祁連山區(qū)礦山廢棄地土壤養(yǎng)分恢復(fù)效果評(píng)價(jià)

摘 要：祁連山區(qū)于2017年開(kāi)始關(guān)停礦山并持續(xù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，為了解礦山廢棄地土壤養(yǎng)分恢復(fù)效果并為其后續(xù)土壤治理及生態(tài)修復(fù)提供參考，分別選取煤礦、銅礦和砂石礦各1座，在各礦廢棄地修復(fù)區(qū)和周邊原地貌區(qū)分別設(shè)置樣區(qū)，測(cè)定土壤養(yǎng)分指標(biāo)，對(duì)比分析礦山廢棄地修復(fù)區(qū)與周邊原地貌土壤養(yǎng)分指標(biāo)的差異。結(jié)果表明：1）祁連山區(qū)煤礦、銅礦、砂石礦周邊原地貌區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于廢棄地修復(fù)區(qū)的，其中有機(jī)質(zhì)、全鉀等養(yǎng)分含量差異顯著；2）煤礦廢棄地修復(fù)區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于銅礦和砂石礦廢棄地修復(fù)區(qū)的，其原因可能與生態(tài)修復(fù)中的人工林樹(shù)種組成不同有關(guān)；3）研究區(qū)0～20cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分含量普遍高于20～40 cm土層的，存在“表聚現(xiàn)象”；4）在后續(xù)的植被恢復(fù)中，應(yīng)根據(jù)局地地理、氣候環(huán)境條件，因地制宜選擇適宜修復(fù)區(qū)生長(zhǎng)的鄉(xiāng)土優(yōu)勢(shì)植物種并進(jìn)行喬灌草合理配置，以提高生態(tài)修復(fù)效果。

關(guān)鍵詞：礦山廢棄地；土壤養(yǎng)分；生態(tài)修復(fù)；土壤治理；評(píng)價(jià)；祁連山區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.4；X825 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.018

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EvaluationonofSoilNutrientRestorationEffectin AbandonedMiningLandinQilianMountains

PEIZuohai1，2，TANMinshan1，2，CAIHaizhen1，2，YANGJingwen1，2，LIJing1，2

（1.GansuInstituteofSoilandWaterConservationSciences，Lanzhou730000，China；2.GansuSoilandWaterConservationEngineeringResearchCenter，Lanzhou730000，China）

Abstract：TheQilianMountainareabegantoshutdownminesin2017andcontinuedecologicalrestoration.Inordertounderstandtheeffect ofsoilnutrientrestorationinabandonedmininglandandprovidereferenceforitssubsequentsoilmanagementandecologicalrestoration，one coalmine，onecoppermineandonegravelminewereselectedrespectively，andasampleareawassetupintherestorationareaofeacha？ bandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapearearespectivelytodeterminethesoilnutrientindexes，andcompareandana？ lyzethedifferencebetweensoilnutrientindexesoftherestorationareaofabandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapesoil. Theresultsshowthata）thesoilnutrientstatusoftheoriginallandscapearoundthecoal，copperandgravelminesinQilianMountainareais betterthanthatoftherestorationareaoftheabandonedland，inwhichthedifferenceinthenutrientcontentsoforganicmatterandtotalpotas？ siumissignificant；b）thesoilnutrientstatusoftherestorationareaofabandonedmininglandisbetterthanthatoftherestorationareaofa？ bandonedcopperandgravelminingland，thereasonmayberelatedtothedifferenttreespeciescompositioninartificialforestsduringecolog？ icalrestoration；c）thesoilorganicmatter，totalnitrogenandothernutrientsinthe0-20cmsoillayeraregenerallyhigherthanthoseinthe 20-40cmsoillayerinthestudyarea，andthereisthe“phenomenonofsurfaceaggregation”；d）inthesubsequentvegetationrestoration，n？ ativedominantplantspeciessuitableforgrowthintherestorationareashouldbeselectedaccordingtothelocalgeographicandclimaticenvi？ ronmentalconditions，andtree，shrubandgrassshouldbereasonablyallocatedtoimprovetheecologicalrestorationeffect.

