采煤塌陷裂縫對(duì)沙蒿吸水來源影響試驗(yàn)研究

尚京萱，陳 實(shí),2，劉騫文，郭旭鋒，郭俊廷，李 敏

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；3.煤炭開采水資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102209；4.北京低碳清潔能源研究院，北京 102209)

煤炭開采帶來的采煤塌陷是非常直觀的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重影響[1]，如土壤理化性質(zhì)改變、土壤結(jié)構(gòu)破壞[2]和植被生長(zhǎng)受阻[3-6]。大面積的地面沉陷和地裂縫，對(duì)當(dāng)?shù)刂脖辉斐蓢?yán)重威脅，減弱了水土保持功能，導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)破壞進(jìn)入惡性循環(huán)。采煤塌陷造成的裂縫，一方面破壞了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤水的滲透[2]，造成礦區(qū)地下水位下降，另一方面也破壞了植物根系的原有網(wǎng)絡(luò)[7]，對(duì)植物根系產(chǎn)生拉傷，影響植物水分吸收[8]，造成植被生長(zhǎng)發(fā)育受阻，多樣性顯著降低[9]，進(jìn)而影響礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

為此，多名專家學(xué)者在礦區(qū)植被的生長(zhǎng)及生態(tài)修復(fù)、評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了大量研究，苗春光等[10]研究了微生物對(duì)沙棘根系生長(zhǎng)的影響；張雁等[11]研究了不同氣象要素和地下水埋深與植被生長(zhǎng)的關(guān)系；李琪[12]研究了不同地下水埋深下典型植物的生長(zhǎng)情況和吸水規(guī)律；李欣穎等[13]研究了不同的土壤因子對(duì)草本植物多樣性的影響程度；李斐等[14]研究了不同光合類型的禾草對(duì)于干旱條件的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制。趙明等[15]引入冠級(jí)和齡級(jí)概念，研究了沙蒿根系生物量和分布特征；劉嘉偉[16]、王博[17]等對(duì)于承受外力破壞的植物根系進(jìn)行了生長(zhǎng)特性和自修復(fù)能力的研究；王成龍[18]構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，分析不同植物根系損傷后自修復(fù)的固土能力，對(duì)采煤塌陷區(qū)植被建設(shè)有重要的實(shí)踐意義。

在研究植物-土壤的水分運(yùn)移過程中，使用氫氧同位素、示蹤劑[19]并建立模型[20]是極好的研究手段；特別是穩(wěn)定同位素技術(shù)(δ18O 和δ2H)在研究植物根系吸水來源上起著至關(guān)重要的作用。由于水分運(yùn)移過程中氫氧同位素不分餾的特性，通過比較從植物木質(zhì)部和土壤水中提取的氫和氧同位素，可以確定植物吸水的具體來源[21-26]，從而研究不同條件下植物的水分利用機(jī)制[27]。

筆者選定中國四大沙地之一的毛烏素沙地為研究區(qū)。隨著該地區(qū)煤炭資源不斷開采，脆弱的生態(tài)環(huán)境使植被面臨死亡風(fēng)險(xiǎn)。在這些植被中，沙蒿占毛烏素沙地植被總量的30%[28]。筆者通過使用δ2H 同位素標(biāo)記水進(jìn)行模擬降水，研究陜西活雞兔井田未開采區(qū)、受采煤塌陷影響但無明顯裂縫區(qū)(無明顯裂縫區(qū))以及裂縫區(qū)的土壤水補(bǔ)給機(jī)制，并分析了3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)不同土層深度對(duì)沙蒿根系吸水的貢獻(xiàn)，以期對(duì)采煤塌陷地區(qū)的防護(hù)治理和礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的人工修復(fù)提供借鑒。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省神木市大柳塔礦區(qū)的活雞兔井田22312 工作面中部，處于毛烏素沙地東南部。大柳塔礦區(qū)屬于半干旱干旱區(qū)的過渡地帶，是典型的大陸性氣候，平均氣溫6.0～8.5℃。該地區(qū)降水量較少，蒸發(fā)量極大。降水主要集中在7～9 月，年降水量為250～440 mm，自東南部向西北部遞減，年平均潛在蒸發(fā)量1 800～2 500 mm，無霜期約156 d。大柳塔礦區(qū)地表植被稀疏，荒漠化嚴(yán)重，大部分是沙丘土地，風(fēng)沙活動(dòng)十分強(qiáng)烈，最大風(fēng)速在20 m/s 以上，土壤疏松，抗風(fēng)蝕能力差，易遭受水蝕和風(fēng)蝕。

