不同土地利用方式下土壤養(yǎng)分及重金屬變化特征

何永健 姜冉冉 王鶴翔 王芬 王正麗 張梅 皮秀芳 唐筱晗 侯秀麗

摘要 以云南蘭坪鉛鋅礦區(qū)中開采礦區(qū)、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田、紕江河周邊農(nóng)田為研究對(duì)象，測(cè)定土壤中氮磷含量及重金屬元素，對(duì)比不同土地利用方式下土壤污染程度。結(jié)果表明：礦區(qū)30年廢棄地土壤表層Cu、Cd、Pb含量分別為490.88、414.79、2 564.72 mg/kg，高于其他地區(qū)，超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別高出標(biāo)準(zhǔn)490%、41 479%、733%;開采礦區(qū)中土壤Pb含量為188.44～738.74 mg/kg，其中開采礦區(qū)中農(nóng)耕廢棄地土壤Pb含量高達(dá)738.74 mg/kg，說(shuō)明在礦區(qū)廢棄地及廢棄農(nóng)田中土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)較高。種植作物不會(huì)造成土壤Cu、Cd、Pb明顯差異，波動(dòng)范圍分別為16.48～19.14、9.98～61.68、59.74～84.91 mg/kg;礦山廢棄地土壤全磷最低，農(nóng)田有效磷高于其他土地利用類型;Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，說(shuō)明土壤中重金屬同源性較高。

關(guān)鍵詞 鉛鋅礦區(qū);重金屬;土壤肥力;變化特征;土地利用方式

中圖分類號(hào) S 153;S 158? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）18-0063-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.017

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Variation Characteristics of Soil Nutrients and Heavy Metals under Different Land Use Patterns

HE Yong-jian，JIANG Ran-ran，WANG He-xiang et al （College of Agronomy and Life Sciences，Kunming University，Kunming，Yunnan 650214）

Abstract The contents of nitrogen，phosphorus and heavy metals in the soil of mining area，mine wasteland，farmland around smelter and Pijiang River in Lanping of Yunnan Province were determined，and the degree of soil pollution under different land use patterns was compared.The result showed that the contents of Cu，Cd and Pb in the surface soil of abandoned land in 30 years were 490.88，414.79，2 564.72 mg/kg respectively，which were higher than those in other areas，and exceeded the standard of soil environmental quality standard，which were 490%，41 479% and 733% higher than the standard，respectively.The content of soil Pb in the mining area was 188.44-738.74 mg/kg，and the soil Pb in the agricultural wasteland in the mining area was as high as 738.74 mg/kg，which indicated that the risk of soil heavy metals in the mining wasteland and abandoned farmland was high.The fluctuation range of Cu，Cd and Pb in farmland was 16.48-19.14，9.98-61.68 and 59.74-84.91 mg/kg，respectively.The total phosphorus of mine wasteland was the lowest，and the available phosphorus of farmland was higher than other land use types.The correlation among Cu-Cd，Cu-Pb，Cd-Pb and Cd-Zn was strong，which indicated that heavy metals in soil had high homology.

Key words Lead-zinc mining area;Heavy metals;Soil fertility;Change characteristics;Land use patterns

我國(guó)土壤環(huán)境污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，其中重金屬污染尤為突出，重金屬鉛（Pb）通過(guò)冶煉、礦石風(fēng)化、礦上開采等方式進(jìn)入到土壤[1]，對(duì)土壤和農(nóng)（業(yè)） 產(chǎn)品產(chǎn)生威脅，進(jìn)而影響人類和動(dòng)物健康[2]。有關(guān)礦區(qū)土壤重金屬污染狀況、空間分布、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以及營(yíng)養(yǎng)條件的評(píng)估一直是研究熱點(diǎn)。土壤氮磷含量狀況是土壤肥力的重要標(biāo)志[3]，影響著作物生長(zhǎng)發(fā)育及其產(chǎn)量品質(zhì)，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能有著深刻的影響[4]。土壤重金屬污染具有隱蔽性、劇毒性、不可降解性和生物富集性，通過(guò)食物鏈傳遞的形式危害人體健康[5]。人類活動(dòng)過(guò)程對(duì)土壤氮磷和重金屬產(chǎn)生影響，而不同的土地利用方式是影響土壤氮磷和重金屬最普遍、最直接、最深刻的因素[6]。

