桉樹修復(fù)對(duì)江西稀土尾砂區(qū)土壤養(yǎng)分的影響

魯向暉 唐安華 白樺 張海娜 劉海威 楊丹 黃麗

摘要：【目的】研究江西省尋烏縣稀土礦區(qū)尾砂地3～4年生桉樹純林的植被修復(fù)作用對(duì)該區(qū)土壤pH及有效養(yǎng)分變化的影響，為稀土尾砂的恢復(fù)治理提供理論依據(jù)?！痉椒ā窟x擇具有代表性的3～4年生桉樹純林地段為試驗(yàn)樣地，以未治理的裸露堆積稀土尾砂地為對(duì)照，分層采集樣地0～20、20～40、40～60、60～80 cm深度的土樣，測(cè)定其土壤有效氮、有效磷、有效鉀、土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤pH等指標(biāo)。【結(jié)果】稀土尾砂區(qū)經(jīng)過3～4年的桉樹修復(fù)措施，其林下草本植物種類增加，但灌叢群落尚未形成。4年生桉樹純林0～60 cm深度土層pH顯著提高（P<0.05，下同），酸性得到一定改良；3年生桉樹純林土壤pH略高于裸露稀土尾砂，但差異未達(dá)顯著水平（P>0.05，下同）。除有效鉀和3年生桉樹純林20～40 cm土層有效磷含量外，桉樹修復(fù)區(qū)0～60 cm土層土壤養(yǎng)分含量整體上高于裸露尾砂區(qū)，且不同年限桉樹修復(fù)區(qū)的土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)出向表層土壤聚集的趨勢(shì)。植被修復(fù)區(qū)0～20 cm土層內(nèi)的土壤有效磷含量和4年生桉樹純林的有效氮含量顯著高于其他土層，其余養(yǎng)分在不同土層間差異不顯著。稀土尾砂裸露區(qū)有效氮和有效鉀含量隨土壤深度的增加而遞增，有效磷含量隨土壤深度的增加而遞減。相關(guān)性分析結(jié)果表明，桉樹修復(fù)區(qū)0～20 cm土層中有效氮與有效磷、有機(jī)質(zhì)和pH均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。【結(jié)論】桉樹修復(fù)可有效改善稀土礦區(qū)尾砂的pH和養(yǎng)分含量，桉樹可作為該區(qū)植被修復(fù)的適宜樹種。