大柳塔礦區(qū)活雞兔井田22312 工作面位于井田西南側(cè)。工作面所在區(qū)域?qū)偕成w黃土丘陵地貌，地表為流動(dòng)沙及半固定沙所覆蓋。工作面中部及東南部地貌類型屬于波狀高平原臺(tái)地，地形平緩開闊，以風(fēng)沙地貌為主；西北部為黃土丘陵溝壑區(qū)，形成梁峁、溝壑和黃土塬3 種地貌，工作面北部溝谷縱橫，地形破碎，植被稀疏，地面坡度大，坡面水蝕、溝蝕發(fā)育。區(qū)內(nèi)土壤以風(fēng)沙土為主，結(jié)構(gòu)疏松，抗蝕性差，極易遭受風(fēng)蝕。研究區(qū)工作面內(nèi)有一拆遷村落，村落內(nèi)至今留有一口灌溉用水井，井中靜止水位埋深約20 m。該區(qū)域典型植被主要以芒草群系為代表，主要是天然沙蒿。

工作面采用放頂煤工藝開采，按平均煤厚6 m 考慮，正常回采期間工作面采高設(shè)計(jì)3.5～3.9 m，放煤高度2.4 m，整體工作面采高6 m，礦方實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶高度直接到達(dá)地表。試驗(yàn)開始前對(duì)選定區(qū)域的采煤塌陷裂縫進(jìn)行了測(cè)量[29]，結(jié)果顯示：研究區(qū)內(nèi)采煤塌陷裂縫寬度為1～74 cm，平均寬度15 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過劃分樣區(qū)和噴灑同位素標(biāo)記后的重水δ2H 模擬降水來進(jìn)行田間試驗(yàn)。采集試驗(yàn)前后土壤樣本和植物樣本(沙蒿)，測(cè)定樣本中水的氫氧同位素含量，進(jìn)行植物吸水來源的研究。此次試驗(yàn)區(qū)設(shè)定在22312 工作面，根據(jù)沙蒿與裂縫的距離不同共劃分3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)再根據(jù)沙蒿植株細(xì)分為2 個(gè)小試驗(yàn)地，最終設(shè)置面積為2 m×2 m 的6 個(gè)試驗(yàn)地(圖1)，具體劃分情況如下：沙蒿距離裂縫大于50 m，劃分為未開采區(qū)；沙蒿距離裂縫大于5 m，劃分為受采煤塌陷影響但無明顯裂縫區(qū)(簡(jiǎn)稱無明顯裂縫區(qū))；分布有寬度15 cm 左右的裂縫通過，且距離沙蒿0～20 cm，劃分為裂縫區(qū)。3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)各有2 株生長(zhǎng)狀況良好且灌木大小相似的沙蒿。本區(qū)沙蒿根冠比約為0.46[30-31]，根系深度主要集中在0～30 cm。具體植被數(shù)據(jù)見表1。

圖1 試驗(yàn)樣地位置Fig.1 Position of the test plots

表1 試驗(yàn)樣地內(nèi)沙蒿植被參數(shù)Table 1 Vegetation parameters of Artemisia Desertorum in the sample area cm

野外試驗(yàn)采用模擬降水的方法。取購置的δ2H 濃度為99.6%的重水20 mL，與140 L 當(dāng)?shù)氐叵滤浞只旌希@相當(dāng)于一次約為35 mm 的降水?；旌虾螃?H同位素的計(jì)算值應(yīng)為800‰。

