采煤塌陷影響下土壤含水量變化對檸條氣孔導度、蒸騰與光合作用速率的影響

劉 英,雷少剛,程林森,程 偉,卞正富

中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院, 徐州 221116

煤炭是我國重要的能源來源,在我國一次性能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比例為70%左右[1],我國95%以上的煤炭開采采取井工開采的方式,導致礦區(qū)大面積的塌陷下沉[2],對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。近年來,煤炭開采的重心逐漸向西部轉(zhuǎn)移,這使得處于干旱半干旱氣候本就脆弱的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境日趨惡化[3],其中最直觀的體現(xiàn)就是對植被的影響?，F(xiàn)代化高強度作業(yè)已經(jīng)對地表植被產(chǎn)生了極大的負面影響,植被蓋度相對于非采區(qū)要低;礦區(qū)開采中地表形成大量的地裂縫和大面積的采空塌陷區(qū),裂縫密集帶土壤水含量要明顯低于裂縫密度低的區(qū)域,并且塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分含量較對照區(qū)明顯降低[4],同時由于地表裂縫影響,導致植物根際微生物和酶活性內(nèi)在聯(lián)系發(fā)生改變[5],以及對植物根系的拉傷[6],影響植物根系對水分和養(yǎng)分的吸收,地表土壤物理化學性質(zhì)改變,礦區(qū)水土流失等進一步惡化,植被生長環(huán)境發(fā)生逆向改變,這些都在不同程度上影響了植物的生長[7- 8]。目前對于采煤塌陷對植物影響研究主要集中在植被生物量[9]、覆蓋度[10]、多樣性分析以及開采引起土體損傷對其間接影響[11],而對采煤塌陷影響下土壤含水量變化對植物氣孔導度、蒸騰與光合作用速率的影響研究較少。

隨著陸地-大氣相互作用中植被的作用逐漸被認識,關(guān)于脅迫下植物生理指標對環(huán)境因子的響應(yīng)成為研究熱點,許多學者對干旱脅迫下植物生理指標對環(huán)境因子的響應(yīng)進行了研究[12- 15]。氣孔是高等植物與大氣進行水汽交換的主要通道,是吸收空氣中CO2的入口,也是水蒸氣逸出葉片的主要出口,氣孔導度的開放程度直接影響植物的蒸騰速率與光合作用,氣孔導度在控制碳吸收與水分平衡中有關(guān)鍵作用[16],同時氣孔導度的運動狀況在一定程度上反應(yīng)了植物體內(nèi)的代謝情況,其靈敏度是植物體內(nèi)受脅迫的一個重要表征[17]。植物根系吸收的水分一部分通過葉片蒸騰作用散失,一部分參與植物的生理活動,因此,蒸騰作用對于植物維持體內(nèi)水分平衡具有重要意義[18]。光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)化為化學能合成有機質(zhì)的生物過程,而土壤含水量的變化直接影響植物葉片的光合作用,土壤水分脅迫導致植物光合速率的變化,進而影響植物的生物量和生產(chǎn)力[19]。因此,研究采煤塌陷條件下植物氣孔導度、蒸騰以及光合作用速率的變化是探究開采沉陷對植物葉片水分蒸騰散失和CO2同化速率影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié),弄清采煤塌陷區(qū)植物葉片氣孔導度、蒸騰以及光合作用速率與土壤含水量之間的相互關(guān)系是探討采煤塌陷影響下植物能量與水分交換動態(tài)的基礎(chǔ)。

神府-東勝煤田地處黃土高原,毛烏素沙漠邊緣地帶,屬于典型的半干旱、半沙漠的高原大陸性氣候。輻射強且日照時間長,水分虧缺生態(tài)環(huán)境十分脆弱。該煤田探明儲量354.22億t,是中國已探明儲量最大的煤田,為世界七大煤田之一。近年來,該礦區(qū)采煤塌陷對植被的影響引起不少學者的廣泛關(guān)注。本文通過對礦區(qū)內(nèi)采煤塌陷地進行植物調(diào)查研究,選擇礦區(qū)典型生態(tài)修復植物檸條(Caraganakorshinskii)為研究對象,根據(jù)塌陷區(qū)、非塌陷區(qū)土壤含水量的差異以及檸條葉片氣孔導度、蒸騰以及光合作用速率變化特征,對比分析檸條氣孔導度、蒸騰與光合作用速率對土壤含水量變化的響應(yīng)規(guī)律,為該地區(qū)生態(tài)治理提供植被保護的理論依據(jù),同時也為礦區(qū)進一步的生態(tài)建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