Keywords：abandonedminingland；soilnutrient；ecologicalrestoration；soilmanagement；evaluation；QilianMountain

0 引言

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，但礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄地，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)改變、肥力下降、植被減少、生態(tài)功能退化[1-3]。對(duì)礦山廢棄地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，實(shí)質(zhì)上就是重建生態(tài)系統(tǒng)，而植被恢復(fù)是修復(fù)受損生態(tài)系統(tǒng)的重要手段[4-6]。土壤養(yǎng)分和肥力質(zhì)量直接影響植物生長(zhǎng)狀況，是決定植被恢復(fù)的重要因子[7-9]。因此，改良土壤理化性質(zhì)和肥力狀況是礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)的重要目標(biāo)[10-11]，分析土壤理化性質(zhì)有助于掌握礦區(qū)土壤肥力恢復(fù)狀況、有針對(duì)性地采取生態(tài)修復(fù)措施。

祁連山地處青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原的交匯地帶，是我國(guó)西部重要的生態(tài)屏障。祁連山素有“萬(wàn)寶山”之稱(chēng)，礦產(chǎn)資源十分豐富。長(zhǎng)期以來(lái)大規(guī)模的采礦活動(dòng)，導(dǎo)致祁連山區(qū)局部植被遭受?chē)?yán)重破壞、水土流失加劇，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題十分突出[12-13]。為了恢復(fù)祁連山區(qū)生態(tài)環(huán)境，2017年中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《祁連山國(guó)家公園體制試點(diǎn)方案》以來(lái)，祁連山區(qū)關(guān)停礦山并持續(xù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。為了解祁連山區(qū)礦山廢棄地土壤養(yǎng)分恢復(fù)效果，本研究在祁連山北麓按礦種類(lèi)型選取煤礦、銅礦、砂石礦各1座，對(duì)比分析礦山廢棄地修復(fù)區(qū)與周邊原地貌土壤養(yǎng)分的差異，以期為該地區(qū)礦山廢棄地的后續(xù)土壤治理及生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于肅南裕固族自治縣境內(nèi)，地勢(shì)南高北低、西高東低，海拔1327～5564m，屬溫差大、四季分明的大陸性氣候區(qū)，全年日照時(shí)數(shù)為2200～3100h，年平均氣溫8.0～16.7℃，年降水量66～600mm，年無(wú)霜期50～140d，年太陽(yáng)輻射總量5600～6500MJ/cm2。所選廢棄礦山均始建于20世紀(jì)90年代，從 2017年開(kāi)始進(jìn)行生態(tài)修復(fù)治理，采取的主要治理措施有回填廢棄采礦坑洞、清理廢棄渣堆、拆除建筑物及廢棄設(shè)施設(shè)備、平整場(chǎng)地、修筑擋土墻和截排水工程、覆土植樹(shù)種草（覆土厚度為30cm左右，3座礦覆土均來(lái)自同一取土場(chǎng)，植被恢復(fù)樹(shù)種大都為云杉、個(gè)別區(qū)域?yàn)樵粕寂c刺柏混交，株行距1.5m×2.0m）、圍欄封育等。

1.2 樣地設(shè)置及土壤取樣

2021年5月，在各礦廢棄地修復(fù)區(qū)和周邊未遭受采礦擾動(dòng)破壞的原地貌區(qū)域按照海拔、坡度、坡向等基本一致的原則分別設(shè)置樣地（煤礦、銅礦、砂石礦廢棄地修復(fù)區(qū)樣地分別用M、T、S表示，相應(yīng)的原地貌區(qū)域?qū)φ諛拥胤謩e用M-CK、T-CK、S-CK表示），各樣地基本情況見(jiàn)表1。在尺寸為20m×20m標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)，按S形線(xiàn)路布設(shè)5個(gè)樣點(diǎn)，分別采集各樣點(diǎn)0～20cm土層和20～40cm土層的土壤樣品（每個(gè)樣點(diǎn)重復(fù)采樣3個(gè)）。對(duì)采集的土壤樣品去除表層附著物，置于樣品袋內(nèi)、編號(hào)、登記后帶回實(shí)驗(yàn)室，撿出動(dòng)植物殘留物、枯落物及礫石，風(fēng)干研磨，用于測(cè)定土壤指標(biāo)。

1.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)測(cè)定與處理方法

pH值，按照《土壤檢測(cè)第2部分：土壤pH的測(cè)定》（NY/T1121.2—2006）采用電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量，按照《土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定法》（NY/T85—1988）采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；速效鉀含量，按照《森林土壤鉀的測(cè)定》（LY/T1234—2015）采用原子吸收分光光度法測(cè)定；水解性氮含量，按照《森林土壤氮的測(cè)定》（LY/T1228—2015）采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量，按照《土壤檢測(cè)第7部分：土壤有效磷的測(cè)定》（NY/T1121.7—2014）采用鉬銻抗比色法測(cè)定；全氮含量，按照《土壤全氮測(cè)定方法》（NY/T53—1987）采用半微量開(kāi)氏法測(cè)定；總磷含量，按照《土壤總磷的測(cè)定堿熔-鉬銻抗分光光度法》（HJ632—2011）測(cè)定；全鉀含量，按照《土壤全鉀測(cè)定法》（NY/T87—1988）采用原子吸收分光光度法測(cè)定。