近年來(lái)，一些研究集中于不同的土地利用類型下重金屬含量污染狀況和時(shí)空變化研究，以及不同形態(tài)的重金屬的時(shí)空分布特征[7]、累積特征[8-9]、土壤重金屬污染評(píng)價(jià)[10-11]等方面，而忽視了不同人類活動(dòng)引起不同土地利用變化對(duì)重金屬的影響，缺少結(jié)合土壤營(yíng)養(yǎng)元素綜合評(píng)估土壤生產(chǎn)力等方面的研究。云南西北蘭坪縣，礦藏資源富集，儲(chǔ)量居亞州第一，世界第二，被譽(yù)為 “云南有色金屬王國(guó)的明珠”，其鉛鋅尾礦廢棄地規(guī)模大，土壤貧瘠、干旱、重金屬污染嚴(yán)重[12]。在此背景下，很多自然和人為的生態(tài)過(guò)程都會(huì)對(duì)土壤氮磷和重金屬產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，而土地利用方式作為人類利用土地各種活動(dòng)的綜合反映，是影響土壤氮磷和重金屬最重要的因素。因此，筆者研究云南蘭坪礦山開采地區(qū)不同土地利用類型土壤重金屬含量變化，并結(jié)合土壤氮磷含量變化，系統(tǒng)分析不同土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤重金屬的影響，以期為精細(xì)化管理區(qū)域土地資源指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集

蘭坪金頂鉛鋅礦位于云南省怒江傈僳族自治州蘭坪白族普米族自治縣金頂鎮(zhèn)，是世界上17個(gè)超大型鉛鋅礦區(qū)之一，中國(guó)排名第二的鉛鋅礦，開采時(shí)間久，規(guī)模大[12]，礦區(qū)面積6.9 km2。在區(qū)域上屬于青藏高原東南緣蘭坪晚中生代—新生代盆地，礦區(qū)位于該盆地的中北部[13-14]。蘭坪盆地呈北北西—南南東向展布，寬20～75 km，長(zhǎng)度大于250 km，夾持于西側(cè)的碧羅雪山—崇山山脈與東側(cè)的雪龍山—點(diǎn)蒼山—哀牢山山脈之間，為西南“三江”造山帶的重要部分[15]。礦區(qū)屬于溫帶氣候，年平均氣溫10.4～11.8 ℃，海拔約2 380 m，年平均降水量為1 088.43 mm。蘭坪縣金頂鉛鋅礦發(fā)現(xiàn)開發(fā)早、儲(chǔ)量達(dá)、開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、涉及面積廣，對(duì)周圍的農(nóng)田生態(tài)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)造成極大破壞，土壤中重金屬鉛污染嚴(yán)重。