關(guān)鍵詞： 桉樹；植被修復(fù)；稀土尾砂；土壤pH；土壤養(yǎng)分

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2016）07-1100-05

0 引言

【研究意義】江西省尋烏縣有豐富的稀土資源，素有“稀土王國”之稱。自20世紀(jì)70年代初以來，稀土資源開采對(duì)促進(jìn)該縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了較大作用（劉建業(yè)等，1991）。但隨著開采時(shí)間的延長，在開采稀土資源的同時(shí)，當(dāng)?shù)刂脖灰苍獾綒缧云茐模率顾亮魇?yán)重。作為一類極度退化的土地，稀土尾砂區(qū)的生態(tài)恢復(fù)問題受到普遍關(guān)注。從2009年開始，尋烏縣水土保持局在雙茶亭廢棄稀土礦區(qū)設(shè)立“稀土尾砂治理試驗(yàn)區(qū)”，通過試驗(yàn)篩選出小葉桉樹（Eucalyptus grandis）[桃金娘科（Myrtaceae）桉樹屬（Eucalyptus）]可以在稀土尾砂上快速生長，并表現(xiàn)出適應(yīng)性好、抗逆性強(qiáng)、耐貧瘠、干形好等特點(diǎn)（臧國長等，2007）。但由于廢棄礦區(qū)環(huán)境復(fù)雜獨(dú)特，治理過程中缺乏對(duì)植被修復(fù)效果的理論和數(shù)據(jù)支持，難以形成對(duì)稀土礦尾砂治理的有效指導(dǎo)。因此，開展植被修復(fù)與土壤改良及其相互作用的研究，對(duì)廢棄礦區(qū)尾砂植被修復(fù)及促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】稀土尾砂地土壤呈微酸性（pH 5.5～6.4），其全磷、全鉀含量比附近植被覆蓋良好的紅壤地略高，但這些養(yǎng)分很難直接被植物吸收利用，而有機(jī)質(zhì)、有效磷和有效氮的含量則極低（劉建業(yè)等，1991）。已有專家開展了利用植被對(duì)稀土尾砂進(jìn)行修復(fù)的相關(guān)研究。劉建業(yè)等（1991）在稀土尾砂堆積場地植被恢復(fù)試驗(yàn)中種植了喬、灌、草等13種植物，結(jié)果證實(shí)喬木黃檀長勢(shì)較好，灌木胡枝子和禾本科寬葉雀稗等當(dāng)年種植可當(dāng)年綠化試驗(yàn)區(qū)。涂翠琴和張寶山（1995）研究認(rèn)為，在稀土尾砂場施用有機(jī)肥和氮肥、種植適生植物是迅速恢復(fù)植被并改善生態(tài)環(huán)境的有效措施。涂翠琴等（1996）在查明稀土尾砂農(nóng)業(yè)理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，在稀土尾砂堆積場地種植芙蓉李和溫州蜜柑，結(jié)果表明，芙蓉李生長良好且有利于提高土壤肥力。李德榮等（2003）于1998～2002年通過種植百喜草（Paspalun notatum）治理江西省龍南縣稀土尾砂，結(jié)果表明，尾砂裸露區(qū)（對(duì)照區(qū)）和百喜草種植區(qū)年均徑流量分別為3302.0和1326.6 m3/ha；徑流系數(shù)分別為35.5%和15.3%，表明種植百喜草可快速、有效地降低稀土尾砂水土流失。李小青等（2012）研究表明，百喜草和彎葉畫眉草抗旱性較強(qiáng)，可作為南方地區(qū)礦山廢棄地植被恢復(fù)的理想種類?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】植被選擇對(duì)稀土礦尾砂生態(tài)修復(fù)具有較大的影響，而土壤作為植被恢復(fù)中最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)其理化性狀及植被修復(fù)的效果如何，卻很少被關(guān)注。目前，針對(duì)稀土資源開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的研究相對(duì)比較零散，系統(tǒng)性不強(qiáng)，相關(guān)研究較少且時(shí)間久遠(yuǎn)，而有關(guān)桉樹生長對(duì)稀土尾砂區(qū)土壤狀況影響的研究尚無報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過野外調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)分析，研究江西省尋烏縣稀土礦區(qū)尾砂地3～4年生桉樹純林的植被修復(fù)作用對(duì)該區(qū)土壤pH及有效養(yǎng)分變化的影響，以期為稀土尾砂的修復(fù)治理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省尋烏縣雙茶亭廢棄稀土礦區(qū)（東經(jīng)115°42′14″～115°44′12″，北緯24°52′40″～24°54′17″）（圖1），屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫18.9 ℃，年均降水量1650.3 mm，雨季主要集中于4～6月，全年溫暖濕潤，雨量充沛。研究區(qū)內(nèi)喬木以人工種植的小葉桉樹（Eucalyptus grandis）為主，草本植物有寬葉雀稗（Paspalum wettstresnst）、狗尾草[Setaria viridis（L.） Beauv]、百喜草（Paspalum natatu）等。

1. 2 樣地選擇

依據(jù)桉樹生長的不同年限，選擇具有代表性的地段設(shè)置樣地（3年生桉樹純林、4年生桉樹純林），以未治理的裸露堆積稀土尾砂地為對(duì)照。在每個(gè)樣地選擇5個(gè)樣點(diǎn)調(diào)查植物種類，樣方大小為5 m×5 m。

1. 3 土壤采集與處理

分別在上述樣方中采集0～20、20～40、40～60、60～ 80 cm深度的土樣，將各樣地土樣分別取1 kg裝入土壤袋，帶回實(shí)驗(yàn)室后自然風(fēng)干，除去植物殘?bào)w及砂礫等，粉碎后分別裝于樣品袋備用。

