尋烏縣稀土尾礦區(qū)不同植被恢復(fù)措施對(duì)土壤硫酸銨消除效果研究

毛 俊

（樟樹市生態(tài)林場(chǎng)保護(hù)中心，江西省樟樹 331200）

1 尋烏縣區(qū)域概況

研究區(qū)位于江西省尋烏縣雙茶亭廢棄稀土礦區(qū)（E115°42′14″～115°44′12″,N 24°52′40″～24°54′17″），距離尋烏縣城東南方12km；屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫18.9℃，年均降雨量1650.3mm；雨季主要集中于4-6 月份，全年溫暖濕潤，雨量充沛。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。

2 樣地選擇及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣地的選擇

本研究樣地分為2009 年桉樹種植林、2010 年桉樹種植林、2010 年桉樹毛竹混交林、毛竹林以及2～3年生的桉樹林。由于2009 年的桉樹林內(nèi)枯枝落葉較厚，林間的灌木目前較少，故只在枯枝落葉下取點(diǎn)；另在自然生長(zhǎng)植被的紅壤區(qū)域選取一塊樣地作為空白對(duì)照。所有處理采樣的土層厚度為0～20cm、20～40cm，每塊樣方面積均為10m×10m。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 pH 值測(cè)定。將土樣與蒸餾水1∶2.5 完全混合后，攪拌過濾，得到濾液。將pH 計(jì)的探頭用氯化鉀潤洗后擦干放入標(biāo)準(zhǔn)液中，校準(zhǔn)pH 計(jì)度數(shù)，再將pH 計(jì)用蒸餾水潤洗擦干，放入待測(cè)液中，待pH 計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。

2.2.2 銨態(tài)氮的測(cè)定。土壤浸出液中銨在強(qiáng)堿性介質(zhì)中與次氯酸鹽和本酚作用，生成水溶性染料靛酚藍(lán)，溶液的藍(lán)色很穩(wěn)定，在銨態(tài)氮濃度為0.05～0.5mg/L 范圍內(nèi)，其深淺與銨態(tài)氮含量成正比。

反應(yīng)體系的pH 值應(yīng)為10.5～11.7 硝普鈉[硝基鐵氰化鈉,或稱亞硝基?；迩杌翔F（Ⅲ）酸鈉]，Na2Fe(CN)5NO]是此反應(yīng)的催化劑能加速顯色，增強(qiáng)藍(lán)色及其穩(wěn)定性。在20℃左右室溫時(shí)一般需放置1h 后比色，完全顯色約需2～3h。生成的藍(lán)色很穩(wěn)定，24h 內(nèi)吸收值無顯著變化。比色時(shí)在625nm 處測(cè)量吸收值。待測(cè)液中如有干擾的金屬離子，可用EDTA 等螯合劑掩蔽。

2.2.3 硫酸根離子的測(cè)定。選用EDTA 間接滴定法，先用過量的氯化鋇將溶液中硫酸根沉淀完全，過量鋇在pH10 時(shí)加鈣鎂混合指示劑，用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

2.2.4 速效磷、速效鉀的測(cè)定。采用TFC 土壤化肥速測(cè)儀測(cè)定。TFC 土壤化肥速測(cè)儀的原理與分光光度計(jì)類似，即根據(jù)比爾定律，當(dāng)某單色光通過溶液時(shí)，其能量就會(huì)被吸收而減弱，光能量減弱程度和物質(zhì)濃度有一定的比例關(guān)系。將取得的樣品自然晾干后，根據(jù)TFC土壤化肥速測(cè)儀操作手冊(cè)進(jìn)行測(cè)定。

2.2.5 土壤自然含水率的測(cè)定。土壤含水量通常用烘干法測(cè)定。將采集的新鮮土樣用環(huán)刀裝好、稱重，并且在105℃的恒溫干燥箱中烘干8h，待自然冷卻后稱重，天平顯示讀數(shù)不變后記錄數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算方式如下：