實驗場地位于內(nèi)蒙古伊金霍洛旗鎮(zhèn)的大柳塔礦區(qū),地理坐標為110°05′00″—110°20′00″E (圖1),39°27′00″—39°15′00″N,面積約376km2,多年平均氣溫7.3℃。該區(qū)地處晉、陜、蒙三省接壤處,位于毛烏素沙漠東部邊緣,氣候干燥少雨,年平均降雨量和蒸發(fā)量分別為413.5mm和2111.2mm,屬于典型的干旱、半干旱的高原大陸性氣候。由于人類的生產(chǎn)活動,礦區(qū)原始植被早已破壞殆盡,代之以人工修復物種。研究區(qū)域植被類型主要有干草原型、落葉闊葉灌木叢型和沙生類型勢,以油蒿(Artemisiaordosica)、檸條(Caraganakorshinskii)為代表的沙生植被組合,主要生長于半固定沙地、固定沙地和沙地沙丘間低地,土壤以風沙土和硬梁土為主,結(jié)構(gòu)較疏松,抗蝕性差,極易遭受風蝕。(風沙土：發(fā)育于風成沙性母質(zhì)的土壤,處干土壤發(fā)育的初始階段,成土過程微弱,通體細沙,植被易于破壞,隨起沙風而移動,其主要特征是土壤礦質(zhì)部分幾乎全由細砂顆粒組成。硬梁土與風沙土類似,主要分布在我國西北部和內(nèi)蒙古自治區(qū),主要特點是細砂粒占土壤礦質(zhì)部分總量的65%—85%,而粗砂粒、粉粒及粘粒的含量低,土壤有機質(zhì)含量極低。)

圖1 研究區(qū)域位置圖Fig.1 The locations of the study region a. 52302工作面的位置;b. 試驗地點的位置圖;c. 煤礦開采沉陷區(qū)

本文選取的52302工作面,地面位置位于大柳塔礦井田的東南區(qū)域三盤區(qū),煤層賦存條件呈現(xiàn)出淺埋深、厚煤層以及近水平等特點,地表被厚松散層覆蓋,采用長臂開采、垮落式管理頂板的開采方式,日推進速度可達12m左右,屬于典型的高強度、超大工作面開采的范疇。近年來,礦區(qū)大規(guī)模的煤炭開采對地表環(huán)境造成了明顯的影響,如：地表塌陷產(chǎn)生地裂縫群、水土流失、耕地退化、生產(chǎn)力降低等,而這些采煤活動勢必會直接或者間接的對礦區(qū)地表植物的生長造成影響。

2 材料與方法

2.1 地面沉降信息調(diào)查

根據(jù)開采沉陷水平移動與變形理論(圖2)[20],局部礦體被采出后,在巖體內(nèi)部形成一個空洞,其周圍原有應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞,引起應(yīng)力的重新分布,直至達到新的平衡。隨著采礦工作面的不斷推進,受采動影響的巖層范圍不斷擴大,當開采范圍足夠大時,巖層移動發(fā)展到地表,在地表形成一個比采空區(qū)大得多的下沉盆地。52303工作面尺寸為4484m×300m,地面高程1162.4—1255.3m,地面標高985.13—1020.99m,煤層平均厚度7m,地面水平移動系數(shù)0.26,最大裂縫寬度42cm,傾角1°—3°,表層土壤厚30m,下沉系數(shù)0.76,最大下沉值4833mm,煤炭開采速度10m/d,開采深厚比33.57。通過對走向觀測站的監(jiān)測結(jié)果來判定測點位置的地表沉陷情況,對于觀測站的監(jiān)測結(jié)果如圖2所示,測點(z01—z25)位置在3月26號之前就已經(jīng)受到開采影響而開始下沉,4月5號還未達到最大下沉值,之后處于下沉活躍期,到4月26號已經(jīng)處于相對穩(wěn)沉狀態(tài)。

圖2 開采沉陷的水平移動與變形理論與走向觀測站沉降量監(jiān)測結(jié)果Fig.2 The horizontal movement and deformation theory of mining subsidence and the subsidence result of monitoring station

