摘要：为研究贵州喀斯特山区煤炭开采活动对土壤环境的影响因素，运用文献计量分析方法，统计分析了煤炭开采对土壤环境影响的研究热点。结果表明，近年来该领域研究热度不断攀升，研究内容全面、深入，且开展了多学科的交叉性研究。煤炭开采对土壤环境的影响因素主要表现在土壤含水率、土壤pH值、土壤组分及电导率、土壤溶蚀与侵蚀、土地利用格局等方面。

　　关键词：文献计量；影响因素；土壤环境；煤炭开采；喀斯特山区

　　0引言

　　在喀斯特地貌形成的地质过程中，数亿年的岩溶作用使得贵州省喀斯特山区富集了大量的沉积岩，煤、磷、铝、锰等多种矿产资源储量丰富。就煤炭资源而言，其储量位列全国前茅，但贵州省喀斯特山区地质条件复杂，矿界范围及单井开采规模小，复杂的客观条件加上开采技术的相对落后，使贵州省煤矿的先天优势无法充分展现。煤炭资源开发利用带动了区域经济的快速增长，但较为粗放的开发活动对生态环境带来了诸多不利影响。土壤是生态环境的物质组成部分，是污染物的载体和主要净化场所。煤炭开采过程中，开采沉陷、酸性废水灌溉、废气沉降等多种因素将会危害矿区及周边的土壤环境。

　　煤炭开采引起的土壤环境污染问题近年来受到众多学者的关注。刘品祯等[1]运用多种不同方法评价了贵州喀斯特煤矿区农田土壤重金属生态风险，结果表明研究区样地土壤重金属中总Cd、Cr、Cu、Ni含量均已超过国家土壤环境质量二级标准，部分土壤采样单元总Hg含量和总Zn含量超过二级标准，样地均受到不同程度的污染。夏国栋等[2]采用土壤酶化学计量分析、相关性分析、单因素分析和冗余分析方法研究了贵州六盘水地区煤炭长期开采对周边不同土地利用类型的土壤养分及酶活性的影响，发现矿区土壤养分低对酶的活性有抑制作用。章海兵等[3]开展了重复采动对地表沉陷的影响研究，发现山区重复采动下地表最大下沉值与采空区地面坡度呈单调递增关系。王虎等[4]开展了煤矿酸性废水对喀斯特地区稻田环境污染的试验研究，结果表明在酸性废水作用下，稻田水-土系统明显酸化，且重金属Mn、Cu、Zn等活性提高。

　　贵州喀斯特地区煤炭开采对土壤环境影响的因素及各因素之间的相互作用非常复杂，目前缺乏较为全面的梳理和总结。因此，本文运用文献计量学分析方法，以贵州喀斯特地区煤炭开采活动为研究对象，统计分析煤炭开采活动对土壤环境影响的研究热点，然后识别出煤炭开采活动对土壤环境的影响因素，最后提出未来研究方向建议，为后期的进一步研究提供一些可参考的思路。

　　1研究区域概况

　　贵州地处亚热带湿润季风气候区，气候湿润、雨量充沛，属于喀斯特地貌发育较典型的地区，地貌特征可描述为“八山一水一分田”。在漫长的地质变迁岁月里，伴随海相与陆相沉积，积淀了大量的矿产资源，煤炭、磷、铝、锰、汞等矿种资源储量巨大。因地理条件及生态环境脆弱等客观原因，贵州地区经济发展较缓慢，属于欠发达地区。

　　贵州省内生态系统与生物多样性保护较好，各类动植物资源非常丰富。近年来生态系统水源涵养功能呈现出逐渐转好的趋势，特别是梵净山等植被覆盖较好的地区，水源涵养功能较高[5]。贵州具亚热带生物气候条件，由于不同高原面的存在，受高原面上的山地及深切河谷的地区性生物气候等综合自然因素分异的影响，形成有中亚热带的黄壤、北亚热带的黄棕壤及南亚热带的砖红壤、化红壤等地带性土壤。因独特的生物气候条件作用，红壤、黄壤、黄棕壤等与其他地区相比有明显的地域分异性[6]。

　　2材料与方法

　　2.1文献计量分析

　　贵州地区作为典型的喀斯特地区，其地质地貌条件具有特殊性。本研究选取贵州喀斯特山区煤炭开采活动为研究对象，从公开发表的文献中，在中国知网以“贵州喀斯特”“贵州煤炭开采”“喀斯特土壤”“采煤废水”“喀斯特煤矿”为关键词进行了文献检索，主要收集2003—2023年间发表的相关文献，文献的筛选标准为：(1)研究对象涉及贵州喀斯特山区；(2)研究过程应与土地或土壤相关；(3)必须有明确的研究结果或结论，共筛选出65篇相关文献。

