Исследование влияния провалов грунта разной степени, вызванных подземной добычей угля, на эродируемость почвы

Почему проседание земли важно для наших почв

По всей поверхности угольных месторождений земля над подземными шахтами постепенно проседает и трескается по мере удаления горных пород далеко под поверхностью. Это скрытое преобразование ландшафта может незаметно изменить, насколько легко почва смывается или выдувается, что имеет серьёзные последствия для сельского хозяйства, пастбищ и рек. В китайском Синьцзян-Илийском регионе исследователи использовали угольную шахту в долине реки Илий в качестве природной лаборатории, чтобы задать на первый взгляд простой вопрос: когда земля проседает сильнее, становится ли почва более — или менее — подверженной эрозии?

Угольная долина под давлением

Исследование сосредоточено на шахте №4 в Илийской зоне — одном из крупнейших угленосных районов Синьцзяна и важной энергетической базе Китая. Здесь подземная добыча создала обширную зону проседания: неглубокий, ступенчатый «карьер» площадью в несколько километров, где земля опустилась на разные величины. Учёные разделили этот ландшафт на четыре пояса — без проседания, слабое, умеренное и сильное проседание — и взяли образцы почв на пяти глубинах до 80 см. Они измерили зерновой состав почвы (песок, ил и глина) и содержание органического вещества, а затем использовали широко применяемую модель EPIC для оценки того, насколько легко почву может смыть водой.

От плотной почвы к более песчаной

Первый очевидный закономерность — изменение текстуры почвы по мере усиления проседания. Хотя базовый тип почвы оставался прежним, его внутренний состав изменялся: в целом доля песка увеличивалась, а ил и глина снижались, особенно в наиболее сильно просевших участках. По горизонтали почвы на непроваленных участках содержали больше ила, при слабом проседании было больше глины, а в зонах сильного проседания доминировал песок. По вертикали на любом участке глубокие слои, как правило, содержали больше глины и ила и меньше песка, чем поверхность, что означает, что эффект «песчанения» из-за проседания был наиболее выражен в верхнем слое почвы и ослабевал с глубиной.

Органическое вещество в движении

Органическое вещество почвы — разложившиеся растительные и животные остатки, которые помогают почве удерживать воду и сцепляться — также менялось при проседании, но более сложным образом. В пределах каждого пояса проседания содержание органики, как и ожидалось, в целом уменьшалось с глубиной. В целом по профилю суммарное содержание органики снизилось по сравнению с непроваленными участками, при этом наибольшие потери отмечены в зонах слабого проседания. Тем не менее в зоне сильного проседания наблюдается частичное восстановление: там содержится немного больше органического вещества, чем в слабо- и умеренно пострадавших зонах. Полевые наблюдения свидетельствуют, что террасообразная форма просевшей поверхности направляет сезонный сток и наносы вниз по склону, поэтому часть эродированного материала и органики захватывается и откладывается в самых глубоких, наиболее провалившихся ступенях, а не полностью уносится прочь.

Неожиданный поворот в риске эрозии

Когда команда объединила данные о текстуре и органическом веществе в модели EPIC, они обнаружили нечто, противоречащее распространённым ожиданиям: в этом ландшафте почвы в более сильно просевших зонах в среднем оказались чуть менее эродируемыми. Все участки находились в диапазоне среднего — высокого риска в целом, но ключевой показатель — коэффициент K — показал плавное снижение от зон без проседания к зонам с сильным проседанием. По сути, хотя проседание делало почву более песчаной и нарушало структуры и корневую систему, особая топография шахты и её сезонный сток приводили к тому, что смытые частицы и богатые органикой материалы перераспределялись и частично накапливались внутри системы проседания, особенно в более глубоких террасах, а не просто уносились.

Что это значит для земли и воды

Для неспециалистов вывод таков: влияние подземной добычи угля на эрозию почв не всегда укладывается в простую формулу «чем больше проседание, тем хуже эрозия». В пологой долине Илий, с непрерывными зонами проседания и кратковременными сезонными дождями, проседание одновременно повреждает почвы и перераспределяет их. Проседание уплотняет верхний слой и уменьшает содержание органики, что обычно усиливало бы эрозию, но ступенчатый рельеф и пути стока помогают задерживать часть разрыхленного материала, слегка снижая рассчитанную чувствительность к эрозии в наиболее провалившихся зонах. Авторы подчёркивают, что этот паттерн зависит от местного климата и форм рельефа; в более крутых или влажных районах проседание может значительно усилить эрозию. Их результаты дают научную основу для картирования склонных к эрозии участков вокруг шахт и для разработки целевых мероприятий по восстановлению — таких как стабилизация уязвимых поверхностных слоёв и восстановление растительности — до того, как почва буквально ускользнёт.

Цитирование: Tian, H., Zhang, A., Sui, W. et al. Research on the impact of ground subsidence of varying degrees caused by underground coal mining on soil erodibility. Sci Rep 16, 5659 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35985-6

Ключевые слова: проседание при добыче угля, эрозия почв, текстура почвы, органическое вещество, Или (Синьцзян)