2.2 樣地與植物選擇

以大柳塔礦區(qū)52302工作面為研究區(qū)(圖1);樣地選擇主要根據(jù)風沙土和硬梁土兩種土壤類型(均處于塌陷中后期),在研究區(qū)內(nèi)分別設(shè)立硬梁地塌陷區(qū)、風沙地塌陷區(qū)、硬梁地對照、風沙地對照4塊樣地,其中對照樣地與采區(qū)樣地地貌植被基本一致,海拔在1256.32—1254.52m之間,坡向為東南坡,坡度1°—3°。采區(qū)樣地位于拉伸變形區(qū)。檸條是大柳塔礦區(qū)主要的生態(tài)修復植物物種,研究其在煤炭開采條件下氣孔導度與環(huán)境因子的響應(yīng)特征具有重要意義;通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),檸條在采煤塌陷區(qū)具有明顯的數(shù)量優(yōu)勢,種群密度較其他植物大且在硬梁地和風沙區(qū)皆有分布,因此本文選取檸條作為研究對象。通過對所選植物根部土壤進行取樣,測得樣地土壤養(yǎng)分含量以及顆粒組成信息(表1)。表1中硬梁塌陷區(qū)土壤有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮的相對其他樣地明顯較高,這可能與研究區(qū)域土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性有關(guān)。此外,風沙區(qū)土壤砂粒含量明顯高于硬梁地。

表1 樣地土壤養(yǎng)分含量以及顆粒組成信息

2.3 數(shù)據(jù)采集

2015年5月中旬,根據(jù)樹冠不受遮蔽原則,分別在每個樣地內(nèi)選取長勢較一致、樹齡5—6年、株高1m左右的檸條3株,沿植株垂直方向從上(0—30cm)中(30—60cm)到下(60—90cm)對成熟葉片進行光合作用參數(shù)測定,每株檸條每個選定葉片做3個重復,結(jié)果取平均。選擇晴朗無云的天氣,利用LCI-SD便攜式光合儀(Li-Cor Inc., USA)對選定的檸條葉片測定氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(E)以及光合作用速率(A),同樣測取3個重復,結(jié)果取平均。利用ML3X土壤水分速測儀(Delta-T Inc., UK)同步測定表層0—20cm土壤體積含水量,土壤水分速測儀在測定前用烘干法標定。測定時間為上午8:00—18:00,每隔1h測定一次。利用英國PR2(Profile Probe type PR2)土壤剖面水分速測儀對植物根系土壤含水量進行連續(xù)監(jiān)測,每30分鐘監(jiān)測一次,可以分別監(jiān)測到10、20、30、40、60cm和100cm處土壤體積含水量的變化;監(jiān)測時間區(qū)間為3月16號到6月3號,即監(jiān)測點受地下開采影響前至沉陷相對穩(wěn)定后一段時間,獲得了監(jiān)測點在受到地下開采影響前后0—100cm不同深度土壤含水量的數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計;采用Origin 9.1軟件進行數(shù)據(jù)整理和制圖。

3 實驗結(jié)果

3.1 采煤塌陷影響下土壤含水量的變化特征

采煤塌陷影響下土壤含水量的變化特征通過采煤塌陷過程土壤剖面含水量的變化以及兩種土壤類型塌陷區(qū)與對照區(qū)表層0—20cm土壤含水量進行統(tǒng)計得出,統(tǒng)計結(jié)果見圖3。

圖3 采煤塌陷過程土壤含水量的變化,塌陷區(qū)與對照區(qū)土壤含水量對比Fig.3 Changes of water content in different soil layers during coal mining subsidence, Comparison of soil water content between coal subsidence area and control area

從圖3土壤剖面水分速測儀對植物根系土壤含水量進行連續(xù)監(jiān)測結(jié)果可以看出,除表層0—10cm土壤含水量低于塌陷穩(wěn)定期外,其他土壤層采煤沉陷后含水量均低于沉陷初期,在此期間,4月25日和5月9日降雨量分別為13.8mm和12.0mm,土壤含水量有小幅升高,但是從整體來看,受采煤塌陷影響土壤含水量呈降低趨勢。進一步對表層0—20cm土壤平均含水量進行統(tǒng)計圖3,得到硬梁地塌陷地、硬梁地對照區(qū)、風沙地塌陷區(qū)、風沙地塌陷區(qū)平均土壤含水量分別為：8.13%、10.05%、7.07%、8.97%,標準差分別為0.14、0.54、0.66、0.49;與對照區(qū)相比,塌陷區(qū)平均土壤含水量明顯較低,其中硬梁塌陷區(qū)土壤含水量降低了18.61%,風沙塌陷區(qū)土壤含水量降低了21.12%;從整體來看,硬梁地土壤含水量高于風沙地土壤含水量。主要在于相對于硬梁土,風沙土本身更不利于保水,加之煤炭開采引起地表塌陷,增加了土壤水分蒸發(fā)散失。

