趙義博，雷少剛*，劉 英

(1 中國礦業(yè)大學(xué)國土資源研究所，江蘇徐州 221116；2 礦山生態(tài)修復(fù)教育部工程研究中心，江蘇徐州 221116)

采礦活動(dòng)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供大量物質(zhì)基礎(chǔ)的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也造成了極大的破壞。露天采礦需要?jiǎng)冸x煤層上方的表土，不僅對(duì)采礦場(chǎng)造成土地?fù)p毀，排土場(chǎng)的堆積壓占也導(dǎo)致土地資源損失和生態(tài)失衡。我國露天煤場(chǎng)多位于干旱、半干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流水嚴(yán)重，常年的采礦活動(dòng)導(dǎo)致土壤肥力變化劇烈。近年來為了恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，陸續(xù)開展了土地復(fù)墾工作，由于復(fù)墾過程產(chǎn)生擾動(dòng)，完全改變了土壤原有的理化結(jié)構(gòu)，復(fù)墾后的土壤條件將直接影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，進(jìn)而影響到整個(gè)區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的成效[1-2]。

土壤養(yǎng)分是綜合評(píng)價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo)，也是決定植被生長演替的重要因素。土壤在形成和演化過程中受氣候、地形、土地利用等多種因素制約，因此土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出普遍的空間變異性。土壤養(yǎng)分的空間分布格局是土壤異質(zhì)性的具體表現(xiàn)。近年來，地統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合GIS 技術(shù)在研究土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性中廣泛應(yīng)用。Foroughifar 等[3]利用數(shù)據(jù)分析和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了伊朗Dasht-e-Tabriz 農(nóng)田不同土壤性質(zhì)的空間異質(zhì)性；俞月鳳等[4]從大尺度區(qū)域出發(fā)，對(duì)喀斯特區(qū)域內(nèi)石灰土養(yǎng)分的含量水平、空間變異進(jìn)行了分析。目前，土壤養(yǎng)分空間變異研究多集中在耕地、林地等區(qū)域[5-8]，而針對(duì)礦區(qū)的研究較少。勝利煤田是中國最大的褐煤基地，大量的開采破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，探明土壤養(yǎng)分空間變異性是恢復(fù)生態(tài)多樣性和土地生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。因此，本文以勝利礦區(qū)為研究對(duì)象，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS 技術(shù)，分析土壤pH、有機(jī)質(zhì)(SOM)、速效氮(AN)、有效磷(AP)和速效鉀(AK)等主要養(yǎng)分指標(biāo)的含量水平、空間變異特征，并采用典型對(duì)應(yīng)分析(CCA 排序)及單因素方差分析方法探討地形因子和土地利用類型對(duì)土壤空間分布格局的影響，以期為礦區(qū)土地復(fù)墾提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市周邊勝利礦區(qū)，包括勝利一號(hào)露天礦、西二礦、西三礦、勝利東二號(hào)露天煤礦以及烏蘭圖嘎鍺礦，地理坐標(biāo)43°54′15″ ～ 44°13′52″ N，115°24′26″ ～ 116°26′30″ E，海拔960 ～ 1 270 m。地處中緯度西風(fēng)氣流帶內(nèi)，屬中溫帶半干旱大陸性氣候，月均溫度最低–21.64 ℃，最高19.0℃，年平均降水量294.74 mm。礦區(qū)地貌形態(tài)由構(gòu)造侵蝕地形、剝蝕堆積地形、侵蝕堆積地形、熔巖臺(tái)地等4 種地貌單元組成。栗鈣土、草甸栗鈣土和草甸土是該區(qū)域主要的地帶性土壤，多為砂壤質(zhì)地，多風(fēng)地段往往就地起沙，易于遭受侵蝕。本區(qū)植被類型為典型草原，主要包括克氏針茅(Stipa krylovii)、糙隱子草(Cleistogenes squarrosa)、雙齒蔥(Allium bidentatum)、羊草(Leymus chinensis)、黃囊苔草(Carex korshinskyi)、冰草(Agropyron mongolicum)等。主要土地利用類型包括露天采坑、排土場(chǎng)、耕地、草地、建設(shè)用地等。錫林河是勝利礦區(qū)最大的一條河流，全長175 km，如今下游段已成為季節(jié)性河流，除春汛、暴雨期間有水外，其余時(shí)間是一干河床[9-10]。

圖1 研究區(qū)與樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Study area and sampling sites