蘭坪金頂鉛鋅礦位于紕江上游，鋅冶煉廠位于采礦區(qū)山體下方，沿紕江河水田居多，旱地較少，主要作物有水稻、玉米、小麥等作物。根據(jù)蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)周邊的土地利用類型，分別選取開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田4種地點(diǎn)進(jìn)行采樣。在開采礦區(qū)分別選取待采礦區(qū)山體（峰子山、架崖山、蕨菜山、818架崖山）、礦區(qū)農(nóng)耕廢棄地、排土場(chǎng)（露天采礦剝離排土場(chǎng)）等采樣地點(diǎn)。在冶煉廠周邊選取玉米地、油牡丹等土地利用類型作為采樣地點(diǎn)。紕江河周邊的農(nóng)田主要分為紕江路周邊農(nóng)田、新井村等農(nóng)田采樣點(diǎn)。廢棄30年的礦山廢棄地屬于紕江河支流磨面河流域。在23個(gè)采樣地點(diǎn)，采用棋盤采樣法采集土壤樣品，具體的土壤采樣信息見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，去除石礫、有機(jī)殘?bào)w、植物根系等，分別過(guò)1.000、0.149 mm 篩制備不同粒級(jí)土壤樣品，后分別用于測(cè)定銅（Cu）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉛（Pb）4種重金屬含量及全磷、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有效磷含量。測(cè)定方法均采用中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《土壤監(jiān)測(cè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》，其中，Pb、Cd采用 GB/T 17141—1997，Cu、Zn采用GB/T 17138—1997，4種重金屬元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于 1%。全磷含量采用酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定，有效磷采用Olsen法（碳酸氫鈉法）測(cè)定，全氮含量采用杜馬斯定氮儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理 每個(gè)數(shù)據(jù)均為至少 3 個(gè)平行樣品的平均值。用SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，Origin 2018 進(jìn)行制圖。在進(jìn)行不同土地利用類型土壤重金屬對(duì)比分析時(shí)，以時(shí)間代替空間，對(duì)取土區(qū)域進(jìn)行劃分。開采礦區(qū)及廢棄地在當(dāng)前時(shí)間時(shí)段還遠(yuǎn)不能作為耕地進(jìn)行利用，歸為一個(gè)類別;紕江河兩邊灘涂，多為雜草覆蓋，經(jīng)過(guò)開墾種植，有少部分種植玉米、伴礦景天，此部分區(qū)域已經(jīng)具有種植條件所以歸為一類;在現(xiàn)有已進(jìn)行正常農(nóng)事耕作的土地利用區(qū)域歸為一類。為比較不同土地利用類型Cu、Zn、Cd、Pb重金屬含量之間的差異，在對(duì)土壤表層重金屬含量分析時(shí)，對(duì)土壤重金屬Cu、Zn、Cd、Pb數(shù)據(jù)進(jìn)行以10為底的對(duì)數(shù)處理，完成數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤重金屬污染特征

從不同采樣點(diǎn)土壤表層重金屬含量（表2）可以看出，有植被覆蓋的廢棄30年的礦區(qū)廢棄地土壤表層的Cu、Cd、Pb的含量分別為490.88、414.79、2 564.72 mg/kg，均高于開采礦區(qū)山體、紕江河周邊農(nóng)田、冶煉廠周邊區(qū)域，3種重金屬含量均超過(guò)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別高出標(biāo)準(zhǔn)490%、41 479%、733%;無(wú)植被覆蓋的礦山廢棄地土壤表層Cu、Cd、Pb顯著低于有植被覆蓋的礦山廢棄地。開采礦區(qū)山體采樣點(diǎn)，峰子山、架崖山、蕨菜山、農(nóng)耕廢棄地、排土場(chǎng)土壤表層的Cu含量無(wú)顯著差異;土壤中Cd、Zn含量表現(xiàn)為架崖山土壤表層2種重金屬含量最高，其值分別為575.18、1 285.05 mg/kg，分別高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)57 518%、428%;而土壤中Pb含量則是農(nóng)耕廢棄地含量最高，為738.74 mg/kg，高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)211%;峰子山、蕨菜山、農(nóng)耕廢棄地、排土場(chǎng)采樣點(diǎn)之間的Cd含量無(wú)明顯差異，其值在22.57～138.84 mg/kg，均高出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

紕江河周邊的農(nóng)田主要種植玉米、伴礦景天、蓖麻伴礦景天間作、萬(wàn)壽菊、油菜、印度芥菜幾種植物，采樣地點(diǎn)主要位于紕江路兩側(cè)、新井村附近。從表2可以看出，紕江河周邊農(nóng)田中因不同的植物種植而呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。在紕江河周邊不同植物種植區(qū)域之間土壤表層Cu、Cd、Pb含量無(wú)明顯差異，其值分別在16.48～19.14、9.98～61.68、59.74～310.69 mg/kg，Cd高出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而Cu和Pb則低于環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在3種重金屬中Pb含量高于Cu和Cd。土壤Zn含量則表現(xiàn)為種植伴礦景天和萬(wàn)壽菊的區(qū)域較低，分別為140.74、171.95 mg/kg，2種土地利用類型之間無(wú)明顯差異，但顯著低于紕江河周圍的其他植物種植區(qū)域，同時(shí)灘涂、蓖麻伴礦景天間作、玉米、葵花、萬(wàn)壽菊、印度芥菜幾種不同植物種植區(qū)域土壤表層Zn含量無(wú)明顯差異。