3.2 采煤塌陷影響下土壤含水量變化對檸條氣孔導度的影響

氣孔是植物葉片與外界環(huán)境進行氣體、水分交換的重要通道,在調(diào)節(jié)植物水分狀況中起關(guān)鍵作用,在受到環(huán)境脅迫的條件下,植物會適時做出各種響應(yīng)以減輕脅迫。為了探究檸條葉片氣孔導度對采煤條件下土壤含水量變化的響應(yīng)規(guī)律,本文對檸條葉片氣孔導度與土壤含水量(SWC)的相互關(guān)系進行擬合,擬合結(jié)果見圖4。由土壤體積含水量與氣孔導度的關(guān)系圖4可以看出,土壤體積含水量在 6%—13%之間,與氣孔導度呈正相關(guān)關(guān)系,隨著土壤體積含水量的增加,檸條葉片氣孔導度值升高。通過對土壤體積含水量與氣孔導度進行回歸分析得到：硬梁塌陷地、硬梁地對照區(qū)、風沙地塌陷區(qū)、風沙地塌陷區(qū)氣孔導度與土壤體積含水量的回歸方程分別為：y=0.2764x-2.0108(R2=0.3523)、y=0.0662x-0.3385(R2=0.5860)、y=0.0777x-0.4149(R2=0.3396)和y=0.0482x-0.1036(R2=0.5462)。采煤塌陷影響下,塌陷地土壤體積含水量與氣孔導度值均低于對照區(qū),原因主要與受采煤塌陷影響,在地表形成裂縫,增加了水分蒸發(fā),植物受到水分脅迫,為了減少水分散失,葉片氣孔導度關(guān)閉有關(guān)。

3.3 采煤塌陷影響下土壤含水量變化對檸條蒸騰速率的影響

土壤含水量與檸條葉片蒸騰速率的擬合關(guān)系見圖5,從圖5可以看出, 通過對土壤體積含水量與蒸騰速率進行回歸分析得到：硬梁塌陷地、硬梁地對照區(qū)、風沙地塌陷區(qū)、風沙地塌陷區(qū)氣孔導度與土壤體積含水量的回歸方程分別為：y=1.2303x-2.5450(R2=0.2584)、y=0.5092x-6.0207(R2=0.1109)、y=2.6555x-14.4123(R2=0.4185)、y=0.5054x-4.1771(R2=0.4721)。土壤含水量與蒸騰速率呈正相關(guān)關(guān)系,隨著土壤含水量的增加,檸條葉片蒸騰速率升高。采煤塌陷影響下,塌陷區(qū)檸條葉片蒸騰速率明顯低于對照區(qū),且對風沙區(qū)蒸騰速率的影響更大,風沙塌陷區(qū)檸條葉片蒸騰最低只有1.11mmol m-2s-1,而硬梁塌陷區(qū)檸條葉片蒸騰速率降低幅度相對較小。塌陷區(qū)檸條葉片蒸騰速率降低主要與土壤水分供應(yīng)不足,植物為了減少水分散失,氣孔導度降低,從而導致葉片蒸騰速率降低有關(guān)。

圖4 土壤含水量變化與檸條氣孔導度的關(guān)系擬合 Fig.4 Relationship between the changes of soil water content and Caragana korshinskii stomatal conductance

圖5 土壤含水量變化與檸條蒸騰速率的關(guān)系擬合 Fig.5 Relationship between the changes of soil water content and Caragana korshinskii transpiration rate

3.4 采煤塌陷影響下土壤含水量變化對檸條光合作用速率的影響

圖6 土壤含水量變化與檸條光合作用速率的關(guān)系擬合 Fig.6 Relationship between the changes of soil water content and Caragana korshinskii photosynthesis rate

