平頂山礦區(qū)丘陵坡地土壤理化性質(zhì)及質(zhì)量評(píng)價(jià)

楚純潔, 周金風(fēng)

(1.平頂山學(xué)院 旅游與規(guī)劃學(xué)院, 平頂山 467000;2.平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 平頂山 467000; 3.南京大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 南京 210093)

煤炭是當(dāng)前中國(guó)最主要的一次性能源，占一次性能源使用量的75%左右。但長(zhǎng)期的煤炭開發(fā)活動(dòng)也產(chǎn)生了嚴(yán)峻的安全與環(huán)境問題，使開采區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，土壤結(jié)構(gòu)、地形地貌、景觀生態(tài)和生物群落等環(huán)境要素發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化[1]，土壤質(zhì)量退化就是諸多退化過(guò)程的基礎(chǔ)性表現(xiàn)和重要限制因子。中國(guó)每年因采煤塌陷的面積就達(dá)到70 km2[2]，使得采煤塌陷區(qū)分布廣泛，影響嚴(yán)重[3]，造成地表形態(tài)的改變、地下水污染、地表土壤結(jié)構(gòu)性變差，改變了原有的土壤理化性質(zhì)，引起土壤侵蝕、養(yǎng)分流失、土攘持水能力降低、土壤污染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力下降，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全及人體健康構(gòu)成直接或間接地威脅。因此，前人圍繞采煤塌陷地的土壤退化及環(huán)境問題進(jìn)行了廣泛深入的研究[1,4-7]。

平頂山礦區(qū)是中國(guó)重要的能源化工基地，主要分布于豫西石質(zhì)丘陵地帶。該地區(qū)是河南省生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一，處于中國(guó)南北氣候地理過(guò)渡帶上。特殊的地理位置使得這一地區(qū)的土壤環(huán)境長(zhǎng)期受到煤炭開采與水蝕風(fēng)蝕的深刻影響。而長(zhǎng)期的煤炭資源開采所造成的生態(tài)環(huán)境問題，不僅直接影響礦區(qū)周邊丘陵坡地土壤的健康與生態(tài)安全，而且還嚴(yán)重威脅著主導(dǎo)下風(fēng)向的平頂山市城區(qū)的環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng)功能。但是，針對(duì)這一區(qū)域土壤退化及污染問題研究仍鮮見報(bào)道，王卓理等研究了平頂山市煤礦塌陷區(qū)復(fù)墾土壤的重金屬污染問題[8]，作者曾研究過(guò)平頂山礦區(qū)丘陵坡地受采礦行為影響的丘陵坡地土壤的重金屬分布及污染特征[9]。國(guó)內(nèi)有關(guān)山地丘陵地區(qū)煤炭開采活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響研究主要集中于采煤塌陷地的土壤理化特性、土壤侵蝕等[10-13]，而很少結(jié)合礦區(qū)周邊丘陵坡地的地形變化來(lái)分析土壤理化特性及質(zhì)量變化的規(guī)律，這種同時(shí)受水蝕風(fēng)蝕及煤炭開采活動(dòng)影響的土壤特性與采煤塌陷地等其他退化類型土壤是否具有相似特點(diǎn)尚不清楚。因此，本文以平頂山礦區(qū)的平煤四礦周邊的丘陵坡地為研究對(duì)象，以地形變化為主線，以分析特殊地形條件下煤炭開采對(duì)土壤理化性質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響特點(diǎn)及規(guī)律，為退化土壤的修復(fù)及污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于豫西石質(zhì)丘陵區(qū)(33°08′—34°20′N，112°14′—113°45′E)，為北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡的大陸性季風(fēng)氣候，6—8月份盛行南風(fēng)或偏南風(fēng)，其他月份以北風(fēng)或偏北風(fēng)為主，年均氣溫14.7℃，年均降雨量759 mm。土壤具有典型的過(guò)渡性，為南方黃紅壤土向北方褐土的過(guò)渡類型，土壤粗骨性比較突出，土層淺薄，多有基巖裸露，土壤厚度多在5～45 cm[14]。

平頂山礦區(qū)主要分布于平頂山市區(qū)北部的丘陵南坡，東西長(zhǎng)約30 km，自1956年以來(lái)共建有大型礦井11對(duì)，為中國(guó)北方重要的煤炭基地。礦區(qū)周邊丘陵多屬剝蝕侵蝕地形，工礦開發(fā)以來(lái)的土壤侵蝕速率增大了近2倍，達(dá)到了3 750 t/km2。采樣區(qū)為中平能化集團(tuán)四礦所在的擂鼓臺(tái)南坡，母巖為中粗粒石英砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)頁(yè)巖。