其中m1為濕土與環(huán)刀重，m2為烘干后的干土與環(huán)刀重，m3為環(huán)刀重量。

3 結(jié)果與分析

3.1 稀土尾礦區(qū)硫酸根離子的分布特征

3.1.1 不同土層下硫酸根離子的對(duì)比。在同一種植被下，對(duì)比不同土層之間硫酸根離子含量可以發(fā)現(xiàn)，0～20cm 土層比20～40cm 土層的含量更少。原因是在尾礦區(qū)采用硫酸銨提取稀土后土壤的粒徑、容重、含水量等發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致土壤蓄水能力減弱；土壤中物質(zhì)通過下滲到達(dá)下層土壤，從而導(dǎo)致硫酸根離子聚集，使得下層土壤含量更多。

3.1.2 不同林地之間硫酸根離子含量變化。由表1 可以看出，不同的林地都能吸收消除一定量的硫酸根離子，但吸收量又不相同。其中，桉竹林對(duì)硫酸根離子吸收最為明顯，土壤中的硫酸根離子含量已經(jīng)接近正常水平。對(duì)比桉竹林、毛竹林和2009 年桉樹林，可以發(fā)現(xiàn)單一桉樹林或者毛竹林都沒有桉樹毛竹混交林吸收作用明顯。但是桉樹林又比毛竹林的作用明顯，毛竹林具有一定的吸收作用，但效果不大。對(duì)比2009 年桉樹林和10 年桉樹林以及2～3 年生桉樹林發(fā)現(xiàn)，2009 年桉樹林土壤中的硫酸根含量最少，2010 年桉樹林次之，2～3 年生含量最多，說明隨著種植年限的增長(zhǎng)，土壤中硫酸根離子含量越來越少。

表1 不同土層下SO42-的濃度 單位：g/kg

3.2 土壤中銨根離子的變化

由圖1 可以看出，土壤中銨態(tài)氮含量最高的是裸地，也就是稀土尾礦裸露區(qū)域，其次是2～3 年生的桉樹林，其余林地中銨態(tài)氮都有一定減少。從整體上來看，0～20cm 土層銨態(tài)氮含量要高于20～40cm 土層，對(duì)比桉樹林、毛竹林和桉樹毛竹混交林，都是土層20～40cm 銨根離子含量更低，這說明桉樹、毛竹的越往下越發(fā)達(dá)，吸收生長(zhǎng)所必備的元素氮更多，從而這一土層下銨根離子含量更低。

表2 不同樹林下的NH4+的濃度 單位：mg/kg

裸露地區(qū)與2～3年生桉樹林0～20cm下與20～40cm 銨根離子含量略少一點(diǎn)，原因在于土地裸露沒有植被覆蓋，裸露地區(qū)的含水量非常多，部分銨根離子揮發(fā)，從而造成這一現(xiàn)象。

對(duì)比不同時(shí)間段種植桉樹林可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)間越長(zhǎng)，土壤中銨根離子越少，說明桉樹對(duì)銨根離子的吸收是有效的。同時(shí)，2009 年桉樹林的銨態(tài)氮含量少于正常紅壤區(qū)的含量，說明2009 年桉樹林銨態(tài)氮含量已經(jīng)偏低，如不適當(dāng)補(bǔ)充氮肥，可能會(huì)影響桉樹林正常生長(zhǎng)。

3.3 土壤中的pH 值

由表3 可知，土層0～20cm 比20～40cm 的pH 值更低。通常情況下，土壤中NH4+會(huì)發(fā)生水解，使得土壤變?yōu)樗嵝?，在比較不同土層下NH4+的濃度時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，0～20cm 的NH4+濃度比20～40cm 的更高，這與pH 值大小關(guān)系是吻合的。表明銨根離子濃度越高，pH 數(shù)值越小，土壤的酸性越強(qiáng)。

表3 不同林地下土壤的pH 值

3.4 速效磷、速效鉀的含量分析

對(duì)比圖2、3 可知，土壤中速效鉀含量更高，裸地、紅壤區(qū)桉樹毛竹混交林的速效鉀含量明顯低于2009年、2010 年桉樹林和2～3 年生桉樹林，原因是桉樹林中土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，減少了水土流失，增加了土壤中的養(yǎng)分含量。2009 年桉樹林和2～3 年桉樹林速效磷含量偏低，是2009 年桉樹林枯枝落葉層較厚，土壤已經(jīng)明顯改良，桉樹林的養(yǎng)分被植物吸收，含量較低。2～3 年桉樹林含量較低，原因是桉樹林改良土壤效果不明顯，仍然存在水土流失。

