自燃煤矸石山季節水分特征研究.doc

自燃煤矸石山季节水分特征研究 摘要：采用DIVINER2000含水量测定仪定位测定了自燃煤矸石山深度为0～100 cm的黄土矸石复合层、黄土层和裸露矸石层水分体积含水率的季节变化和垂直变化。根据水分含量变化规律，将自燃煤矸石山的水分季节变化分为4个时段：土壤水分消耗期(3—6月)、土壤水分积累期(7—8月)、土壤水分消退期(9—11月)和土壤水分稳定期(12—2月)。研究结果可为自燃煤矸石山的生态构建提供重要理论依据，为以水分动态平衡为基础的植被恢复和建设提供数据支持。 关键词：自燃煤矸石山；DIVINER2000含水量测定仪；土壤水分；季节变化；垂直变化；植被恢复 煤矸石是煤炭生产和加工中产生的主要固体废弃物。煤矸石产量约占煤炭开采量的10%～25%，每年新增矸石约4亿t，综合利用约为6000万t，其余大部分就近混杂堆积形成煤矸石山。煤矸石的大量积存及自燃会导致多种环境和社会问题，如污染环境、占压土地、破坏景观、引发地质灾害，降低土地生产力等。因此，煤矸石山的植被恢复与重建，关系到矿区及矿业城市的环境和可持续发展。 土壤水分状况是植被生存和稳定最敏感的限制因子，也是制约植被恢复与生态环境重建的决定性因子[1]。同样，煤矸石山土壤水分的有效供应成为其生态构建的关键因子。土壤水分有时空变化规律，不同生态系统的变化规律不同：一方面土壤水分随季节变化而变化；另一方面土壤水分随土壤深度和水平位置的变化发生相应变化。以前对水分动态变化的研究主要集中在森林、草原和农田等生态系统[1]，而对于自燃煤矸石山这样特殊的立地国内外研究近乎空白。只有段永红等[2-3]学者曾在1999年和2001年做过煤矸石山土壤水分研究，但也仅限于30 cm以内的浅层风化物的水分特征。且在以前的研究中，水分含量的测定大都采用烘干称重法[3]，工作量大，且不能严格保持定位。 笔者采用澳大利亚生产的DIVINER2000土壤水分测定仪定位观测山西省阳泉煤业集团三矿280自燃煤矸石山深度为100 cm的黄土矸石复合层、黄土层和煤矸石层的水分含量季节变化和垂直变化。以期掌握煤矸石山风化物的水分动态特征，为以水分动态平衡为基础的自燃煤矸石山植被恢复和建设技术提供依据。 1 研究内容与方法 1.1 试验地概况 研究区位于山西省阳泉市三矿280煤矸石山，属暖温带大陆性季风气候，年均气温11.3℃，年均降水量576 mm，主要集中在汛期，尤其是7，8月份，全年实际日照时数为2696.3～2886.3 h。 研究区内排矸结束已20余年，整平并覆盖黄土，地形复杂多样，风化层厚度不一。多为炭质页岩，少数为煤质泥岩和砂岩，主要以砾石和块石为主，总孔隙度为25.29%～32.21%，非毛管孔隙度为24.14%～30.81%，土壤持水能力17.6～21.0 t/hm2，煤矸石风化物的初渗速率、稳渗速率分别为0.06369，0.01194 mm/min。山体自燃并未结束，平均地温61℃，最高可达192℃。主要种植树种有紫穗槐(Amorpha fruticosa)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、荆条(Vitex negundovar．hetemphylla)等，草种以禾本科和豆科牧草的高羊茅(Festuca amndinacea)和紫花苜蓿(Alfalfa)为主。 1.2 测定内容与方法 1.2.1 煤矸石山降水量测定 在280煤矸石山顶设立1个简易雨量筒收集降水量，所得数据与阳泉气象站的数据相对照。 1.2.2 煤矸石山水分测定 1)定位观测点布设 根据280煤矸石山地形、坡度、土壤、植被等基础资料的调查结果，选择6个具有代表性的定位观测点，分别位于阴坡上部、阳坡下部、半阴坡中部、半阳坡上部、山顶平台处和裸露煤矸石处。其中，裸露矸石山观测点无黄土覆盖，山顶平台观测点0～100 cm：全为黄土覆盖，其余4个观测点约0～50 cm为黄土层，约50～100 cm为煤矸石层。 2)土壤水分测定仪器 采用澳大利亚生产的DIVINER2000便携式土壤水分测定仪作为研究区土壤水分测定的主要仪器。DIVINER2000是1个便携式的土壤剖面水分测定系统，同时可以采集99个点的土壤水分值，读取读数仅需几秒钟，具有即时、快速、准确的特点。 3)观测记录 测量总深度为100 cm，每隔10 cm测定1组数据，每个定位监测点每次测量重复5次。观测时间为2006年5月—2007年6月。其中，2006年5—7月每隔5 d测定1次，并每隔20 d作1次全天候的日变化测