1.2 樣品采集與處理

結(jié)合研究區(qū)地形分布，以礦區(qū)為中心，分別選取沿坡面變化(A軸)和沿礦區(qū)下風(fēng)向變化(B軸)兩條采樣軸線(圖1)。A軸為研究主軸線，依據(jù)不同海拔從坡頂至坡底按土地利用類型設(shè)置采樣單元(荒草地、人工林地、坡耕地、人工草坪)，采樣單元坡度介于0°～50°，平均坡度達(dá)到20°左右，每個(gè)樣點(diǎn)采用蛇形取樣法采集多點(diǎn)表層混合樣(0—15 cm)。B軸為研究區(qū)污染主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向(東南方向)，分別在距離礦區(qū)50，100，200，500，1 000，1 500 m處(高差相差較小)的坡下臺(tái)地(坡度介于0°～4°)按蛇形取樣法采集多點(diǎn)表層混合樣，除距離礦區(qū)50 m采樣單元為人工草坪外，其他均為坡耕地。

圖1 研究區(qū)地形及采樣點(diǎn)位

1.3 測(cè)試方法

將土樣自然風(fēng)干后研磨，全部通過(guò)2 mm土壤篩；再分取部分樣品繼續(xù)研磨，分別通過(guò)1 mm和0.149 mm土壤篩，備測(cè)。土壤理化性質(zhì)采用常規(guī)分析方法[15]：土壤顆粒組成采用比重計(jì)法，電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)法，pH值用2.5∶1水土比電位法，土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法，全氮(TN)采用半微量凱氏定氮法，全磷(TP)采用氫氧化鈉堿熔—鉬銻抗比色法，全鉀(TK)采用火焰分光光度計(jì)法，堿解氮(AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷(AP)采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—硫酸鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀(AK)采用1 mol/L乙酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定。重金屬元素主要測(cè)試Cu，Zn，Cr，Ni，Pb共5種，其中Cu，Zn依據(jù)GB/T17138—1997測(cè)定，Cr，Ni分別依據(jù)GB/T17137—1997和GB/T17139—1997測(cè)定，Pb依據(jù)GB/T17141—1997測(cè)定，所用儀器為日本島津AA—6601F原子吸收分光光度計(jì)，用氘燈作背景校正。

1.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

本文采用熵權(quán)TOPSIS法進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)方法先由熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，再基于逼近理想解的技術(shù)，確定評(píng)價(jià)對(duì)象的排序[16-17]。具體方法如下[18-19]：

(1) 構(gòu)建判斷矩陣 假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象(樣本)，每個(gè)樣本的評(píng)價(jià)指標(biāo)有m個(gè)，則所形成的初始判斷矩陣為：

A=(Aij)m×n(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)

(2) 初始判斷矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化 由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)單位及量綱可能不同，不具有可比性，為使各指標(biāo)具有可比性及可計(jì)算性，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，即標(biāo)準(zhǔn)化，方法如下：

xij=Aij/Amax(Amax為同一標(biāo)準(zhǔn)下的最大值)

(5) 構(gòu)建加權(quán)判斷矩陣R=(rij)n×m，

式中：rij=xij·wj(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)

(6) 依據(jù)加權(quán)判斷矩陣獲取評(píng)估目標(biāo)的正負(fù)理想解

式中：J+為效益型指標(biāo)；J-為成本型指標(biāo)。

(7) 計(jì)算各樣本目標(biāo)值與理想值之間的歐式距離

(8) 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，即各樣本目標(biāo)值與理想值之間的貼近度，如下式：