從表2可以看出，Cu、Cd、Pb含量在冶煉廠周邊不同植物種植區(qū)域之間無(wú)明顯差異，其值分別為17.20～23.36、21.44～113.25、187.23～421.18 mg/kg，其中Cu未超出環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，Cd含量超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明在冶煉廠周邊Cd含量超出標(biāo)準(zhǔn)值1 720%～2 336%，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，而Cu和Pb則在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。土壤表層中Zn則表現(xiàn)為油牡丹種植區(qū)域含量高于玉米、雜草種植區(qū)域，其值為1 234.68 mg/kg，超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值411%。冶煉廠周邊的玉米地Pb含量為421.18 mg/kg，超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值120%，在農(nóng)田中風(fēng)險(xiǎn)較高。

在紕江河周邊農(nóng)田種植作物的不同會(huì)對(duì)土壤表層的Cu、Cd、Pb之間造成明顯差異，但農(nóng)田中所有采樣點(diǎn)的土壤表層Cd含量高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在農(nóng)田中土壤Pb的波動(dòng)范圍較高，這說(shuō)明該紕江河周邊農(nóng)田可能會(huì)由于耕作方式的不同會(huì)引起Pb較大幅度的波動(dòng)。冶煉廠位于開采礦區(qū)山體下方，沿紕江河建廠，同時(shí)在冶煉過(guò)程中會(huì)伴隨廢水的排放導(dǎo)致周邊土壤中重金屬累積。在冶煉廠周邊農(nóng)田主要種植玉米、油菜及野生雜草等植物，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。在種植玉米的農(nóng)田中土壤Pb含量環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高，這可能是由于冶煉廠周邊的農(nóng)田由于其冶煉過(guò)程中廢氣、廢液等物質(zhì)的排放，經(jīng)過(guò)空氣沉降及河流的輸移等作用，導(dǎo)致冶煉廠周邊農(nóng)田Pd含量超標(biāo)，同時(shí)會(huì)造成局部地區(qū)中土壤中Pb環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值較高，在空間上表現(xiàn)在空間區(qū)域分布的不均勻性。

2.2 不同土地利用類型土壤肥力特征 土壤養(yǎng)分是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源，不同的土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分有顯著影響。土壤養(yǎng)分在向下層輸移之前會(huì)先聚集于土壤表層[15]，并且土壤表層由于微生物及土地耕作方式不同土壤養(yǎng)分循環(huán)更快，所以該研究對(duì)不同土地利用方式之間土壤表層的氮、磷、有效磷等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

從表3可以看出，土壤表層全磷含量開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田全磷含量分別為0.25～0.48、0.42～0.72、0.49～0.70、0.60～0.70 g/kg，冶煉廠周邊農(nóng)田土壤表層全磷含量小于其他3種土地類型。通過(guò)比較不同采樣地點(diǎn)土壤表層全磷含量，發(fā)現(xiàn)紕江河周邊種植玉米的區(qū)域全磷含量最高，為0.72 g/kg，最低為采礦區(qū)中的蕨菜山，為0.25 g/kg。紕江河周邊農(nóng)田土壤全磷含量因耕地施肥的影響，土壤表層全磷含量高于開采礦區(qū)。一般認(rèn)為土壤全磷含量的高低主要受土壤母質(zhì)、成土作用和氣候的影響，在該研究中采樣點(diǎn)范圍內(nèi)土壤均發(fā)育于相同母質(zhì)，氣候變化也較為接近，所以土壤表層全磷在開采礦區(qū)變異相對(duì)較少。但廢棄地是由于在開采過(guò)程中對(duì)土壤擾動(dòng)，在廢棄地中有植被覆蓋和無(wú)植被覆蓋的區(qū)域，造成土壤全磷變異較大。另外，重金屬在土壤中的累積導(dǎo)致土壤性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響到土壤P含量[16]。重金屬進(jìn)入土壤后，會(huì)與土壤組分發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，從而影響到土壤對(duì)P的保持能力[17]，重金屬在土壤中的累積達(dá)到一定量后，將占據(jù)土壤膠體的吸附位，影響P在土壤中的吸附、解吸和形態(tài)的分配，加之，在重金屬污染的土壤中微生物及酶活性受高濃度的重金屬污染所抑制[18]，從而導(dǎo)致土壤肥力下降。