1.2 樣品采集與制備

本研究于2017 年8 月進(jìn)行土壤樣品的采集，采用網(wǎng)格法對(duì)樣點(diǎn)進(jìn)行初步布設(shè)，網(wǎng)格大小為1 km ×1 km。在實(shí)際采樣過程中，根據(jù)勝利礦區(qū)土地利用類型與土壤環(huán)境特點(diǎn)，在網(wǎng)格內(nèi)選擇具有代表性、能夠反映區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的位置采樣，對(duì)有污染源的地區(qū)加密取樣，樣點(diǎn)共計(jì)152 個(gè)，具體分布如圖1 所示。采樣深度為0 ～ 20 cm，每個(gè)樣品由中心點(diǎn)及周邊3 m范圍內(nèi)的4 個(gè)子樣混合組成，約1.0 kg。采樣時(shí)進(jìn)行GPS 定位，在裝有土樣的自封袋上做好標(biāo)記并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍照。將帶回的土壤樣本置于無塵、通風(fēng)、避光的地方自然風(fēng)干，剔除石塊、植物根系、樹葉等雜物后，經(jīng)研磨、過120 目篩，混勻，裝入紙袋待測(cè)。土壤pH 采用電極電位法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀–外加熱法測(cè)定，速效氮采用堿解–擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨浸提–火焰光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究數(shù)據(jù)采用平均值 ± 3 倍標(biāo)準(zhǔn)差識(shí)別異常值，在此范圍之外的數(shù)據(jù)標(biāo)記為特異值，分別用正常數(shù)據(jù)的最大值和最小值代替特異值。利用SPSS 24.0軟件對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析、K-S 檢驗(yàn)和單因素方差分析。基于軟件Canoco 4.5 對(duì)地形因子與土壤養(yǎng)分進(jìn)行典型對(duì)應(yīng)分析(CCA 排序)。通過地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+9.0 進(jìn)行半變異函數(shù)分析和理論模型擬合。在ArcGIS 10.4 平臺(tái)進(jìn)行趨勢(shì)效應(yīng)分析、克里金插值和交叉驗(yàn)證，以及進(jìn)行圖幅編輯，制作土壤養(yǎng)分空間分布圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)

表1 為研究區(qū)土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。勝利礦區(qū)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀平均含量分別為8.07、21.59 g/kg、82.91 mg/kg、8.21 mg/kg、257.34 mg/kg。參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]，有機(jī)質(zhì)屬于中等水平，速效氮和有效磷屬于缺乏水平，速效鉀屬于豐富等級(jí)。根據(jù)Nielsen 和Bouma[12]標(biāo)準(zhǔn)，pH 的變異系數(shù)為8.19%，表現(xiàn)出弱的變異性；其他4 項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)在44.38% ～ 72.09%，均屬于中等強(qiáng)度變異，其中有效磷的變異系數(shù)最高，為72.09%。土壤速效養(yǎng)分較pH、有機(jī)質(zhì)的變異系數(shù)高，這主要是養(yǎng)分在土壤中的化學(xué)性質(zhì)和成土母質(zhì)決定的[13]。在顯著性水平0.05 的單樣本K-S 檢驗(yàn)下，pH 和有機(jī)質(zhì)符合正態(tài)分布，速效氮、有效磷、速效鉀經(jīng)Box-Cox 變換后服從正態(tài)分布。

2.2 土壤養(yǎng)分的趨勢(shì)效應(yīng)

受成土因素、自然地理?xiàng)l件及人類采礦活動(dòng)的影響，區(qū)域土壤屬性的空間分布常呈明顯的趨勢(shì)特征，在空間插值分析中不容忽視。運(yùn)用ArcGIS 10.4 的地統(tǒng)計(jì)分析模塊獲得土壤養(yǎng)分的趨勢(shì)效應(yīng)(圖2)。圖中X軸表示正東方向，Y軸表示正北方向，Z軸表示各點(diǎn)實(shí)測(cè)值的大小。左后投影面上曲線表示東–西向全局性的趨勢(shì)效應(yīng)，右后投影面上曲線表示南–北向全局性的趨勢(shì)效應(yīng)。從圖2 中可以看出，土壤pH 與有效磷趨勢(shì)效應(yīng)相同，在東–西及南–北方向均呈倒“U”字形，為二階趨勢(shì)效應(yīng)；有機(jī)質(zhì)在東–西方向投影線中部略有下凹，由東向西逐漸升高，呈二階趨勢(shì)效應(yīng)，南–北向投影線呈線性，趨勢(shì)效應(yīng)為一階；速效氮東–西方向呈“U”字形，南–北方向呈倒“U”字形，均為二階趨勢(shì)效應(yīng)；速效鉀在東–西方向投影線中部略有下凹，趨勢(shì)效應(yīng)為二階，在南–北方向的投影為直線，由南向北逐漸升高，趨勢(shì)效應(yīng)為一階。