2020 年10 月27 日，使用噴壺將標(biāo)記后的混合水均勻噴灑至6 個(gè)試驗(yàn)地。模擬降水時(shí)間持續(xù)1 h，保證噴霧均勻，無徑流產(chǎn)生。選擇在秋天進(jìn)行試驗(yàn)，以避免偶然產(chǎn)生的降水對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響；5 d 后即11 月1 日待沙蒿充分吸水后再進(jìn)行采樣[23]。試驗(yàn)期間采樣區(qū)平均氣溫15℃，且未發(fā)生自然降水(圖2)。

圖2 試驗(yàn)區(qū)噴灑水樣Fig.2 Spraying water samples in the test area

在降水前后，分別使用土鉆法分別對(duì)6 個(gè)試驗(yàn)地進(jìn)行土壤樣品的采集，測(cè)量土壤的初始含水量、氫氧同位素含量以及土壤質(zhì)地成分。采集試驗(yàn)地6 株沙蒿相對(duì)完整的枝干分支，進(jìn)行沙蒿木質(zhì)部氫氧同位素含量的測(cè)量。

1.3 樣品采集和分析

在6 個(gè)試驗(yàn)地分別鉆取2 個(gè)1 m 深的土壤剖面，分為6 層采集土壤樣本，具體的土壤剖面分層為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm。將一部分土壤樣品放入塑料瓶中，然后用Parafilm 薄膜密封瓶口，將其存儲(chǔ)在-18℃的冰箱中用于土壤水分提取和水同位素含量測(cè)定。另一部分放在鋁箱中測(cè)量土壤含水量。將剩余土壤樣品放入自密封袋中進(jìn)行土壤質(zhì)地成分測(cè)量。

采集6 株沙蒿相對(duì)完整的枝干分支，并選取土壤與大氣交界處的枝條，立即清除枝條表層的土壤雜質(zhì)，放入20 mL 的采樣瓶中，用Parafilm 薄膜密封瓶口。同樣將其存儲(chǔ)在-18℃的冰箱中用于測(cè)量植物木質(zhì)部的氫氧同位素含量。

具體的氫氧同位素含量測(cè)定分為2 個(gè)過程，第一步是土壤和植物樣本中水的提取，采用基于低溫真空蒸餾法的Li-2000 提取系統(tǒng)進(jìn)行。提水效率控制在100%±2%。第二步是測(cè)量提取水分的氫氧同位素含量，對(duì)于土壤和植物樣本分別采用不同的儀器。土壤樣品采用液態(tài)水同位素分析儀(LGR，LWA-45EP，USA)測(cè)定穩(wěn)定同位素。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，降水前后取得的未標(biāo)記土壤水和標(biāo)記后的土壤水按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。δ2H 和δ18O 的同位素測(cè)量精度分別為1.0%和0.2%。考慮到植物樣本提取水樣存在有機(jī)物的污染，對(duì)植物樣品采用Isoprime 100 同位素比值質(zhì)譜儀(IRMS，Isoprime Ltd，USA)測(cè)定穩(wěn)定同位素，δ2H 和δ18O 的測(cè)量精度分別為2.0%和0.3%。LGR和IRMS 對(duì)純水的測(cè)定結(jié)果無顯著差異。

1.4 數(shù)據(jù)處理

由于研究區(qū)地下水埋深遠(yuǎn)大于沙蒿最大根系深度，包氣帶水被認(rèn)為是沙蒿吸水的唯一來源。為確定不同土層對(duì)根系吸水的相對(duì)貢獻(xiàn)，使用R 腳本的MixSIAR 貝葉斯混合模型[32-33]來估計(jì)每個(gè)土層貢獻(xiàn)的后驗(yàn)分布。在土壤剖面一致的情況下，自然穩(wěn)定同位素不能分析植物根系吸水來源，而經(jīng)過氫氧同位素標(biāo)記的土壤水可以擴(kuò)大土壤剖面中穩(wěn)定同位素的差異，在植物根系產(chǎn)生明顯的同位素信號(hào)，之后通過貝葉斯混合模型更好地劃分根系吸水的比例?；谪惾~斯統(tǒng)計(jì)原理的混合模型充分考慮了植物根系水分和土壤水同位素值的潛在不確定性以及土壤水過參數(shù)化導(dǎo)致的不確定性，其中MixSIAR 模型不僅融合了MixSIR[34]和SIAR[35]模型的優(yōu)勢(shì)，又增加了土壤水的多元同位素原始數(shù)據(jù)源輸入形式、分類變量等模塊，顯著提升了植物水分來源及其貢獻(xiàn)比例定量計(jì)算的準(zhǔn)確性。土壤水分和同位素的變化受上界降水和蒸發(fā)的影響，且影響強(qiáng)度一般隨土層深度的增加而減小。在此背景下，根據(jù)土壤含水量和標(biāo)記的同位素值(δ2H)變化，將根區(qū)土壤劃分為0～10、10～20、20～40 和40～60 cm 共4 個(gè)層次。