式中：Ci∈[0,1]，i=1，2，…，n

(9) 依照相對(duì)貼近度Ci的大小對(duì)目標(biāo)進(jìn)行排序，形成決策依據(jù)，Ci值越大，所反映的土壤質(zhì)量越健康。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，見表1。由表1可以看出，平頂山礦區(qū)丘陵坡地A軸和B軸土壤機(jī)械組成存在顯著差異。雖然兩類軸線方向的土壤均以粉粒為主，但沿坡面不同海拔處的坡地土壤(A軸)砂粒含量遠(yuǎn)比礦區(qū)下風(fēng)向不同距離處平緩耕地(B軸)高，平均含量達(dá)到了33.14%，而A軸黏粒含量則遠(yuǎn)比B軸低，平均值僅為8.43%，且變幅較大。研究區(qū)土壤普遍呈弱酸性至堿性，A軸土壤pH值和EC均略低于B軸。A軸土壤SOM，AP和AK含量顯著低于B軸，而土壤TN，AN和TK平均含量高于B軸，TP含量與B軸接近。除粉粒和pH值外，A軸土壤大部分理化性質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)明顯大于B軸。這些特征顯然與坡面土壤風(fēng)蝕、水蝕對(duì)細(xì)粒物質(zhì)、養(yǎng)分物質(zhì)的遷移流失有關(guān)。在地形條件影響下，土壤細(xì)粒物質(zhì)、可溶性物質(zhì)等沿坡面的遷移較為活躍，可通過(guò)淋濾入滲或大氣沉降遷移、淋失或累積。土壤重金屬元素含量及其沿A軸和B軸分布在文獻(xiàn)[9]中已有詳盡分析，此處不再贅述。

表1 土壤理化性狀與重金屬元素統(tǒng)計(jì)特征

2.2 不同海拔土壤理化性質(zhì)變化

土壤顆粒組成沿坡面變化(A軸)見圖2A。結(jié)果顯示，平頂山礦區(qū)丘陵坡地不同海拔處土壤中的砂粒含量均顯著高于黏粒，介于22.90%～57.16%之間，而且砂粒在礦區(qū)附近形成了最大的峰值，這顯然與采礦活動(dòng)對(duì)土壤的擾動(dòng)有關(guān)。自礦區(qū)沿A軸隨著海拔上升，砂粒含量迅速降低且穩(wěn)定在23%左右。坡面土壤黏粒含量普遍較低，介于1.84%～17.11%之間，變異系數(shù)達(dá)到了0.44(表1)。黏粒的坡面變化過(guò)程與砂粒相反，在礦區(qū)附近含量最低，礦區(qū)以下坡面黏粒含量有所增多，而礦區(qū)以上則增大顯著，且在近坡頂附近(海拔383～434 m)形成了明顯的峰值，黏粒最大含量達(dá)到了17.11%。由此可以推斷，礦區(qū)以上坡面黏粒的相對(duì)富集與長(zhǎng)期采礦活動(dòng)中所釋放的粉煤灰、粉塵的空氣傳輸有關(guān)，受地形阻滯影響，部分細(xì)粒物質(zhì)在礦區(qū)以上坡面及近坡頂附近沉降并出現(xiàn)一定程度的累積。

土壤化學(xué)性質(zhì)沿坡面變化(A軸)見圖3。結(jié)果顯示，土壤pH值在不同海拔處存在明顯的分異，海拔356 m以上土壤呈酸性，且隨海拔上升而酸性增強(qiáng)，坡頂土壤pH值僅為5.22。坡底海拔154 m處pH值也較低，略呈弱酸性，而海拔介于163～356 m之間的礦區(qū)及其周邊坡面土壤則呈堿性，pH值平均達(dá)到了7.75，且波動(dòng)較小。土壤EC值在礦區(qū)附近最大，其次為礦區(qū)以下坡面，礦區(qū)以上坡面相對(duì)較小，但與黏粒相似，也在近坡頂附近出現(xiàn)了小幅峰值。由圖3B可以看出，土壤SOM在礦區(qū)及以下坡面含量較高，在礦區(qū)附近達(dá)到了最大值(173.61 g/kg)。隨著海拔上升土壤SOM趨于減小，但在海拔394～450 m的坡上出現(xiàn)了土壤SOM的小幅富集，平均含量達(dá)到了78.14 g/kg。土壤AK沿坡面的分布與有機(jī)質(zhì)相似。土壤TP與AP含量沿坡面變化一致，與SOM也具有一定的相似性，在礦區(qū)及其坡下100 m范圍內(nèi)含量最高，礦區(qū)以上坡面隨海拔上升而迅速降低，但在近坡頂附近也出現(xiàn)了一定程度的累積。土壤TN沿坡面波動(dòng)較大，尤其在礦區(qū)以下坡面隨海拔降低呈先減小后增大再減小的波動(dòng)特點(diǎn)，在礦區(qū)以上246～356 m的坡面含量較低，而在356 m以上的坡上及近坡頂附近TN含量也較高。土壤TK與AN沿坡面變化相似，在礦區(qū)附近含量最低，在坡下及坡底較高，而在礦區(qū)以上坡面隨海拔上升而大幅增大，在近坡頂附近含量最高。