1. 4 土壤養(yǎng)分測(cè)定

土壤有效氮、有效磷、有效鉀采用TFC智能普及型土肥速測(cè)儀進(jìn)行測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定；土壤酸堿度采用pHS-3B型pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1. 5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007及SPSS 19.0進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 研究區(qū)桉樹林下植被特征

在植被修復(fù)過程中，小葉巨桉成活率較高，迅速成為優(yōu)勢(shì)樹種，林下伴生草類主要有芭毛草（Miscanthus floridulus）、狗尾草（Setaria viridis）等，其中優(yōu)勢(shì)草種為寬葉雀稗（Paspalum wettstresnst）。3年生桉樹純林植被修復(fù)區(qū)域內(nèi)除小葉桉樹外，未見其他喬木樹種生長，林下植被以芭毛草為優(yōu)勢(shì)種，有少量鐵芒萁（Dicranopteris dichotoma）伴生；4年生桉樹純林修復(fù)區(qū)域內(nèi)的林下植被主要包括寬葉雀稗、芭毛草、狗尾草和馬唐草（Digitaria sanguinalis），該區(qū)域內(nèi)桉樹是唯一喬木樹種，林下寬葉雀稗在植被群落中形成優(yōu)勢(shì)種，同時(shí)芭毛草成為主要的伴生草種；裸露稀土尾砂地則無植被分布（表1）。依據(jù)實(shí)際調(diào)查，由于植被修復(fù)時(shí)間短，在稀土尾砂礦區(qū)觀測(cè)到的植被類型主要受人工控制植被栽植的影響，到目前為止，植被種類并沒有較大變化。

2. 2 桉樹生長對(duì)稀土尾砂土壤pH的影響

稀土開采過程主要是通過硫酸銨溶液淋泡稀土礦石，加入碳酸氫銨過濾后得到碳酸稀土。因此，稀土開采后所產(chǎn)生的稀土尾砂呈酸性（簡麗華，2012）。由表2可知，研究區(qū)內(nèi)裸露稀土尾砂土壤pH為4.85～5.03，種植桉樹后稀土尾砂pH有所提高，3年和4年生桉樹純林土壤平均pH分別比裸露稀土尾砂高3.7%和9.2%，pH平均提高了0.18和0.46。與裸露稀土尾砂相比，4年生桉樹純林0～60 cm深度土層pH顯著提高（P<0.05，下同），說明種植桉樹可使其酸性得到一定改良；3年生桉樹純林土壤pH略高于裸露稀土尾砂，但差異未達(dá)顯著水平（P>0.05，下同）。同時(shí)經(jīng)方差分析可知，各樣地垂直剖面土壤pH差異均不顯著。

2. 3 桉樹生長對(duì)稀土尾砂土壤有效養(yǎng)分的影響

不同樣地稀土尾砂土壤養(yǎng)分含量隨土壤深度的變化情況如表4所示。由表4可看出，除有效鉀和3年生桉樹純林20～40 cm土層的有效磷含量外，桉樹修復(fù)區(qū)0～60 cm土層的土壤養(yǎng)分含量整體上高于裸露尾砂區(qū)，且不同年限桉樹修復(fù)區(qū)的土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)出向表層土壤聚集的趨勢(shì)，說明桉樹生長對(duì)土壤養(yǎng)分具有表聚作用。在植被修復(fù)區(qū)，0～20 cm土層內(nèi)的土壤有效磷含量和4年生桉樹純林的有效氮含量顯著高于其他土層，其余養(yǎng)分在不同土層間的差異不顯著。在稀土尾砂裸露區(qū)，有效氮和有效鉀含量隨土壤深度的增加而遞增，可能受到淋溶作用的影響而不容易在地表聚集；有效磷含量隨土壤深度的增加而遞減，其中0～20 cm土層有效磷含量顯著高于60～80 cm土層。此外，4年生桉樹純林各土層的養(yǎng)分含量均高于3年生桉樹純林，表明土壤有效養(yǎng)分含量隨桉樹生長年限延長呈增加趨勢(shì)。