基于降水是黃土區(qū)地下水補(bǔ)給的唯一來源，學(xué)者們形成了以優(yōu)先流和活塞流為主的2 種補(bǔ)給觀點(diǎn)。優(yōu)先流指在一定邊界條件下土壤中的水分和溶質(zhì)繞過土壤基質(zhì)區(qū)或土壤大部分區(qū)域，優(yōu)先通過導(dǎo)水能力較強(qiáng)的滲透路徑快速運(yùn)移到土壤深層或地下水層的現(xiàn)象，表現(xiàn)為非均勻運(yùn)動(dòng)形式，也稱為優(yōu)勢(shì)流或非平衡流。反之，活塞流補(bǔ)給往往是降水進(jìn)入地表后經(jīng)歷蒸騰、蒸發(fā)作用后緩慢呈層狀入滲，主要補(bǔ)給淺層土壤。不同的土壤水補(bǔ)給方式往往對(duì)植物根系的吸水來源產(chǎn)生影響。優(yōu)先流的貢獻(xiàn)率可以使用以下公式計(jì)算：

式中：P為優(yōu)先流量占總投入水量的比例，%；θl、θP分別為灑后、灑前的土壤含水量，%；L為土壤深度，m；I為單位面積總投入水量，m；z為土壤深度，m。

使用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性水平為0.05。使用OriginPro 2021 軟件進(jìn)行相關(guān)圖表的繪制。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤水分補(bǔ)給比例

對(duì)試驗(yàn)區(qū)土壤樣本的粒徑成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示試驗(yàn)區(qū)的土壤成分主要為沙粒，且在6 個(gè)土層剖面上隨深度的變化相對(duì)均勻(圖3)。土壤顆粒類型以沙粒為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%，黏土和粉土顆粒分別為3.2%和4.9%。此類土壤含沙量高，顆粒粗大，存在大量粒間孔隙，因此，土壤透氣性良好。

圖3 土壤剖面的粒徑分布Fig.3 Particle size distribution of soil profiles

3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)降水前后土壤含水量如圖4 所示。從圖4a 可以看出，3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)初始土壤含水量差異很小，平均初始含水量分別為3.3%、3.4%和3.3%，且土層剖面的初始土壤含水量隨土層深度波動(dòng)不大，在土層頂部為2.5%，20～60 cm 處增加到4%，80 cm 以下下降到2.5%。圖4b 可知，在進(jìn)行模擬降水試驗(yàn)后，3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)80 cm 以上土層的土壤含水量都有明顯增加。其中，裂縫區(qū)的土壤含水量在各個(gè)土層都是最低的，通過式(1)計(jì)算可知，裂縫區(qū)存在優(yōu)先流，優(yōu)先流比例為18.2%。但在100 cm 深的土壤處，裂縫區(qū)的土壤含水量明顯是最高的。對(duì)于未開采區(qū)和無明顯裂縫區(qū)，未開采區(qū)表層土壤(0～20 cm)的土壤含水量最高，無明顯裂縫區(qū)在其他土層(40～80 cm)的含水量是3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)最高的，這2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)的土壤水分貯存量分別增加了18.5 mm 和19.8 mm，且只有活塞流存在。