土壤含水量與檸條葉片光合作用速率的擬合關(guān)系見圖6,從圖6可以看出, 通過對土壤體積含水量與光合作用速率進行回歸分析得到：硬梁塌陷地、硬梁地對照區(qū)、風沙地塌陷區(qū)、風沙地塌陷區(qū)氣孔導度與土壤體積含水量的回歸方程分別為：y=4.7096x-20.6218(R2=0.2300)、y=4.9231x-25.2264(R2=0.4866)、y=6.1879x-34.7533(R2=0.3999)、y=2.2034x-1.9155(R2=0.2152)。從整體來看,光合作用速率與土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系,光合作用速率隨著土壤含水量的增加而增加。采煤塌陷影響下,檸條葉片光合作用速率明顯低于對照區(qū),且風沙區(qū)檸條光合作用速率受到的影響更大,光合作用速率最低只有1.12μmol m-2s-1,硬梁塌陷區(qū)檸條葉片光合作用速率降低幅度相對較小。說明土壤含水量降低導致了檸條葉片光合作用速率的降低,而風沙區(qū)土壤含水量更低,檸條光合作用速率也就更低。

4 討論

根據(jù)實驗結(jié)果,土壤水分狀況對檸條葉片氣孔導度、蒸騰速率以及光合作用速率產(chǎn)生直接影響。特別是對于黃土高原半干旱區(qū),土壤水分無疑是植物生長最重要的限制因素[21],井工開采礦區(qū),地底煤炭開采一方面引起地表塌陷,在地表形成大量裂縫,增加了土壤水分的蒸發(fā)面,加速了土壤水的散失[22],同時采煤塌陷破壞了土體結(jié)構(gòu),不利于土壤水分保持,地表水流失進一步加重;另一方面,由于地下部分被抽空,潛水位埋深降低,影響地下水對地表水的補給[23],此外,根據(jù)王力等利用穩(wěn)定同位素分餾原理,對神東礦區(qū)植物水分來源進行研究,結(jié)果表明該區(qū)域植物水分的主要來源是地下水和土壤水,而基本沒有直接利用湖水、水庫水以及夏季降水[24- 25]。本文采煤塌陷區(qū)土壤含水量明顯低于對照區(qū),這與鄒慧對采煤塌陷條件下土壤水分變化規(guī)律研究的結(jié)果一致。

氣孔在植物水氣和CO2交換途徑中占據(jù)中心位置,是調(diào)控“土壤-植物-大氣”連續(xù)體之間物質(zhì)和能量交換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[26],探究氣孔導度對煤炭開采引起植物生長的環(huán)境因子的變化的響應(yīng)對于闡明煤炭開采對礦區(qū)植物光合作用及蒸騰作用的影響具有重要意義。關(guān)于氣孔導度與環(huán)境因子的關(guān)系,已有許多學者對不同植物不同環(huán)境條件進行了研究,但是目前還沒有得到一致的結(jié)論[27],特別是對于采煤塌陷地區(qū)。根據(jù)本文研究結(jié)果,采煤塌陷影響下,使得半干旱礦區(qū)土壤含水量降低,加劇了土壤水分脅迫情況,檸條葉片水分無法滿足高溫下蒸騰的需求,只能降低氣孔導度以保證植株體內(nèi)必要的水分條件,從而導致了塌陷區(qū)檸條葉片氣孔導度值的降低。因此可以認為半干旱區(qū)采煤塌陷影響下土壤含水量降低,為了保持植物體內(nèi)的水分充足,植物會關(guān)閉氣孔以維持植物正常的生理活動,這與前人的研究結(jié)果一致[28- 29]。

植物根系吸收的水分一部分通過葉片蒸騰作用散失,一部分參與植物的生理活動,蒸騰作用對于植物維持體內(nèi)水分平衡具有重要意義,而土壤水分含量是植物蒸騰速率重要影響因子之一。通常土壤水分供應(yīng)充足的情況下,影響植物蒸騰速率的主要因子是光照強度。半干旱區(qū)地區(qū),光照條件一致的情況下,土壤含水量明顯供應(yīng)不足,采煤沉陷加劇了塌陷區(qū)土壤水分脅迫,植物為了減少蒸騰導致的水分散失,增加氣孔阻力,從而氣孔導度降低,植物蒸騰速率顯著降低[30],提高水分利用效率,這是檸條葉片蒸騰速率降低的主要原因。此外,低的蒸騰速率意味著檸條耗水量較小,耐旱性強,可以最大限度的利用有限的水資源來維持生長,這也是檸條被選為神東礦區(qū)主要生態(tài)修復物種的主要原因。