2. 4 稀土尾砂地表層土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

桉樹生長對(duì)稀土尾砂土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出表聚作用，主要原因可能是桉樹生長過程中形成的枯落層及根系減少了表層水土流失，同時(shí)減弱了淋溶作用。對(duì)稀土尾砂桉樹修復(fù)區(qū)0～20 cm土層土壤養(yǎng)分的相關(guān)分析結(jié)果（表5）表明，有效氮與有效磷、有機(jī)質(zhì)和pH均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）；有效鉀與有效氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)及pH也呈正相關(guān)，但相關(guān)性未達(dá)顯著水平。

3 討論

尋烏縣是東江的源頭，東江為香港提供了75%的飲用水，桉樹的生長對(duì)該區(qū)域內(nèi)廢棄稀土礦尾砂具有提高植被覆蓋度、調(diào)節(jié)土壤酸堿度及防治面源污染的作用，對(duì)保障粵港地區(qū)飲用水安全具有十分重要的作用。本文通過對(duì)稀土尾砂修復(fù)區(qū)植被類型進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的喬木層除桉樹外無別的樹木生長，下層植被主要以草類為主，如寬葉雀稗、芭毛草、狗尾草、鐵芒萁等，基本無灌木種類；隨著桉樹生長年限的增加，林下植被種類有所增多，表明桉樹對(duì)廢棄稀土礦尾砂地區(qū)植被的恢復(fù)具有一定的促進(jìn)作用，但恢復(fù)速度較慢，需要人工措施來加快其恢復(fù)。這與莊凱（2009）對(duì)福建稀土尾砂礦山廢棄地植被恢復(fù)的研究結(jié)果基本一致，在植被恢復(fù)初期，自然侵入種較少，而且草本層的物種多樣性均高于喬木和灌木，人工種植是恢復(fù)其物種多樣性的主要手段。

早期原地浸礦稀土開采工藝造成稀土尾砂中殘留草酸（H2C2O4）及SO42-濃度較高，導(dǎo)致土壤酸化嚴(yán)重（許煉烽等，1999；簡麗華，2012），直接影響植物種類及其生長狀況。植物生長會(huì)吸收或轉(zhuǎn)移土壤中的酸根離子，同時(shí)植被枯枝落葉等凋落物的腐爛回歸、植被根系的死亡與活動(dòng)等均可對(duì)土壤狀況產(chǎn)生影響，使其退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)并形成該區(qū)原有的植被群落（莊凱，2009）。土壤作為植物群落環(huán)境的主要因子，其有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)含量是稀土尾砂區(qū)植被恢復(fù)和生態(tài)重建的關(guān)鍵之一（王尚義等，2013）。本研究對(duì)稀土尾砂區(qū)土壤pH和有效養(yǎng)分的研究結(jié)果顯示，在裸露堆積的稀土尾砂中，其深層土壤的有效氮和有效鉀含量高于表層土壤，表現(xiàn)出明顯的淋溶作用，對(duì)區(qū)域地下水水質(zhì)及土壤表層養(yǎng)分的固持能力產(chǎn)生不利影響；經(jīng)過3～4年植被恢復(fù)的稀土尾砂礦區(qū)，其土壤pH、有效氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量明顯提高，且與桉樹修復(fù)時(shí)間密切相關(guān)，并且在土壤剖面中表現(xiàn)出明顯的表聚性。原因可能是桉樹生長形成的枯落層減少了降雨及地表徑流對(duì)表層土壤的侵蝕（時(shí)忠杰等，2010），減弱了淋溶作用。

受植被修復(fù)時(shí)間的限制，本研究結(jié)果僅反映了桉樹生長在短時(shí)間內(nèi)對(duì)稀土尾砂養(yǎng)分含量的影響，隨著植被修復(fù)時(shí)間的延長，廢棄稀土礦區(qū)尾砂植被群落的形成與恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境的改良及土壤微生物、養(yǎng)分的長期變化過程還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，桉樹在稀土尾砂區(qū)生長較好，其修復(fù)作用可有效改善稀土尾砂區(qū)土壤pH和養(yǎng)分含量，可作為該區(qū)植被修復(fù)的適宜樹種。

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（責(zé)任編輯 王 暉）