從表3可以看出，土壤表層有效磷含量在開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、冶煉廠周邊農(nóng)田之間差異性顯著，廢棄地與開采礦區(qū)不存在顯著差異。4種土地利用類型有效磷含量分別為11.78～29.22、72.80～178.59、17.61～23.27、121.60～232.92 mg/kg。通過(guò)比較不同土地利用類型之間土壤表層有效磷含量，發(fā)現(xiàn)冶煉廠周邊農(nóng)田有效磷含量最高，為232.92 mg/kg，最低值也高達(dá)121.60 mg/kg，冶煉廠周邊農(nóng)田中有效磷含量顯著高于開采礦區(qū)及礦山廢棄地這2種土地利用類型。對(duì)比紕江河周邊農(nóng)田發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域中種植玉米的農(nóng)田土壤有效磷含量最高，為178.59 mg/kg，明顯高于葵花、油菜、萬(wàn)壽菊、印度芥菜、伴礦景天種植地，這可能是玉米種植過(guò)程中施用化肥、有機(jī)肥較為頻繁，隨著耕作年限的延長(zhǎng)土壤中氮、磷累積增加;同時(shí)玉米地翻耕次數(shù)較多，土壤含水量、透氣性等土壤性質(zhì)會(huì)隨之改變。開采礦區(qū)和廢棄地土壤表層有效磷含量低于其他土地利用類型，表明這2種土地利用類型土壤中其土壤磷素活化能力較低[19]。

土壤表層全氮含量表現(xiàn)為紕江河周邊>開采礦區(qū)>冶煉廠周邊>廢棄地，4種土地利用類型土壤全氮含量分別為1.24～10.88、4.23～6.10、0.50～0.85、3.93～6.23 g/kg。農(nóng)耕廢棄地土壤全氮含量最高，其值為10.88 g/kg，礦山廢棄地土壤表層全氮含量最低，為0.50 g/kg;紕江河周邊、冶煉廠周邊全氮含量在不同作物種植模式下變化幅度較小。相關(guān)研究表明，土壤C和N不僅受氣候、土壤類型、土壤母質(zhì)、地性地貌和植被類型等自然環(huán)境因素的影響，同時(shí)也受到不同土地利用類型、田間管理措施等人類活動(dòng)的顯著影響[20]。土地利用方式主要通過(guò)土壤養(yǎng)分的輸入輸出量來(lái)控制土壤N的累積和釋放速率。在養(yǎng)分輸入方面，開采礦區(qū)及礦山廢棄地覆蓋自然植物，枯枝落葉存在較多積存，土壤中有機(jī)氮成為重要的輸入來(lái)源，從而導(dǎo)致土壤中氮含量存儲(chǔ)較高[21]。而農(nóng)田的復(fù)種指數(shù)較高，土壤通氣條件較好，土壤孔隙度和氧氣含量增加，好氧型微生物活動(dòng)增強(qiáng)[22]，加速土壤有機(jī)氮的分解，同時(shí)N容易產(chǎn)生流失。另外，由于農(nóng)田常年頻繁且不合理的耕作下，土壤礦化作用增強(qiáng)，消耗大量有機(jī)質(zhì)過(guò)程中釋放的氮素大部分直接被農(nóng)作物吸收，另一方面撂荒地在一定程度上可以恢復(fù)土壤肥力[23]，導(dǎo)致土壤全氮含量高于農(nóng)田。廢棄地中有植被覆蓋的廢棄地和無(wú)植被覆蓋的廢棄地全氮含量分別為0.85、0.50 g/kg，說(shuō)明在廢棄地中無(wú)植被覆蓋的土壤呈裸露狀態(tài)，水和風(fēng)等氣象因素直接作用于土壤，因而土壤全氮含量低于有植被覆蓋的廢棄地。對(duì)比紕江河周邊農(nóng)田發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域中土壤中全氮含量在不同植物種植地中無(wú)顯著差異，說(shuō)明農(nóng)田中種植作物種類對(duì)土壤表層全氮含量無(wú)明顯影響。