采用MicrosoftExcel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，采用SPSS21.0進(jìn)行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煤礦廢棄地土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果分析

由表2可知：1）從不同樣地看，煤礦周邊原地貌區(qū)各層土壤的大部分養(yǎng)分含量高于廢棄地修復(fù)區(qū)的。植被調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，煤礦周邊原地貌區(qū)植被類(lèi)型較豐富，生長(zhǎng)有云杉天然林和多種灌草植物，腐殖質(zhì)層較厚，這可能是其土壤有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)高于廢棄地修復(fù)區(qū)的主要原因。2）從同一樣地不同土層看，廢棄地修復(fù)區(qū)0～20cm土層的土壤養(yǎng)分含量大都高于20～40cm土層的，其中總磷和全鉀含量顯著高于20～40cm土層的，而原地貌區(qū)0～20cm土層和20～40cm土層土壤養(yǎng)分各指標(biāo)均無(wú)顯著差異，這表明廢棄地在修復(fù)初期植被生長(zhǎng)年限較短、根系尚不發(fā)達(dá)、凋落物積累量有限，其提供的養(yǎng)分多聚集于淺層土壤，對(duì)深層土壤的影響有限。

2.2 銅礦廢棄地土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果分析

由表3可知：1）從不同樣地看，銅礦廢棄地修復(fù)區(qū)和周邊原地貌區(qū)土壤養(yǎng)分含量指標(biāo)中，除全氮含量外，周邊原地貌區(qū)各層土壤的其他指標(biāo)均高于修復(fù)區(qū)的，其主要原因是植被的差異導(dǎo)致土壤養(yǎng)分積累存在一定差異，且修復(fù)區(qū)植被生長(zhǎng)年限較短、尚未有效提升客土土壤肥力。2）從同一樣地不同土層看，廢棄地修復(fù)區(qū)0～20cm土層的土壤養(yǎng)分含量各項(xiàng)指標(biāo)均高于20～40cm土層的，而原地貌區(qū)不同土層的土壤養(yǎng)分含量指標(biāo)無(wú)明顯差異。

2.3 砂石礦廢棄地土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果分析

由表4可知：1）從不同樣地看，砂石礦周邊原地貌區(qū)各土層的絕大部分土壤養(yǎng)分含量指標(biāo)高于廢棄地修復(fù)區(qū)的，其中有機(jī)質(zhì)、有效磷和全鉀含量顯著高于修復(fù)區(qū)的。2）從同一樣地不同土層看，修復(fù)區(qū)0～20cm土層的土壤速效鉀、有效磷、全氮和全鉀含量高于20～ 40cm土層的，而20～40cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)、水解性氮和總磷含量高于0～20cm土層的；原地貌區(qū)0～20cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、水解性氮和總磷含量高于20～40cm土層的，而20～40cm土層的土壤有效磷含量高于0～20cm的。

2.4 礦山廢棄地土壤養(yǎng)分主成分分析評(píng)價(jià)

由上述3類(lèi)礦區(qū)廢棄地修復(fù)區(qū)及周邊原地貌區(qū)土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果可知，3類(lèi)礦區(qū)廢棄地之間、各類(lèi)礦區(qū)廢棄地修復(fù)區(qū)與周邊原地貌區(qū)之間各項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)均存在一定差異。為分析造成差異的原因，對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，按對(duì)總方差累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%確定了4個(gè)主成分（見(jiàn)表5）。各指標(biāo)在4個(gè)主成分的載荷見(jiàn)表6，其中：對(duì)主成分1影響較大（即載荷絕對(duì)值大于0.5）的指標(biāo)有pH值及有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、全氮、全鉀含量，對(duì)主成分2影響較大的指標(biāo)有pH值和速效鉀含量，對(duì)主成分3影響較大的指標(biāo)為總磷含量，對(duì)主成分4影響較大的指標(biāo)為水解性氮含量（其是主成分1和主成分4的公共決定因子）。

各樣地4個(gè)主成分得分及綜合評(píng)價(jià)指數(shù)見(jiàn)表7，用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的大小反映土壤養(yǎng)分的優(yōu)劣，各樣地土壤養(yǎng)分優(yōu)劣排序?yàn)槊旱V原地貌區(qū)>砂石礦原地貌區(qū)>銅礦原地貌區(qū)>煤礦修復(fù)區(qū)>銅礦修復(fù)區(qū)>砂石礦修復(fù)區(qū)，表明3座廢棄礦山周邊原地貌區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于廢棄地修復(fù)區(qū)的、煤礦廢棄地修復(fù)區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于銅礦和砂石礦的。對(duì)比3座礦山廢棄地修復(fù)區(qū)的植被類(lèi)型，在廢棄地修復(fù)措施基本一致且草本植物種類(lèi)相似度較高的情況下，煤礦修復(fù)區(qū)人工栽植了云杉與刺柏混交林，而銅礦和砂石礦修復(fù)區(qū)人工栽植了云杉純林，人工林樹(shù)種組成不同或許是3類(lèi)礦區(qū)廢棄地修復(fù)區(qū)土壤養(yǎng)分存在差異的原因。