　　2.2研究热点

　　根据对研究区内煤炭开采的研究以及文献的整理可以发现，目前其对土壤环境的影响研究主要体现在以下几个方面。

　　2.2.1喀斯特发育及土壤侵蚀

　　从检索到的文献来看，贵州喀斯特生态环境的研究总是要围绕石漠化展开，大量文献研究了喀斯特地貌的形成机理，喀斯特地区生态环境脆弱的原因及治理，喀斯特山区土壤侵蚀及生态修复等，具有丰富的基础数据和理论依据。王德炉[7]研究了喀斯特石漠化的形成过程及防治，认为石漠化形成过程伴随着土壤生产效率的降低，主要表现在植被退化，通过研究植被生物量的降低情况可以分析其退化阶段，植物在退化过程中生物量逐渐减少，且退化为旱生植物；整个过程中土壤容重增加，土壤中的腐殖质和土壤养分流失。罗海波[8]研究表明贵州喀斯特石漠化进程中，土壤有机质减少及土壤孔隙结构破坏粘结导致土壤板结，最终导致土壤生产能力下降，植被退化进一步加剧了石漠化的发生。

　　2.2.2煤炭开采技术

　　贵州喀斯特发育成熟，地形起伏较大，属于欠发达地区，落后的经济技术条件使得丰富的煤炭资源开采迟迟未能引进先进的生产技术与设备，导致煤炭开采技术落后。近年来才逐渐普及“综采”技术，煤炭开采过程资源浪费严重，粗放型生产普遍，诸多文献研究了贵州省地质地貌条件下开采技术的应用情况。田守强等[9]系统分析了贵州煤炭资源分布，提出煤炭资源开采中存在地质勘探精确性差、矿井开拓及开采系统设置不科学、矿井灾害时有发生与巷道掘进效率低下等现状，讨论了机械化、智能化采面，复杂煤层综采及快速掘进等新技术在开采中的利用情况。周军[10]研究了贵州煤炭资源高效开采技术及小型煤矿安全生产现状，并提出进一步提高煤炭资源安全开采的相关技改措施。

　　2.2.3煤炭开采与生态环境

　　煤炭开采对生态环境的影响及修复研究在文献中数量居多，大量学者研究了煤炭开采扰动导致的地表沉陷带来的地质灾害及生态环境恶化，开采抽排地下水导致的地下水位下降对生态环境的影响，煤矿酸性废水对水文地球化学特征的影响及煤矿酸性废水灌溉引起的土壤污染等问题。李学先[11]研究发现喀斯特地区水化学成分受大气降水、碳酸盐岩溶解、酸性矿山废水的输入影响较大，不同类型的混合输入对区域地下水化学性质的演变影响较大。刘宏等[12]对贵州兴仁市高砷煤矿废水灌溉区土壤中总砷含量开展定量研究，结果表明高砷煤矿废水灌溉是灌区土壤中砷累积的主要方式，且灌溉方式对土壤中砷的迁移分布影响较大。刘宁[13]对煤炭开采沉陷区地质环境展开评价，并提出相应的综合生态修复技术建议。

　　2.2.4煤炭开采对土壤环境的影响

　　煤炭开采过程因采煤扰动及开采活动带来的污染将会影响土壤环境，大量学者研究了采煤沉陷区土壤理化性质、土壤有机碳及土壤组分的变化情况。孙文博等[14]研究了贵州百里杜鹃林区不同采煤塌陷年限土壤的化学性质变化情况，结果表明随着采煤塌陷年限不断延长，塌陷区土壤酸性逐渐减弱，并且土壤有机质逐渐下降，采煤塌陷区土壤化学微环境被改变，土壤养分流失。

　　3影响因素识别

　　经过对文献中研究热点问题统计分析，得到煤炭资源开采中的土壤环境的影响因素主要为：土壤环境污染、土壤环境理化性质改变、土地利用格局重构及土壤溶蚀、侵蚀强度增大。

　　3.1土壤环境污染

　　3.1.1废气沉降

　　贵州喀斯特地区煤炭开采目前多以矿井开采为主。当前环保政策要求较严格，各煤矿生产单位多采取了有效的防尘、抑尘措施，大颗粒粉尘的排放已得到有效控制，但煤矿生产过程粉尘粒径较小(主要为PM 10)，其沉降难度大，漂浮及迁移距离远，煤粉中的硫及其他少量重金属元素等无机物会改变土壤有效成分，导致土壤环境肥力相对下降。土壤孔隙结构堵塞、土壤水分及空气含量下降，导致土壤微生物群落生存条件变差。

