煤矿开采对榆林毛乌素沙地植被与地下水的影响

郝新忠，郜 超，张继平，石长春

(陕西省治沙研究所，陕西榆林生态定位站，陕西 榆林 719000)

煤炭资源在我国国民经济发展和社会进步中发挥着举足轻重的作用，但煤炭开采、运输等也致使煤矿区生态系统严重受损[1], 尤其对矿区植被影响比较明显[2]，还可引起地表塌陷，地表水、地下水流失，地表生态环境恶化，目前，煤矿区生态环境问题已经成为矿区乃至区域可持续发展的重大制约因素。榆神矿区位于榆林市的榆阳区和神木县，即生态环境脆弱的陕北毛乌素沙漠与黄土高原的过渡地带，生态环境比较脆弱，植被覆盖更易受外界扰动的影响[3]，特殊的地理位置和丰富的煤炭资源在我国西部大开发中发挥着重要作用，是国家西煤东运的源头，地表水资源短缺，地下水资源相对贫乏，可利用的水资源有限，属于缺水地区[4]。为了给榆林毛乌素沙地尤其是煤矿开采区环境资源和毛乌素沙区林地管理提供依据和参考，我们进行了榆林毛乌素沙区煤矿开采对植被与地下水影响调查研究。

1 研究地概况及研究方法

1.1 研究地概况

试验在陕西省榆林市毛乌素沙漠进行，该地属半干旱和亚湿润干旱气候， 大陆性气候特征十分明显， 降水少而集中， 多集中于7-9月，占全年降水量的60%～65%， 暴雨亦同时出现， 植物生长环境恶劣， 整个生态系统具有脆弱性和不稳定性， 导致了水土流失严重。 由于降雨量较小， 长期干旱， 以及大风天气， 使极不稳定的地表土壤物质脱离地表被搬运， 加上气流中土壤颗粒对地表的磨蚀作用， 形成连绵不断的沙丘， 长期风蚀导致地表有机质流失， 土地生产力降低， 形成荒漠化。

1.2 研究方法

2.2.1 样地与观测井布设 共设观测样地12个，统一为灌木林和草地，采矿区固定灌木林样地4个、草地2个；非采矿区固定灌木林样地4个、草地2个，采矿区和非采矿区样地或周围都有观测井。观测井共8个，其中采矿区灌木林样地3个、草地1个；非采矿区灌木林样地3个、草地1个，样地及观测井概况如表1、表2所示。

表1 样地概况

表2 观测井环境概况

2.2.2 观测指标及其测定方法 植物群落指标：高度、盖度、密度、生物量、年生长量、植物种类及其数量，主要种类(优势种)。

2018年5-9月，每月测定1次。测定时每个样地设5个样方，灌木林样方面积为5 m×5 m,每个灌木样方中再设置1个草本样方，面积为1 m×1 m,对样方内植物逐个观察测定并记录，内容有种类、数量、株高、盖度、冠幅、地上生物量、当年地上生长量。

土壤含水量：采用TSC-1型土壤水分测试仪人工测定、记录，在土层10 cm处，对各个样地土壤水分每年5-9月共监测5次(每月1次)，每次测5个值，取平均值，一年5次取平均值。

地下水位：用自动报警仪(末端水笔到达水面)人工测量，读取数值。每月1次，每年5-9月共监测、记录5次(每月1次)。

3 结果与分析

3.1 采矿对毛乌素沙地植被生长的影响

从表3可看出，地下开采的灌木林灌木层平均株高、盖度、密度、地上生物量分别为0.63 m、28.3%、13.1株·m-2、471 g·m-2，草本层平均株高、盖度、密度、地上生物量分别为0.11 m、19.0%、15.3株·m-2、41.5 g·m-2，分别低于地下未开采灌木林灌木层的1.04 m、31.3%、31.0株·m-2、549 g·m-2，草本层的0.24 m、22.0%、20.8株·m-2、64.0 g·m-2。地下开采的草地平均株高、盖度、密度、地上生物量分别为0.21 m、34.5%、136.5株·m-2、432.0 g·m-2，低于未开采草地的0.27、38.0%、149.0株·m-2、458.5 g·m-2。说明不管是灌木林还是草地，地下矿产开采都会使植被高度、盖度、密度、地上生物量降低，结构变差。

3.2 采矿对毛乌素沙地土壤含水量的影响

表4显示，采矿区6个样地土壤体积含水量为3.84%～10.89%、平均6.56%，低于非采矿区的4.01%～14.23%、平均7.60%，说明地下开采区土壤含水量降低了。同时，沙化草地土壤平均含水量高于灌木林地。主要原因可能是采矿导致地下水位下降，地表植被受到破坏，地面裸露面积增大，水分蒸发量加大。

表4 2018年植被典型样地土壤体积含水量

表5 2018年地下水位深度

3.3 采矿对毛乌素沙地地下水位的影响

从表5可以看出，非采矿区选取的4个典型水井单月水位和一年的平均水位都高于采矿区选取的4个水井水位和一年的平均水位。靠近矿区的水井水位，下降幅度明显高于非矿区的水井，而周边没有矿区的水井，水位下降相对缓慢，甚至有水位回升情况。表明：远离矿区的水井地下水位月际、年际变化较平缓，且有回升趋势,而矿区附近的水井月际、年际地下水位变化很大。这是由于在煤炭开采过程中，地下水体遭到破坏，引起采空区地表水体和地下水体发生渗漏，导致区域潜水甚至承压水水位下降，植被生长受到直接或间接影响。

4 结论与建议

矿区开采植被破坏严重，植被因子(植被盖度、物种高度、植物生物量、植被密度)均低于(或少于)非矿区，非矿区植物长势明显好于矿区，矿区生态环境严重恶化；矿区土壤含水量低于非矿区，非矿区地下水位相对较高；近年来，榆林平均气温与降水量均有逐渐增高趋势，年蒸发量总体有下降趋势；降水量增加对沙区植被生长能起到促进作用，随着降水量的增加，非矿区水位较往年有所回升，对植被恢复和生长有利。

榆林地处毛乌素沙地和黄土高原过渡地带，风蚀沙化和水土流失严重，气象灾害较多，几乎每年都有不同程度的干旱、霜冻、暴雨、大风、冰雹等灾害发生，尤其早春沙尘暴危害最为严重。过去为了防风治沙，都以植树造林为主，虽然取得了一定成效，但仍有不理想之处，再者林木只能阻挡沙的搬运过程，在起沙阶段的防风治沙效果不及草地，与林地相比草地一是更能有效地固定流沙和防止水土流失，二是对环境的要求相对较低。因此根据榆林沙区气候、土壤等综合因素，宜在该区实施以草为主、林草结合的治沙模式，尤其是在受到矿产开采影响的情况下。

针对目前榆林毛乌素沙区大规模的矿产资源开发及其对生态环境不同程度的干扰破坏，为减少曾经多次发生的人为滑坡、崩塌、因煤矿采空区塌陷引发的地震等，强化矿区生态重建已迫在眉睫，根据植被生长状况分区治理，在盖度20%～40%区域主要进行封育，以自然恢复为好，盖度大于40%区域进行人工种植乔木，优化林分结构。