圖4 模擬降水前后的土壤含水量Fig.4 Soil water content before and after simulated precipitation

2.2 土壤水貢獻(xiàn)比例

基于同位素標(biāo)記的土壤水在注入示蹤劑后，其穩(wěn)定同位素(δ2H)具有明顯的信號(hào)，并有能力更好地區(qū)分根系吸收的水[24-26]。試驗(yàn)測(cè)量得出，無明顯裂縫區(qū)植物木質(zhì)部的標(biāo)記水δ2H 同位素含量最高(261‰±115‰)，其次是未開采區(qū)(203‰±96‰)，裂縫區(qū)(79‰±33‰)(圖5)。在植被吸水來源的研究中，植物根系分布的深度與水分獲取的土壤深度呈正相關(guān)關(guān)系，在10—11 月份，植物自身的生命力減弱，逐步進(jìn)入休眠狀態(tài)，根系獲取淺層土壤水消耗的能量更低，更容易在淺層土壤中獲取到足夠的水分[25]。同時(shí)圖5 中不同樣區(qū)沙蒿木質(zhì)部水與土壤水的氫同位素含量分別相交于30、42 和25 cm 土壤深度，根系總是向著水分充足和最容易吸水的區(qū)域生長(zhǎng)[31]。由于沙蒿的最大根系深度在60 cm 的土壤層之上，在滿足植物生長(zhǎng)所需的水分條件下，可以推斷60 cm 土壤深度以上的土壤水是植物生長(zhǎng)的主要來源。

圖5 3 種試驗(yàn)樣地不同深度的土壤水和沙蒿木質(zhì)部水同位素含量Fig.5 Isotope content in soil water at different depth and xylem water of Artemisia Desertorum in 3 test areas

通過MixSIAR 模型可以定量測(cè)量植物根系在不同深度土層的吸水比例，具體結(jié)果如圖6 所示。可以看出，3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)的植物吸水來源具有很大的差異。在未開采區(qū)，沙蒿吸收的59.7%水分來自10～20 cm的土層。在無明顯裂縫區(qū)，沙蒿主要從40～60 cm 土層(46.6%)和0～10 cm 土層(39.4%)吸水。在裂縫區(qū)，沙蒿吸收的85.9%水分都來自40～60 cm 土層，說明植株的水分來源幾乎全部在深層土壤。

圖6 3 種試驗(yàn)樣地不同土層對(duì)沙蒿吸水的貢獻(xiàn)比例Fig.6 Contribution proportions of different soil layers to source of water uptaken by Artemisia Desertorum in three test areas

3 討論

3.1 土壤水分補(bǔ)給機(jī)制

研究表明，不同試驗(yàn)區(qū)土壤剖面的粒徑分布沒有顯著差異，土質(zhì)的細(xì)微差異對(duì)降水入滲的影響可以忽略不計(jì)，可以專注分析采煤活動(dòng)帶來的地裂縫對(duì)土壤水分補(bǔ)給的影響。

通過對(duì)降水前后3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)土壤含水量的測(cè)量分析，無明顯裂縫區(qū)的土壤含水量在大部分土層都高于未開采區(qū)和裂縫區(qū)，且裂縫區(qū)的土壤含水量在0～80 cm深度一直最小。但在100 cm 深度的土壤，可以看到裂縫區(qū)的土壤含水量是高于其他2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)的。

因此，可以認(rèn)為土壤水分的變化是由土壤結(jié)構(gòu)的差異引起，活塞流和優(yōu)先流可能在水文系統(tǒng)中共存[36-38]。研究區(qū)降水主要以活塞流的方式補(bǔ)給土壤水，裂縫存在時(shí)，濕潤鋒沿裂縫快速向下運(yùn)移，優(yōu)先流現(xiàn)象明顯，在同一土壤深度下，土壤含水量與距離裂縫的遠(yuǎn)近大約呈正相關(guān)關(guān)系[38]。未開采區(qū)距采煤作業(yè)面的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)，樣區(qū)地面無裂縫，植被生長(zhǎng)密集。無明顯裂縫區(qū)位于采煤工作面邊緣，與裂縫距離大于5 m，雖沒有明顯的裂縫，但采礦造成土壤孔隙增大，土壤變得松散，且地表已經(jīng)出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，與開采前未受干擾的情況相比，水更容易滲入。在裂縫區(qū)，受蒸發(fā)作用影響，表層含水量較低，采煤塌陷形成的裂隙會(huì)造成非均勻流，這將加劇優(yōu)先流的產(chǎn)生，一些水通過裂縫流入更深層的土壤，導(dǎo)致樣本整個(gè)剖面的含水量低于其他2 個(gè)試驗(yàn)區(qū)。