3.5 土壤容重的測(cè)定及含水率分析

由圖4 可知，不同林地土壤中含水率都比裸地的更高，說明土壤團(tuán)粒之間孔隙更多，能夠持有較多水分，也說明了土壤物理性質(zhì)發(fā)生了改變，提高了土壤蓄水能力。此外，隨著桉樹林年限增長(zhǎng)，土壤中含水量逐漸增多，含水量最高的是2009 年桉樹林，其次是2010年桉樹林，再是2～3 年生桉樹林，含水量分別為16.89%、16.81%、14.97%，分別比裸地提高了3.52、3.44、1.60 個(gè)百分點(diǎn)。

由圖4 可知，所有林地容重均小于裸地容重，這說明經(jīng)過一段時(shí)間植被恢復(fù)治理，土壤中水分逐漸增多，使得土壤容重變小，也說明了植被根系深入到土壤中后，改變了土壤緊實(shí)程度，使土壤更為疏松。理論上，正常紅壤區(qū)容重遠(yuǎn)小于裸地，然而紅壤區(qū)容重與裸地容重大致相同，原因在于紅壤區(qū)的取樣點(diǎn)是在無植被覆蓋情況下取得，這是本實(shí)驗(yàn)的不足之處。

3.6 桉樹及其混交林對(duì)改善土壤的效果評(píng)價(jià)

在稀土尾礦區(qū)，土壤為砂質(zhì)土，土質(zhì)疏松，土壤中殘留了大量硫酸銨，水土流失嚴(yán)重。通過分析土壤中硫酸銨的殘留量與土壤容重含水量，綜合分析桉樹混交林對(duì)土壤的改良效果。

由表5 可知，紅壤區(qū)也存在硫酸根離子，消除率是與裸地硫酸根離子相比較的（背景值0.089g/kg）。通過桉樹林種植年限比較得知，時(shí)間越長(zhǎng)，硫酸根離子消除量越多；除了紅壤區(qū)，消除率最高是桉樹毛竹林，原因在于桉樹毛竹根系發(fā)達(dá)，毛竹在20～40cm 土層的根系特別多。對(duì)比桉樹毛竹林和桉樹林，桉樹毛竹林的消除率更高，說明消除硫酸根離子可以選擇種植深根系的植物。

表5 不同混交林對(duì)硫酸根離子的消除率 單位：%

對(duì)土壤pH、容重、自然含水率的研究發(fā)現(xiàn)，桉樹林地隨著時(shí)間增長(zhǎng)，林地中銨根離子逐漸減少，pH 值增大，且土壤中物理性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了明顯改變，土壤容重變小，含水量增多。

4 結(jié)論

4.1 桉樹林對(duì)硫酸銨的消除影響

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，土壤中硫酸根離子的20～40cm 土層含量更多，銨根離子含量在0～20cm 土層更多。桉樹林對(duì)土壤中硫酸銨具有消除作用，且隨著種植年限增長(zhǎng)，桉樹林硫酸銨越來越少。在桉樹混交林中，桉樹毛竹混交林的消除作用最大，因而在稀土尾礦區(qū)種植深根系植物可以有效地消除硫酸銨。

4.2 土壤中物理性質(zhì)變化

與尾礦區(qū)裸露地塊相比，土壤中自然含水率在不同林地中都得到了不同程度提高，容重均有一定下降，pH 值在0～20cm、20～40cm 的土層都上升了。從這3 個(gè)層面可以得出，土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，植被生長(zhǎng)環(huán)境正在好轉(zhuǎn)，且桉樹林種植時(shí)間越長(zhǎng)，土壤改良效果越明顯。

綜合結(jié)果表明，桉樹以及桉樹混交林對(duì)硫酸銨具有一定消除作用，土壤中自然含水量增加，容重減小、pH 值增大，速效磷和速效鉀的分布不一，但整體表明，隨著種植年限的變化，土壤已經(jīng)得到了改良，能夠生長(zhǎng)鐵芒萁這類植物，并且在尾礦區(qū)種植桉樹、毛竹等深根系的植物，能夠有效地減少硫酸銨的含量，增加土壤含水量。

（收稿：2022-01-27）