由以上分析可以看出，平頂山礦區(qū)丘陵坡地不同海拔處土壤的顆粒組成、pH值、EC及土壤肥力等指標(biāo)大多具有相似的變化特點(diǎn)，在礦區(qū)、近坡頂及坡底附近出現(xiàn)了不同程度的富集，這與土壤重金屬Pb，Zn，Cu，Cr和Ni等元素的坡面分布特點(diǎn)一致[9]。由此說(shuō)明，土壤養(yǎng)分與土壤重金屬元素具有同源性，均與長(zhǎng)期采礦活動(dòng)所釋放的大量粉煤灰、粉塵有關(guān)。同時(shí)，土壤養(yǎng)分與土壤重金屬元素也具有相似的坡面遷移特點(diǎn)，在近坡頂附近的富集主要與粉塵、粉煤灰的大氣傳播與地形阻滯、沉降有關(guān)，而在近坡底附近的富集則可能受地形侵蝕因子與粉塵大氣傳播的雙重影響。

圖2 研究區(qū)土壤顆粒組成分布

圖3 不同海拔土壤化學(xué)肥力指標(biāo)含量分布

2.3 礦區(qū)下風(fēng)向不同距離處土壤理化性質(zhì)變化

圖2B為B軸不同距離處土壤顆粒組成的變化，可以看出，礦區(qū)下風(fēng)向黏粒和砂粒呈相反的分布規(guī)律。距離礦區(qū)越近，砂粒含量越高，黏粒含量越低，隨著距離的增大，砂粒含量趨于減小，而黏粒含量趨于增大。砂粒在礦區(qū)附近含量最高，達(dá)到了50.87%，距離礦區(qū)500 m以上砂粒含量趨于穩(wěn)定，平均為24.64%；黏粒在礦區(qū)附近含量最低，距離礦區(qū)200 m以上黏粒含量趨于穩(wěn)定，平均達(dá)到了7.26%。這一特點(diǎn)反映了礦區(qū)煤炭開采活動(dòng)對(duì)下風(fēng)向土壤的人為擾動(dòng)，距離礦區(qū)越近，地表土壤受采礦活動(dòng)影響越顯著，由于石質(zhì)丘陵坡地土層淺薄，母巖多為粉砂巖、砂頁(yè)巖，且下伏煤層，極易受到風(fēng)化剝蝕、水力沖蝕等自然因素及煤炭開采活動(dòng)等人為因素影響，致使礦區(qū)附近粗顆粒物質(zhì)富集，而細(xì)粒物質(zhì)則受水流沖刷向坡下遷移或在通過(guò)氣流攜帶向高空或遠(yuǎn)距離傳播，在較高海拔的近坡頂附近及礦區(qū)下風(fēng)向一定距離處沉降、富集。B軸土壤化學(xué)性質(zhì)分布見圖4。結(jié)果顯示，土壤pH值、EC，SOM，TN，TP變化趨勢(shì)一致，均隨著與礦區(qū)距離的增大而減小，其他化學(xué)指標(biāo)的含量變化總體上也具有隨距離增大而減小的特點(diǎn)，與土壤顆粒組成相似，揭示了影響礦區(qū)土壤理化性質(zhì)變化的物質(zhì)來(lái)源及驅(qū)動(dòng)力，以粉煤灰、粉塵為主要物質(zhì)來(lái)源，在煤炭開采活動(dòng)的直接影響下，以風(fēng)力傳輸、沉降、水蝕遷移、淋濾入滲為主要遷移途徑。粉煤灰作為一種土壤添加劑在農(nóng)業(yè)、林業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，對(duì)于提高土壤養(yǎng)分有一定作用。有研究認(rèn)為，粉煤灰中的TP和AP含量均高于土壤，粉煤灰在土壤中的施用可明顯提高土壤中有效磷的含量[20]。因此，本研究中礦區(qū)下風(fēng)向不同距離處土壤的養(yǎng)分含量一般具有隨距離增大而減小的特點(diǎn)。土壤TK與速效養(yǎng)分AN，AP及AK具有相似的變化特點(diǎn)，均在距離礦區(qū)100～200 m的范圍內(nèi)含量最高，之后趨于波動(dòng)性減小。由于B軸沿線地勢(shì)相對(duì)平坦、各樣點(diǎn)之間海拔相差不大，且土地利用方式均為耕地，土壤養(yǎng)分尤其速效養(yǎng)分受農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)影響相對(duì)較大，不同地塊之間化肥的不均勻施用可能會(huì)造成各采樣區(qū)之間土壤養(yǎng)分出現(xiàn)明顯的波動(dòng)性變化。但是，土壤養(yǎng)分總體上均趨于隨著與礦區(qū)距離的增大而減小，則顯然與礦區(qū)煤炭開采活動(dòng)中粉煤灰、粉塵的傳播有關(guān)。