3 討論

土壤修復(fù)是礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，直接影響植被恢復(fù)效果和植物群落的穩(wěn)定性，而植被生長(zhǎng)發(fā)育和群落演替可促進(jìn)土壤肥力和理化性質(zhì)的改善，二者是相互影響、相互作用的統(tǒng)一體[14-16]。上述礦山周邊原地貌區(qū)和修復(fù)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分存在的“表聚現(xiàn)象”，與賀燕等[17-19]的研究結(jié)果一致。楊勤學(xué)等[20-21]的研究結(jié)果表明，選擇適宜的植物種類(lèi)進(jìn)行植被恢復(fù)是重建礦山廢棄地穩(wěn)定生物群落的重要環(huán)節(jié)。在選擇植物種類(lèi)時(shí)，當(dāng)?shù)剡m生種（特別是優(yōu)勢(shì)種群）應(yīng)作為植被重建或恢復(fù)的主要種類(lèi)。本文研究的上述3座礦山廢棄地修復(fù)區(qū)均選擇了當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)種云杉和鄉(xiāng)土草種進(jìn)行植被修復(fù)，且采取了相應(yīng)的封育措施，使廢棄地植被蓋度、物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)明顯改善，但與周邊原地貌相比仍存在較大差異。

朱小強(qiáng)等[22]的研究結(jié)果表明，油松純林與松櫟混交林的土壤養(yǎng)分存在明顯差異，混交林因能夠積累較多的有機(jī)質(zhì)而更有利于改善土壤肥力；常旭等[23]的研究結(jié)果表明，與落葉松純林相比，落葉松與白樺混交林的土壤理化性質(zhì)明顯改善；馮健等[24]的研究結(jié)果表明，與落葉松純林相比，營(yíng)造落葉松與水曲柳混交林更有利于提高土壤肥力。與純林相比，適宜的喬灌草配置可提高植物群落的生物多樣性，促進(jìn)植被生長(zhǎng)發(fā)育和群落演替，其凋落物組成、土壤微生物種類(lèi)和數(shù)量更加豐富，更有利于改善土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤肥力。受地理位置和氣候條件的影響，祁連山區(qū)植被類(lèi)型具有明顯的垂直帶譜和群落特征[25]。本文研究的上述3座礦山廢棄地雖均選用優(yōu)勢(shì)種群云杉進(jìn)行復(fù)綠，但種植時(shí)未充分考慮局地地理環(huán)境，部分云杉栽植于陽(yáng)坡上（而其通常自然分布于海拔2400～3200m的陰坡、半陰坡上），其長(zhǎng)勢(shì)較差；此外，未進(jìn)行合理的混交及喬灌草配置，影響了復(fù)綠效果，進(jìn)而影響廢棄地土壤養(yǎng)分的積累和生態(tài)修復(fù)效果。因此，后續(xù)的植被恢復(fù)應(yīng)充分考慮區(qū)域地理、氣候條件等因素，因地制宜選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的優(yōu)勢(shì)種并合理配置喬灌草比例，避免盲目復(fù)綠。

4 結(jié)論

1）祁連山區(qū)煤礦、銅礦、砂石礦周邊原地貌區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于廢棄地修復(fù)區(qū)的，其中有機(jī)質(zhì)、全鉀等養(yǎng)分含量差異顯著。

2）煤礦廢棄地修復(fù)區(qū)土壤養(yǎng)分狀態(tài)優(yōu)于銅礦和砂石礦廢棄地修復(fù)區(qū)的，其原因可能與生態(tài)修復(fù)中的人工林樹(shù)種組成不同有關(guān)。

3）研究區(qū)0～20cm土層的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等養(yǎng)分含量普遍高于20～40cm土層的，存在“表聚現(xiàn)象”。

4）在后續(xù)的植被恢復(fù)中，應(yīng)根據(jù)局地地理、氣候環(huán)境條件，因地制宜選擇適宜修復(fù)區(qū)生長(zhǎng)的鄉(xiāng)土優(yōu)勢(shì)植物種并進(jìn)行喬灌草合理配置，以提高生態(tài)修復(fù)效果。

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