本文以济宁市采煤塌陷区为研究区,通过实地调查采集土样,分析塌陷前后的土壤有机碳的变异规律及其与其他理化性质的关系,掌握塌陷区不同位置(坡顶、坡中、坡底及积水区)、不同深度的土壤有机碳与其他土壤理化性质的分布特征以及土壤有机碳与其他土壤理化性质之间的关系,以期为塌陷区的农业生产管理和土壤可持续利用提供科学依据,研究结果表明:(1)塌陷区土壤有机碳分布特征在不同坡位上,土壤有机碳呈现出从坡顶到积水边缘迁移,先降低再升高,在塌陷中心富集的变化趋势。与未塌陷地相比,沉陷坡土壤有机碳含量明显降低了20.3%(p<0.05)。坡中和坡底位置的土壤有机碳含量与未塌陷地相比差异显著(p<0.05)。在不同深度上,土壤有机碳含量随着土壤剖面层次的加深而降低,土壤有机碳含量主要集中在0~20cm土层,占整个土层(0~60cm)的65.9%,明显高于20cm以下各层次的土壤有机碳含量(p<0.05),并且各土层土壤有机碳含量均低于未塌陷地相应层次土壤有机碳含量。不同坡位上,土壤有机碳空间变异系数平均值为11.9%,属于中等变异强度,按大小排序为:坡中>坡底>坡顶>积水边缘,坡中位置的空间变异系数15.9%为最大值,明显高于上坡和下坡,说明中坡土壤性质波动相对较大,受开采沉陷的影响较大。不同深度上,土壤有机碳空间变异系数平均值为13.1%,也属于中等变异强度。空间变异系数最小值出现在20~40cm土层4%,最大值出现在40~60cm土层24.7%,土壤有机碳处于0~20cm土层的空间变异系数大于20~40cm土层,后者小于40~60cm土层,底土层土壤有机碳空间变异系数最大,土壤性质空间变异性较大,土壤有机碳含量波动较大,受煤炭开采的影响较大。整体来说,研究区土壤有机碳中坡位置和底土层位置的空间变异系数相对较大,受开采影响较大。这与土壤有机碳含量在不同坡位上和不同深度上的分布是一致的,说明空间变异强度会影响养分含量的多少。(2)塌陷区土壤理化性质分布特征塌陷区土壤容重从坡顶到沉陷中心容重增大以及随着深度的增加容重增大,采煤塌陷使土壤紧实,容重增加;塌陷区土壤含水量与容重有相似的变化趋势,这是因为水分沿着沉陷坡面自上而下流失并且受地下潜水位的影响,土壤含水量升高;塌陷区土壤pH值沿着沉陷坡面大体呈现逐渐增加的变化,随着垂向深度的增大,土壤pH值依次增加,并且层次之间差异较大;塌陷区土壤热导率从坡顶到坡底表层降低,深层升高,但都小于未塌陷地的土壤热导率,不同深度上,塌陷地和未塌陷地土壤热导率具有相似的变化趋势,土壤热导率随剖面深度大体呈现先升高后降低的“∧”趋势。塌陷区土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾含量在坡面方向上都呈现出从坡顶到积水边缘迁移,先降低再升高,在塌陷中心富集的变化趋势;土壤碱解氮和土壤速效磷在坡面上迁移变化比较明显,土壤速效钾迁移变化相对较小。整个塌陷区域内,土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾含量和土壤有机碳含量在土壤剖面上具有相同的分布格局,即随着土壤深度的增加而明显降低,下降幅度按大小排序为土壤速效磷>土壤碱解氮>土壤速效钾;0~40cm土层养分流失严重,表层土壤速效氮磷钾含量高于深层,深层土壤速效氮磷钾含量变化较小。(3)塌陷区土壤有机碳与其他土壤理化性质之间的关系不同坡位上土壤有机碳与土壤基本物理性质的空间变异系数综合平均值按大小排序为:土壤热导率>土壤有机碳>土壤含水量>土壤容重>土壤pH;不同深度上的空间变异系数综合平均值按大小的排序与不同坡位的排序不同,最大的是土壤含水量,其次是土壤热导率和土壤有机碳,最小的是土壤pH。整体来说,不同坡位上,土壤有机碳受到采煤塌陷的影响相对于其他物理性质来说是较大的;不同深度上,土壤有机碳与其他物理性质相比受开采影响较小。不同坡位上土壤有机碳与土壤速效氮磷钾的空间变异系数综合平均值大小排序为:土壤速效磷>土壤碱解氮>土壤有机碳>土壤速效钾,与不同深度上的排序相同。总体来说,在不同坡位和不同深度上,土壤速效磷和土壤碱解氮受煤炭开采影响大,养分含量波动大,与土壤速效磷和土壤碱解氮相比,土壤有机碳和土壤速效钾含量的波动是相对较小的。塌陷区不同坡位上土壤有机碳与其他土壤理化性质之间的相关性分析:土壤有机碳与土壤容重、土壤含水量呈负相关关系,其中与土壤含水量达到显著水平,相关系数为-0.63*(p<0.05),与土壤容重达到极显著水平,相关系数为-0.492**(p<0.01);土壤有机碳与土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤速效钾都呈正相关关系,其中与土壤速效磷和土壤速效钾达到显著水平,相关系数分别为0.476*和0.427*(p<0.05),与土壤碱解氮达到极显著水平,相关系数为0.655**(p<0.01)。土壤碱解氮、土壤含水量、土壤容重、土壤速效磷和土壤速效钾与土壤有机碳在沉陷坡面上的分布关系密切,其中土壤碱解氮与土壤有机碳呈极显著正相关关系,关系最为密切。塌陷区不同深度上土壤有机碳与其他土壤理化性质之间的相关性分析:土壤有机碳与土壤容重、土壤含水量呈负相关关系,其中与土壤含水量达到显著水平,相关系数为-0.384*(p<0.05),与土壤容重达到极显著水平,相关系数为-0.643**(p<0.01);土壤有机碳与土壤碱解氮、土壤速效磷和速效钾都呈正相关,其中与土壤碱解氮达到极显著水平,相关系数为0.878**(p<0.01),与土壤速效磷和速效钾没达到显著水平。不同深度上,土壤碱解氮、土壤容重和土壤含水量与土壤有机碳分布关系密切,相关性最高的还是土壤碱解氮,与不同坡位上的结果相同。另外,土壤含水量与养分之间关系密切,说明水分在不同深度之间的迁移流失导致了养分的迁移流失。在塌陷区不同坡位和不同深度上,土壤碱解氮、土壤容重和土壤含水量是影响塌陷区土壤有机碳含量及分布的重要因素,其中土壤有机碳与土壤碱解氮都表现出极强的相关性。各种养分含量在沉陷坡面和垂直剖面上的分布转移中,土壤含水量扮演了极为重要的迁移搬运作用。