响土壤水分散失量的最大值,而裂缝深度主要影响散失量最大值出现的位置;裂缝对上坡方向和下坡方向影响规律存在差异,且坡度越大,差异越明显;土壤初始含水量越小,裂缝对土壤水分扰动程度越小;当初始含水量低于20%时,地表裂缝对土壤水分的影响范围不超过15 cm。[结论]在相同边界条件下,土壤水分模拟试验结果与物理试验数据变化规律呈现一致性,利用优化后的数值计算模型可以定量地分析黄土覆盖区土壤水分对采动地表裂缝的响应特征。     

矿区土壤丛枝菌根真菌对采陷时间序列的响应

煤炭井工开釆造成大面积的地表塌陷,破坏了原有地表植被、土壤结构和地貌,影响土壤微生物群落结构和组成。为了研究井工矿开釆沉陷区丛枝菌根真菌（AMF）多样性与开采时间序列的相关性,本文以补连塔矿区不同开采年份的采煤沉陷区作为样地,以AMF和土壤因子为研究对象,探索随着采煤沉陷时间的延续,AMF物种多样性、种群结构变化规律及其与土壤理化性质的相关性。结果显示,研究区土壤中共有AMF 5属12种,Glomus属种为优势种群,Acaulospora属种为常见种群。不同年份采陷样地中分离到的AMF种类数不同,且属种分布具有差异性。随着采陷时间的增加,AMF多样性没有呈现规律性的变化。但是,开采时间与土壤含水量、pH值、碱解氮呈极显著负相关（P < 0.01）,与速效钾呈极显著正相关（P < 0.01）;AMF孢子密度与土壤碱性磷酸酶活性显著正相关（P < 0.05）,物种丰富度与土壤含水量呈极显著负相关（P < 0.01）,AMF多样性与土壤含水量呈显著负相关（P < 0.05）,与速效钾、碱解氮呈显著正相关（P < 0.05）。因此,开采时间影响部分土壤理化性质,进而影响AMF多样性。本文结果有助于了解采煤沉陷后土壤及相关微生物的变化动态,为矿区植被恢复与土壤修复提供理论依据。