2.3 不同土地利用類型土壤重金屬波動(dòng)規(guī)律

該研究中根據(jù)采樣點(diǎn)距離采礦區(qū)及冶煉廠距離，對(duì)采樣地點(diǎn)進(jìn)行分類，把采礦區(qū)域及礦山廢棄地歸為一類，其代表開采活動(dòng)對(duì)土壤重金屬的影響程度;紕江河是瀾滄江的支流，流經(jīng)蘭坪縣，河谷平坦，農(nóng)田分布相對(duì)集中，以冶煉廠為起始采樣點(diǎn)，沿流域根據(jù)不同種植作物的農(nóng)田設(shè)置樣地點(diǎn)、河谷中的農(nóng)田分布為準(zhǔn)則把農(nóng)田采樣點(diǎn)劃分為紕江河周邊農(nóng)田及紕江灘涂農(nóng)田2種類型。不同土地利用方式土壤表層重金屬含量的變化規(guī)律如圖1所示。在土壤表層Pb含量的平均值表現(xiàn)為開采礦區(qū)及廢棄地>紕江河灘涂>紕江河周邊農(nóng)田，平均值分別為2.75、2.35、1.83 lg（mg/kg）。在開采礦區(qū)及廢棄地中土壤Pb、Cu、Cd變動(dòng)范圍高于其他土地利用類型，其中在開采礦區(qū)及廢棄地這類土地類型中土壤表層Cd含量為1.35～2.85 lg（mg/kg）。在開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層Cd平均含量為 2.10 lg（mg/kg），高于紕江河灘涂及紕江河周邊農(nóng)田。從圖1可以看出，Zn含量變化趨勢(shì)表現(xiàn)為開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層Zn含量平均值最高，為2.68 lg（mg/kg），其次是紕江河灘涂，紕江河周邊農(nóng)田土壤表層的Zn含量平均值最低，為2.52 lg（mg/kg）。Cu含量在開采礦區(qū)及廢棄地表層土壤中最高，為1.51 lg（mg/kg），變化幅度最大，在1.17～2.69 lg（mg/kg）;在紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田2個(gè)區(qū)域平均值沒(méi)有明顯差異，分別為1.28、1.23 lg（mg/kg）。紕江河周邊農(nóng)田土壤表層Zn含量變化幅度最大，為2.15～3.09 lg（mg/kg），均高于其他2種土地利用類型。

2.4 不同土地利用類型土壤營(yíng)養(yǎng)元素狀況 從采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田3種土地利用類型土壤全氮、全磷、有效磷的變化趨勢(shì)（圖2）可以看出，土壤表層全磷含量的平均值表現(xiàn)為紕江河周邊農(nóng)田>紕江河灘涂>開采礦區(qū)及廢棄地，其值分別為0.60、0.52、0.43 g/kg。開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層全磷含量在0.25～0.70 g/kg，高于其他土地利用類型，這可能是由于礦區(qū)開采及對(duì)表層土壤擾動(dòng)較大，在開采礦區(qū)及廢棄地坡度較大，土壤表層經(jīng)擾動(dòng)土質(zhì)疏松，因雨水沖刷會(huì)引起嚴(yán)重的水土流失，表層土壤流失較快，致使土壤中全磷的波動(dòng)范圍較大。紕江河灘涂土壤有效磷含量的平均值最高，為120.02 mg/kg，而紕江河周邊農(nóng)田和采礦區(qū)及廢棄地土壤表層有效磷含量平均值分別為93.54、18.40 mg/kg。這可能是因?yàn)榱追侍砑雍罄寐实停?dāng)季的利用率只有10%～25%[24];未被作物吸收的磷很容易隨水流損失，水流沖積后磷元素在灘涂中會(huì)以多種形態(tài)累積下來(lái)，使紕江河灘涂土壤有效磷含量高于其他土地利用類型[25]。