植物葉片光合作用是植物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物中化學能的過程,研究植物葉片的光合作用是分析環(huán)境因子影響植物生長代謝的重要手段。通常情況下,光合作用速率降低有兩方面原因：(1)氣孔導度的降低,阻礙了光合作用CO2的供應(yīng);(2)植物葉肉細胞光能力降低,CO2利用能力降低,表現(xiàn)為胞間CO2濃度升高[31]。為此,本文對4塊樣地氣孔限制值以及為胞間CO2濃度進行對比分析(圖7)。由圖7可以看出,兩種土壤類型塌陷區(qū)胞間CO2濃度均低于對照區(qū),風沙和硬梁塌陷區(qū)胞間CO2濃度分別為205.73 vpm和202.06 vpm,風沙和硬梁對照區(qū)胞間CO2濃度分別為228.40 vpm和247.89 vpm,說明塌陷區(qū)檸條葉肉細胞中CO2濃度降低,葉肉細胞光能力并沒有降低;兩種土壤類型塌陷區(qū)氣孔限制值均高于對照區(qū),風沙和硬梁塌陷區(qū)檸條葉片氣孔限制值分別為0.476和0.488,風沙和硬梁對照區(qū)胞間CO2濃度分別為0.426和0.380,說明受采煤塌陷影響,土壤含水量降低,檸條受到干旱脅迫,為了維持體內(nèi)水分平衡,減少水分散失,氣孔限制值升高,阻礙了光合作用CO2的供應(yīng),從而導致檸條葉片光合作用速率的降低。

圖7 采煤塌陷影響下檸條葉片胞間CO2濃度與氣孔限制值的變化Fig.7 Changes of intercellular CO2 concentration and stomatal limitation in Caragana korshinskii leaves under the influence of coal mining subsidence

采煤沉陷引起地表土壤環(huán)境的變化,植物為了應(yīng)對土壤環(huán)境因子的變化調(diào)整氣孔導度、蒸騰以及光合作用速率以改變?nèi)~片的代謝活動,這必定是一個交互影響過程,它們共同影響植物物質(zhì)和能量的積累[32],進而影響礦區(qū)植物的生長。煤炭井工開采對土壤環(huán)境的影響十分復雜,土壤含水量降低是采煤塌陷影響結(jié)果之一,本文僅從采煤沉陷對土壤含水量影響的角度對檸條氣孔導度、蒸騰與光合作用速率與土壤含水量變化的響應(yīng)進行分析,對于采煤沉陷導致的土壤其他環(huán)境因子的變化對植物氣孔導度、蒸騰與光合作用速率的影響還有待進一步研究。

5 結(jié)論

(1)通過采煤沉陷過程植物根系土壤剖面水分速測儀連續(xù)監(jiān)測結(jié)果得到：采煤沉陷影響下土壤含水量均低于沉陷初期;通過表層0—20cm土壤含水量統(tǒng)計分析得到：相對于對照區(qū),硬梁塌陷區(qū)土壤含水量降低了18.61%,風沙塌陷區(qū)土壤含水量降低了21.12%。土壤含水量的降低原因：煤炭井工開采在地表形成大量裂縫,增加了土壤水分的蒸發(fā)面,加速了土壤水的散失;采煤塌陷破壞了土體結(jié)構(gòu),不利于土壤水分保持,地表水流失進一步加重;地下部分被抽空,潛水位埋深降低,影響地下水對地表水的補給。

(2)通過對土壤含水量與檸條葉片氣孔導度、蒸騰和光合作用速率進行回歸分析得到：檸條葉片氣孔導度、蒸騰和光合作用速率均與土壤含水量呈正相關(guān)關(guān)系。采煤塌陷影響下,半干旱礦區(qū)土壤含水量降低,氣孔阻力升高,氣孔導度值降低,蒸騰速率降低,光合作用速率降低。原因在于：煤炭開采沉陷增加了地表水分散失,加劇了土壤水分脅迫程度,為了減少蒸騰導致的水分散失,檸條葉片氣孔阻力增加,從而氣孔導度降低,阻礙了光合作用CO2的供應(yīng),從而導致檸條葉片光合作用速率的降低,蒸騰速率也顯著降低。

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