　　3.1.2煤矿酸性废水灌溉

　　煤矿开采产生大量的矿井涌水，属于酸性废水，受区域地质化学元素背景值影响，废水中含有一些金属元素(如铁、砷、锰等)，该类废水用于灌溉或处理后长期用于灌溉都会使灌溉区土壤成分发生改变，甚至导致重金属元素累积。

　　3.1.3煤矸石淋溶水漫流

　　煤炭开采过程和煤炭洗选中将产生大量的煤矸石，含硫量较高的煤矸石容易自燃，煤矸石堆放占地问题目前已受到社会各界的广泛关注。贵州部分矿区煤矸石长年得不到有效的处置，堆放不规范导致的矸石滑坡等现象，严重危害了生态环境及周边群众的生命财产安全。矸石淋溶产生的淋溶水得不到有效收集处理，会通过地表漫流污染土壤环境。

　　3.1.4开采地表沉陷

　　贵州地区煤炭开采工艺多采用全部垮落法管理顶板，煤层采空后煤层覆岩会随之冒落、破碎和下沉弯曲，形成垮落带、裂缝带和弯曲带，在地表表现为地表塌陷坑、台阶或下沉盆地，贵州喀斯特山地地区因地势起伏较大的原因，一般不会形成下沉盆地，大面积的地下煤层开采会导致地势变得更加陡峭。另外，随着大量的地下水抽排导致潜水位下降，承压水含水层可能被疏干，当地下水位低于矿井开采巷道或者溶洞水位线时，将无法及时得到有效补给，这将使得开采煤层顶板上方的土体干燥或逐渐产生裂缝。而且因抽排地下水引发地表沉陷，地下水动力条件降低或丧失，水循环进程被打断，土壤保水保肥能力降低，土地呈现贫瘠状态。

　　3.2土壤理化性质

　　3.2.1土壤含水率

　　煤矿开采往往会改变地下水径流方向，致使原有的地下水径流路径改变，人为抽排地下水导致矿区地下水水位下降，这将致使表层土壤得不到地下水的浸润，土壤含水率下降。土壤有效孔隙度下降，大气降水无法及时入渗而汇集成径流流失，进一步使土壤含水率降低，且加剧了水土流失。开采沉陷导致土壤的结构有效孔隙减少，降低土壤持水性及含水率，土壤水分降低往往伴随着土壤更加贫瘠化。

　　3.2.2土壤pH值

　　煤炭开采过程中产生的矿井涌水多为酸性，回用于农灌将会改变土壤pH值，导致土壤pH值下降，使土壤进一步酸化。土壤酸化会使土壤中金属元素活性增强，可能导致吸附态的金属元素尤其是重金属元素解析，从而导致潜在的生态环境风险增大。

　　3.2.3土壤组分及电导率

　　煤炭开采活动产生的煤粉远距离沉降，煤粉中的硫分在土壤中沉积，导致矿区周边土壤中的硫含量逐渐升高。贵州喀斯特地区土壤以酸性土壤为主，在土壤中的氧分不足或缺氧状态下，某些厌氧菌(硫酸盐还原菌)将硫和硫酸盐还原为H2 S，导致土壤发臭或土壤中的碱土金属与S2-结合生成黑色的铁硫化物。开采活动过程中可能会有部分废气、废水、固废未经有效治理进入土壤并累积，引起矿区周边农田土壤和作物中重金属含量升高。

　　煤炭开采沉陷增加沉陷区土地坡度，而土壤水分和全磷会随坡位的降低而增加，土壤pH值和土壤电导率会沿坡位逐渐降低并靠近沉陷中心，土壤盐分在较高处集聚；土壤pH值和电导率在坡的顶部和下部差异增加，坡顶土壤全磷显著降低。

　　3.2.4土壤溶蚀与侵蚀

　　柳宁等[15]研究表明，煤炭井下开采必然引起地表坡度、坡长增大，土壤溶蚀与侵蚀强度增加；每开采1 t煤炭土壤侵蚀增加量为顺坡、逆坡、平地。煤炭开采中土壤含水率与有机质下降，将会导致土壤风蚀强度增加，土壤颗粒更容易随水流迁移，水土流失增加。对于贵州喀斯特地貌来说，其岩溶强度也会进一步增大；土壤的不断贫瘠化将导致植被退化，使得原本脆弱的生态环境雪上加霜。