2.4 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)

由于礦區(qū)土壤的特殊性，其質(zhì)量評(píng)價(jià)不同于一般性土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)，重金屬污染應(yīng)是不可忽視的重要評(píng)價(jià)因子?；谝陨峡紤]，以表1中各指標(biāo)為評(píng)價(jià)因子，依據(jù)熵權(quán)TOPSIS法進(jìn)行土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖5。為綜合反映礦區(qū)丘陵坡地土壤的質(zhì)量變化及采礦活動(dòng)中重金屬污染對(duì)土壤質(zhì)量的影響，圖5中分別用實(shí)線和虛線表示考慮重金屬污染和不考慮重金屬污染兩種情況。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩種情況下礦區(qū)坡地土壤質(zhì)量基本上呈相似的變化特點(diǎn)，反映了礦區(qū)丘陵坡地土壤質(zhì)量影響因素的同源性。A軸沿礦區(qū)不同海拔處虛實(shí)兩條線所反映的土壤Ci指數(shù)平均值分別為0.30，0.33，實(shí)線Ci值略低于虛線，其中，在礦區(qū)以上坡面虛實(shí)線相非常接近，說(shuō)明重金屬污染對(duì)礦區(qū)以上坡面土壤質(zhì)量不產(chǎn)生明顯影響，而在礦區(qū)以坡面實(shí)線明顯低于虛線，這顯然與重金屬元素長(zhǎng)期的坡面遷移、積累對(duì)土壤質(zhì)量的降低有關(guān)；而對(duì)于B軸礦區(qū)下風(fēng)向不同距離處，由于重金屬污染疊加影響所導(dǎo)致的土壤質(zhì)量Ci指數(shù)相比不考慮重金屬因素時(shí)也略有減小，Ci平均值分別為0.38，0.43，表明采礦活動(dòng)中重金屬的釋放與污染在一定程度上降低了礦區(qū)下風(fēng)向相對(duì)平緩的坡耕地土壤質(zhì)量。

圖4 礦區(qū)下風(fēng)向不同距離處土壤化學(xué)肥力指標(biāo)含量分布

圖5 研究區(qū)土壤歐式貼近度分布

綜合考慮土壤理化性質(zhì)與重金屬污染因素，從A軸和B軸土壤Ci值的變化來(lái)看，A軸和B軸土壤Ci平均值分別為0.30，0.38，土壤質(zhì)量總體上不高，這主要與平頂山礦區(qū)丘陵坡地土層淺薄、質(zhì)地偏粗等自身特點(diǎn)以及長(zhǎng)期的土壤侵蝕有關(guān)，還與長(zhǎng)期采礦活動(dòng)所產(chǎn)生的重金屬污染元素積累有關(guān)。由圖5A可知，Ci值沿坡面(A軸)在不同海拔處存在顯著差異。在礦區(qū)及其坡下100 m范圍內(nèi)的坡面Ci值最大，平均達(dá)到了0.58，土壤質(zhì)量相比其他海拔處的坡面土壤明顯較好。這是因?yàn)?，礦區(qū)附近受煤炭開采活動(dòng)影響最大，直接所釋放的粉煤灰對(duì)土壤養(yǎng)分條件及提高土壤質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。礦區(qū)以下100 m范圍內(nèi)為多年種植楊樹林的臺(tái)地，地勢(shì)較平，礦區(qū)所產(chǎn)生的粉煤灰等受長(zhǎng)期的水流沖刷及風(fēng)力近距離沉降影響而在此處富集，在一定程度上改善了土壤質(zhì)量，使得該處Ci值達(dá)到了最大值(0.63)。礦區(qū)以下近坡底附近土壤Ci值也較高，平均值為0.36，主要與礦區(qū)粉煤灰、重金屬污染元素沿坡面向下遷移、積累有關(guān)。與此相反，礦區(qū)以上坡面土壤Ci值最低，平均值僅0.18，且隨海拔上升而趨于減小，土壤質(zhì)量較差，這與礦區(qū)丘陵坡地長(zhǎng)期的坡面土壤侵蝕有關(guān)。另外，在海拔394～434 m之間的近坡頂附近土壤Ci值略有增大，與土壤黏粒(圖2)、養(yǎng)分指標(biāo)(圖3)、重金屬元素[9]等在此處的小幅累積相似，這顯然與礦區(qū)所產(chǎn)生的粉煤灰、重金屬元素等通過(guò)氣流的高空傳輸、地形阻滯截留、沉降有關(guān)。