在采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田在3種土地利用類型中土壤全氮含量平均值分別為3.84、4.29、5.07 g/kg，其中紕江河周邊農(nóng)田土壤表層全氮含量最高。農(nóng)田土壤氮庫(kù)的形成，在某種程度上是由于人類的耕作模式影響土壤潛育的成土過(guò)程。我國(guó)是世界上化肥生產(chǎn)量和施用量最多的國(guó)家之一，農(nóng)田化肥施用平均量（折純量）高達(dá)375 kg/hm2，遠(yuǎn)高于世界施肥安全上限 （225 kg/hm2），超過(guò)美國(guó)3倍，一些蔬菜地和特色經(jīng)濟(jì)作物用地施肥量甚至高達(dá) 1 000 kg/hm2，而氮肥利用率僅在30%～35%[26-27]。云南蘭坪此處高山峽谷之地，土地資源短缺，復(fù)種指數(shù)高，為提高單位土地面積上作物產(chǎn)量，化肥使用量較高。

開采礦區(qū)及廢棄地中土壤表層全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍最大，為0.50～10.88 g/kg。在該研究中開采礦區(qū)中峰子山、架崖山、蕨菜山3地屬于待采礦區(qū)，山體覆蓋大量植被;采礦廢棄地是廢棄的排土場(chǎng)，土壤比較松散，水土流失較為嚴(yán)重，造成在不同采礦空間區(qū)域內(nèi)土壤全氮變異范圍較大。

2.5 土壤重金屬含量與營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)性 從土壤重金屬Cu、Cd、Pb、Zn含量和土壤全磷（TP）、全氮（TN）、有效磷（AP）含量相關(guān)性分析結(jié)果（表4）可以看出，Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別是0.553、0.930、0.682、0.490，并通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明Cu、Cd、Pb、Zn元素兩兩之間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，元素之間的同源性較高，土壤中 Cd、Cu、Pb、Zn 可能受到成土母質(zhì)的影響，同時(shí)又可能農(nóng)田受到外源輸入的影響。一般來(lái)說(shuō)，Cd、Cu、Pb、Zn的組合表征人類活動(dòng)的影響[28-29]。有些研究發(fā)現(xiàn)在西班牙牧草地和西班牙Ebro流域中Cd、Cu、Pb和Zn主要為人為來(lái)源，密集的農(nóng)業(yè)活動(dòng)顯著影響Cd、Cu、Pb和Zn的含量[30-32]。在蘭坪縣金頂?shù)V區(qū)80%以上可以露天開采，露天采礦造成廢礦石、廢水、尾礦、冶煉廢渣等大量堆積地表[33]，該礦區(qū)地勢(shì)陡峻，易于匯水，特別是在雨季，大量富Cd廢石、礦渣等隨地表徑流進(jìn)入土壤。另外，在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中化肥及農(nóng)藥的施用，會(huì)造成農(nóng)田土壤中重金屬富集[34]，認(rèn)為Cd和Cu等重金屬與土壤中有機(jī)質(zhì)、速效氮和速效磷來(lái)源相似。在該研究中Cd-TN、Cu-TN之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系?？梢酝茰y(cè)在蘭坪縣金頂?shù)V業(yè)土壤中Cd和Cu的來(lái)源并非是使用農(nóng)藥和化肥所致，很大程度上土壤中重金屬來(lái)源于礦區(qū)開采及土壤母質(zhì)成分。