表1 土壤養(yǎng)分因子描述性統(tǒng)計(jì)特征Table 1 Descriptive statistical characteristics of soil nutrient factors

2.3 土壤養(yǎng)分的空間變異特征

用GS+ 9.0 軟件擬合半方差函數(shù)，以殘差(RSS)最接近于0、決定系數(shù)(R2)最接近于1 為標(biāo)準(zhǔn)選擇最佳的擬合模型。由表2 可知，pH 的最適模型是球面模型，有機(jī)質(zhì)、速效鉀的最適模型是線性有基臺(tái)模型，速效氮、有效磷的最優(yōu)半方差模型為指數(shù)模型。土壤養(yǎng)分各項(xiàng)指標(biāo)的塊金值(C0)均為正值，說明在當(dāng)前采樣尺度范圍內(nèi)，存在由于采樣、測(cè)定誤差等隨機(jī)因素引起的空間異質(zhì)性。土壤指標(biāo)均具有一定的基臺(tái)值(C0+C)，說明其受地形、土壤母質(zhì)等自然因素影響。塊金效應(yīng)(C0/(C0+C))表示隨機(jī)因素引起的異質(zhì)性占系統(tǒng)總異質(zhì)性的比例。按照Cambardella等[14]劃分標(biāo)準(zhǔn)，pH、有機(jī)質(zhì)和速效氮的塊金效應(yīng)在0.501 ～ 0.614，表現(xiàn)為中等的空間自相關(guān)性，說明其空間變異是由結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素共同引起的；有效磷和速效鉀的塊金效應(yīng)均大于0.75，表明隨機(jī)因素的影響占主導(dǎo)地位。勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分特性受開采、土地復(fù)墾、放牧等因素影響較大，人為因素的差異性和隨機(jī)性使得土壤養(yǎng)分空間變異不盡相同；坡度、高程等地形差異造成土壤侵蝕與運(yùn)移，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)因素的差異，因此不同位置、不同養(yǎng)分指標(biāo)表現(xiàn)出不同程度的空間變異[15]。土壤養(yǎng)分因子5 項(xiàng)指標(biāo)的變程在1.350 ～ 17.240 km，說明它們各自的空間自相關(guān)范圍相差較大，空間異質(zhì)性對(duì)尺度的依賴程度不同，應(yīng)根據(jù)各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)的特征調(diào)整采樣間隔。

圖2 土壤養(yǎng)分因子趨勢(shì)效應(yīng)示意圖Fig. 2 Trend effects of soil nutrient factors

表2 土壤養(yǎng)分因子半方差模型及參數(shù)Table 2 Semivariance models and parameters of soil nutrient factors

2.4 土壤養(yǎng)分的空間分布格局

采用GS+ 9.0 軟件擬合各養(yǎng)分指標(biāo)的半方差函數(shù)理論模型，考慮各向異性和趨勢(shì)效應(yīng)，按照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過ArcGIS 10.4普通克里金插值繪制勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布圖(圖3)。為了進(jìn)一步了解其豐缺狀況，本文結(jié)合土壤數(shù)據(jù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)所占的面積和比例(表3)。研究區(qū)土壤呈中性至強(qiáng)堿性，這與戴萬宏等[16]研究中國地帶性土壤pH 分布得到的結(jié)果一致。pH 呈由中部向四周降低的趨勢(shì)，東北部分地區(qū)土壤為中性，圖上深色區(qū)域?qū)儆诘湫偷柠}堿地，表現(xiàn)出較強(qiáng)的堿性。勝利煤田地處干旱、半干旱地區(qū)，降水較少，植被稀疏，土壤侵蝕嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)、速效氮含量以中等和缺乏水平為主。其中，有機(jī)質(zhì)含量處于中等和缺乏水平的面積占總面積的98.78%，速效氮含量處于中等和缺乏水平的面積占84.46%。有機(jī)質(zhì)和速效氮的相關(guān)性分析顯示，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.49，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，從插值結(jié)果(圖3)也可以看出，二者的空間分布較為相似：含量較高的土壤位于西部高程較大的位置，低值分布在中東部人類活動(dòng)干擾相對(duì)較強(qiáng)的區(qū)域。這可能是由于東二號(hào)露天礦周邊多是退化草地，缺乏植被和凋落物的積累，錫林河干涸后沉積沙暴露及東南角堆煤場(chǎng)的影響造成的。研究區(qū)土壤有效磷處于缺乏狀態(tài)，中等及以下水平的面積為695.17 km2，占土地總面積的86.67%。礦業(yè)用地有效磷含量較低，中部及北部耕地位置出現(xiàn)高含量斑塊。速效鉀含量相對(duì)較高，很豐富和豐富水平占總面積的97.44%。同樣受到錫林河附近的鹽沼濕地和東南部的堆煤場(chǎng)影響，這兩個(gè)位置速效鉀含量偏低。