3.2 植物吸水來源

使用直接圖解法(圖5)得到的植物吸水來源取自土壤剖面的土壤水同位素含量和沙蒿木質(zhì)部水同位素含量(δ2H)的交叉點(diǎn)，因?yàn)闇y(cè)量后δ2H 具有更大的含量范圍，信號(hào)更加明顯，且2 條線的交點(diǎn)只有一個(gè)，因此，選用δ2H 作為植物吸水的分析對(duì)象。這種方法的結(jié)果不能得出不同深度根系吸水比例的差異，但可以顯示出交叉點(diǎn)都位于同位素含量起伏變化很大的區(qū)域，說明土壤水補(bǔ)給大的區(qū)域可能是植物的主要吸水來源。

使用MixSIAR 貝葉斯模型進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)的植物吸水來源具有很大的差異。這種差異存在的原因是植物根系發(fā)生了變化[16]。采煤不僅會(huì)產(chǎn)生大范圍的裂縫，破壞土壤結(jié)構(gòu)，還會(huì)破壞植物根系。在未開采區(qū)，沙蒿根系表現(xiàn)為上層根系生物量大于下層[30]，植物主要吸收上層土壤水；在受煤炭開采影響的地區(qū)，表面根系網(wǎng)絡(luò)有可能會(huì)從上層土壤中吸收水分，而較深的根系則會(huì)提取儲(chǔ)存在深層區(qū)域的水，這些水是通過前期降水的優(yōu)先流得到補(bǔ)給。具體體現(xiàn)在沙蒿在無明顯裂縫區(qū)和裂縫區(qū)會(huì)吸收更多的深層土壤水，因?yàn)槊禾块_采導(dǎo)致土層中更大的孔隙度，并且根系在深層土壤中可能更加密集，以確保根系可以吸收深層土壤水。同時(shí)，在裂縫區(qū)只有14.1%的根系吸水來源于40 cm以上的土層，這是因?yàn)榈孛娴牧芽p長(zhǎng)期暴露在空氣中，阻礙了表面根系的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

a.基于穩(wěn)定同位素技術(shù)和MixSIAR 貝葉斯混合模型的定量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)采煤塌陷裂縫對(duì)沙蒿吸水來源有顯著影響：裂縫區(qū)沙蒿吸收的水分有85.9%都來自深層土壤；在受采煤塌陷影響但無明顯裂縫區(qū)，沙蒿主要從深層和淺層土壤中吸水；而未開采區(qū)主要吸收淺層土壤水分。隨著裂縫的出現(xiàn)，沙蒿只能不斷從更深的土壤中獲取水分以供生長(zhǎng)。

b.采煤塌陷裂縫的產(chǎn)生影響了土壤水補(bǔ)給方式，通過對(duì)土壤含水量的測(cè)量和分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)降水主要以活塞流補(bǔ)給土壤，當(dāng)裂縫存在時(shí)，降水迅速通過縫隙進(jìn)入深層土壤，優(yōu)先流的比例增加。

c.通過分析土壤含水量和植物吸水來源的變化，發(fā)現(xiàn)沙蒿的根系分布受到采煤塌陷裂縫的影響，裂縫區(qū)的沙蒿根系不僅會(huì)損傷斷裂，同時(shí)表面根系也難以生長(zhǎng)，植物吸水來源也隨之變化。

d.通過定量分析的方法研究植物根系吸水機(jī)制和土壤水補(bǔ)給機(jī)制，對(duì)于研究礦區(qū)煤炭開采活動(dòng)對(duì)植被生長(zhǎng)和生態(tài)恢復(fù)的影響有重要的參考意義。