3 結(jié)論與討論

該研究中礦山廢棄地中Cu、Cd、Pb均高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并且在廢棄地中無(wú)植被覆蓋的區(qū)域Cu、Cd、Pb含量顯著低于有植被覆蓋的區(qū)域;在開采礦區(qū)及采礦跡地中重金屬呈現(xiàn)不同程度的累積，盡管廢棄地已經(jīng)廢棄了30年之久，但長(zhǎng)期開采有色金屬礦藏所形成的廢棄地對(duì)當(dāng)?shù)赝寥拉h(huán)境造成了一定程度的破壞，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高。如果采用空間代替時(shí)間的方法動(dòng)態(tài)看待采礦區(qū)在若干年后轉(zhuǎn)變成礦山廢棄地，在后續(xù)幾十年中其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍然很高。

通過(guò)對(duì)不同采樣點(diǎn)按照土地利用方式進(jìn)行分類，把23個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行歸類，分為采礦區(qū)域及礦山廢棄地、紕江河周邊農(nóng)田、紕江灘涂農(nóng)田3種類型。開采礦區(qū)及礦山廢棄地土壤Pb、Cd、Cu平均值及波動(dòng)范圍均高于其他2種類型，土壤Zn則是紕江河周邊農(nóng)田平均值最低，且Zn變異幅度最大。土壤Zn的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易因翻耕、灌溉等因素影響向周邊及深層土壤擴(kuò)，從而導(dǎo)致紕江河周邊農(nóng)田在不同作物種植、不同的水分條件下農(nóng)田Zn含量變化幅度大。

土壤養(yǎng)分是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源，不同的土地利用方式對(duì)土壤養(yǎng)分有顯著影響。土壤養(yǎng)分在向下層輸移之前會(huì)先聚集于土壤表層[15]，并且土壤表層由于微生物及土地耕作方式不同土壤養(yǎng)分循環(huán)更快，所以該研究對(duì)不同土地利用方式之間土壤表層的全氮、全磷、有效磷等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。該研究中紕江河周邊種植玉米土壤中全磷含量最高。土壤有效磷是衡量土壤肥力的主要指標(biāo)之一，是作物可直接吸收的磷素，其主要來(lái)源于無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化。該研究中土壤有效磷含量總體表現(xiàn)為紕江河周邊農(nóng)田>冶煉廠周邊農(nóng)田>開采礦區(qū)>廢棄地，表明隨著種植作物年限的延長(zhǎng)土壤中有效磷呈現(xiàn)累積現(xiàn)象，這可能是由于施用化肥所造成。與其他元素相比，磷素容易產(chǎn)生化學(xué)固定作用，大部分已閉蓄態(tài)的形式累積在土壤中，然而當(dāng)土壤磷素積累到一定程度，淋失強(qiáng)度就會(huì)迅速增加，大大增加了土壤磷素流失風(fēng)險(xiǎn)，成為面源污染中磷的主要來(lái)源。開采礦區(qū)和廢棄地土壤表層有效磷含量低于其他土地利用類型，說(shuō)明礦區(qū)開采跡地中土壤磷素活化能力較低。

該研究中開采礦區(qū)全氮含量最高，紕江河周邊的農(nóng)田及冶煉廠周邊的農(nóng)田土壤表層全氮含量較低。采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田3種土地利用類型土壤全氮、全磷、有效磷的變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)表明，土壤表層全磷和全氮含量的平均值為紕江河周邊農(nóng)田>紕江河灘涂>開采礦區(qū)及廢棄地，且開采礦區(qū)及廢棄地全磷含量高于其他土地利用類型，這可能是由于礦區(qū)開采及對(duì)表層土壤擾動(dòng)較大，在開采礦區(qū)及廢棄地中坡度較大，土壤表層經(jīng)擾動(dòng)土質(zhì)疏松，因雨水沖刷會(huì)引起嚴(yán)重的水土流失，表層土壤流失較快，致使就土壤中全磷的波動(dòng)范圍較大。

土壤元素之間的相關(guān)性分析可反映有關(guān)元素之間的關(guān)聯(lián)情況，有助于重金屬來(lái)源的辨識(shí)。該研究中Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間顯著相關(guān);Cd-TN、Cu-TN之間存在負(fù)相關(guān)，這說(shuō)明蘭坪礦區(qū)開采及其土壤高背景值是造成土壤重金屬高的主要原因。

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