　　3.2.5土地利用格局

　　煤炭开采活动往往需要设置永久性占地，如工业场地占地及开采沉陷导致土地损毁，使得原有土地功能丧失。这种改变一定年限内将改变局部区域内的用地功能，并改变原有景观格局。矿井建成投产后，矿区局部区域内的生态环境功能也将发生变化，同时也会改变局部区域的土壤性质或使得土地由农用地转换为建设用地，从而更容易遭受污染。

　　4结语

　　土壤环境质量直接影响生态环境质量及人类身体健康，当前人类对土壤环境健康发展的重视度大幅提升，对煤炭开采引起的土壤环境质量问题的研究重视程度增加，科研成果数量增加、质量提升，且开展的多为多学科交叉性的研究。

　　目前研究成果解决的主要问题：(1)丰富的煤炭资源与待普及的先进开采技术的矛盾问题；(2)高强度的煤炭开采对生态环境的影响及生态补偿问题；(3)采煤地表沉陷带来的土地利用及土壤环境质量损害问题；(4)采煤生态环境损害及生态修复问题等。

　　煤炭开采对土壤环境的影响因素主要体现在土壤含水率、土壤pH值、土壤组分及电导率、土壤溶蚀与侵蚀、土地利用格局等方面。

　　下一步的研究方向应关注以下几点：(1)构建针对贵州喀斯特煤炭开采区的土壤环境质量评价指标体系，通过创建适用型的模型体系将各指标综合起来，将指标选取标准与其应用模式相结合，实现对土壤环境质量的综合评价。(2)依托贵州大数据平台，构建贵州喀斯特地区土壤大数据库。土壤生态系统的影响是多方面的，如气候变化、土地利用、周边污染等因素的影响，且各影响因素之间又相互作用；土壤本身具有一定的自净能力，且自净能力的变化情况非常复杂。土壤大数据库有利于及时掌握土壤动态变化情况，利用土地的合理利用与土壤环境的保护。(3)针对目前开采遗留的土壤环境问题及后期可能带来的土壤生态问题，可逐步探索一些切实有效的综合性治理措施，从而达到提高矿区整体生态环境质量的目标。(4)以矿区所在区域为整体，开展土壤污染的区域差异性评价和污染风险的差异化管理，针对存在风险提出一些有效的建议，以实现贵州喀斯特山区土壤环境质量持续性提升的目标。

       参考文献：

　　[1]刘品祯，贾亚琪，程志飞，等.不同方法评价喀斯特煤矿区农田土壤重金属生态风险比较[J].中国岩溶，2018，37(3)：371-378.

　　[2]夏国栋，朱四喜，李武江，等.喀斯特煤矿区土地利用类型对土壤养分、酶活性及化学计量特征的影响[J].中国无机分析化学，2022，12(6)：67-76.

　　[3]章海兵，刘勤志，孔德中，等.喀斯特山区重复采动下地表沉陷预测研究[J].矿业研究与开发，2024，44(3)：65-72.

　　[4]王虎，吴永贵，覃远翠，等.煤矿酸性废水对喀斯特稻田环境污染的实验研究[J].环境污染与防治，2020，42(4)：411-416.

　　[5]陈丹.贵州省生态功能区划修编研究[D].贵阳：贵州师范大学，2016.

　　[6]贵州省农业厅，中国科学院南京土壤研究所.贵州土壤[M].贵阳：贵州人民出版社，1980：15-27.

　　[7]王德炉.喀斯特石漠化的形成过程及防治研究[D].南京：南京林业大学，2003.

　　[8]罗海波.喀斯特石漠化过程中土壤质量变化研究：以贵州花江峡谷为例[D].重庆：西南大学，2006.

　　[9]田守强，郑伟.贵州煤炭开采技术现状与发展趋势分析[J].现代矿业，2023，39(10)：13-15.

　　[10]周军.贵州煤炭资源开采及小煤矿安全生产的探讨[J].煤矿现代化，2011(1)：134-136.

　　[11]李学先.酸性矿山废水影响下喀斯特流域水文地球化学特征及演化规律研究[D].贵阳：贵州大学，2018.

　　[12]刘宏，吴攀，张翅鹏，等.高砷煤矿废水灌溉区土壤砷的分布特征探究[J].环境科学与技术，2010，33(8)：57-61.

　　[13]刘宁.采煤塌陷区的地质环境评价与生态修复技术研究[J].能源与节能，2024(1)：182-185.

　　[14]孙文博，廖小锋，田凡，等.贵州百里杜鹃林区不同采煤塌陷年限土壤化学性质对比研究[J].中南林业科技大学学报，2014，34(9)：55-59.

　　[15]柳宁，赵晓光.采煤推进方向对地表形态和土壤侵蚀的影响[J].煤炭技术，2018，37(6)：52-54.