由圖5B可知，礦區(qū)下風(fēng)向(B軸)不同距離處Ci值在礦區(qū)附近100 m范圍內(nèi)最大，土壤質(zhì)量相對(duì)較好，隨著距離的增大Ci值總體趨于減小，土壤質(zhì)量變差，但在距離礦區(qū)下風(fēng)向1 000 m處Ci值波動(dòng)性增大，這種波動(dòng)變化與土壤速效養(yǎng)分相似(圖4)，說(shuō)明礦區(qū)下風(fēng)向土壤質(zhì)量的變化不僅與礦區(qū)煤炭開采活動(dòng)中粉煤灰、粉塵的傳播有關(guān)，而且可能與耕地農(nóng)業(yè)活動(dòng)有關(guān)，從虛線與實(shí)線的對(duì)比可以看出，礦區(qū)下風(fēng)向土壤質(zhì)量不高還與采礦活動(dòng)引起的重金屬污染疊加有關(guān)。雖然礦區(qū)下風(fēng)向100 m以外的采樣區(qū)均為耕地，但受石質(zhì)丘陵坡地土壤自身特性的限制，耕地土壤質(zhì)量較差。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)入戶調(diào)查，研究區(qū)耕地小麥平均產(chǎn)量為3 750～4 500 kg/hm2，僅為當(dāng)?shù)仄皆貛←湲a(chǎn)量的一半。

3 結(jié) 論

(1) 平頂山礦區(qū)丘陵坡地不同海拔土壤中的砂粒含量顯著高于黏粒，介于22.90%～57.16%之間，砂粒在礦區(qū)附近含量最高，而黏粒含量最低，礦區(qū)以上砂粒迅速減小而黏粒增多，且在近坡頂附近最高，達(dá)到了17.11%。礦區(qū)附近坡面土壤呈堿性，而礦區(qū)以上海拔高于356 m的坡面土壤則呈酸性，且隨海拔上升而酸性增強(qiáng)。土壤EC，SOM，AK，TP與AP含量在礦區(qū)附近含量最高，礦區(qū)以上坡面含量最低，但在近坡頂附近略有富集。土壤TN沿坡面波動(dòng)較大，但近坡頂附近明顯富集。土壤TK與AN在礦區(qū)附近含量最低，而在礦區(qū)以上坡面大幅增大，在近坡頂附近含量最高。

(2) 在礦區(qū)下風(fēng)向，距離礦區(qū)越近，砂粒含量越高，黏粒含量越低；隨著距離的增大，砂粒含量趨于減小，而黏粒含量趨于增大。土壤pH值、EC，SOM，TN及TP隨著與礦區(qū)距離的增大而減小，土壤TK，AN，AP及AK在距離礦區(qū)100～200 m的范圍內(nèi)含量最高，之后趨于波動(dòng)性減小。

(3) 平頂山礦區(qū)丘陵坡地土壤質(zhì)量總體上不高。不同海拔下，礦區(qū)及其坡下100 m范圍內(nèi)的坡面土壤質(zhì)量較好，近坡底附近土壤質(zhì)量一般，而礦區(qū)以上坡面則較差，但在近坡頂附近土壤質(zhì)量略有改善。礦區(qū)下風(fēng)向隨著與礦區(qū)距離的增大，土壤質(zhì)量趨于波動(dòng)性變差。

(4) 平頂山礦區(qū)丘陵坡地土壤質(zhì)量及其分布除了與土層淺薄及土壤自身特點(diǎn)有關(guān)以外，還主要與礦區(qū)長(zhǎng)期的煤炭開采活動(dòng)對(duì)周邊土壤的擾動(dòng)及其釋放的粉煤灰、粉塵、重金屬元素等的坡面徑流遷移、高空氣流傳輸、地形阻滯沉降有關(guān)，而且與耕地農(nóng)業(yè)活動(dòng)也有一定關(guān)系。

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