圖3 土壤養(yǎng)分因子空間分布圖Fig. 3 Spatial distribution of soil nutrient factors

表3 土壤養(yǎng)分因子插值結(jié)果分級(jí)統(tǒng)計(jì)Table 3 Classification statistics of interpolation of soil nutrient factors

2.5 土壤養(yǎng)分空間分布的影響因素

2.5.1 地形因子對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 典型對(duì)應(yīng)分析(CCA 排序)將對(duì)應(yīng)分析與多元回歸相結(jié)合，可以直觀地反映地形因子(坡度(SLO)、坡向(ASP)、高程(ELE)、地形濕度指數(shù)(TWI)和地形起伏度(RA))對(duì)土壤養(yǎng)分空間變異的影響程度[17]。典型對(duì)應(yīng)分析包含4 個(gè)排序軸，即將地形因子重新組合成4個(gè)互不相關(guān)的綜合變量，以方差解釋累計(jì)百分比表示各軸對(duì)養(yǎng)分異質(zhì)性的影響程度。排序圖中只顯示前兩軸，地形因子用帶有箭頭的實(shí)線表示，箭頭長度表示該地形因子對(duì)土壤養(yǎng)分空間分布影響的強(qiáng)弱；箭頭與養(yǎng)分質(zhì)心的夾角表示地形因子與該養(yǎng)分的相關(guān)性，夾角越小，相關(guān)性越強(qiáng)；箭頭與排序軸之間的夾角表示地形因子與排序軸的相關(guān)性，夾角越小，相關(guān)性越高。

表4 地形因子與CCA 排序軸的相關(guān)系數(shù)及方差解釋累計(jì)百分比Table 4 Correlation coefficients and cumulative percentage variances of topographic factors and CCA axis

圖4 土壤養(yǎng)分因子與地形因子的CCA 排序Fig. 4 CCA ordination of soil nutrient factors and topographic factors

由表4 和圖4 可知，CCA 排序前兩軸的累積解釋度達(dá)93.8%，可以很好地反映土壤養(yǎng)分與地形因子之間的關(guān)系。影響第一排序軸的地形因子主要是高程、地形起伏度和坡度，第二排序軸的決定性地形因子是坡度。pH 靠近質(zhì)心，表征其空間變異受地形因子的共同作用；有機(jī)質(zhì)主要受坡度的影響；速效氮受坡度、高程的影響較大；地形濕度指數(shù)和坡向是制約速效鉀空間分布的主要因素；有效磷與各地形因子的夾角均較大，表明其受地形因子的制約較小，造成的原因可能有兩方面：①土壤中磷主要來自于基巖(施肥除外)，而基巖又不易被風(fēng)化；②土壤中磷素極易被固定，移動(dòng)性很弱[18]。

坡度主要通過影響土壤持水量、表層顆粒運(yùn)移等因素間接影響土壤肥力水平?；贒EM 提取勝利礦區(qū)坡度，根據(jù)實(shí)際情況將坡度分為9 級(jí)，分別統(tǒng)計(jì)不同坡度范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮的平均含量(圖5A)。結(jié)果表明，隨著坡度增大，土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮平均含量均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，這與CCA 排序圖中在中等坡度位置取得最大值相符合。在坡度較大區(qū)域，土壤表層有機(jī)質(zhì)、速效氮易受到淋洗作用而損失[19]，含量降低。

高程不同，溫度、光照、水分等生態(tài)因子各異，這將影響成土母質(zhì)的再分配，從而使土壤養(yǎng)分的分布發(fā)生變化。對(duì)高程與速效氮含量進(jìn)行單因素回歸分析(圖5B)，結(jié)果顯示隨著高程增大，速效氮含量呈明顯增加趨勢(shì)。德科加等[20]的研究表明，土壤氮素的礦化隨溫度升高而加強(qiáng)，因此當(dāng)高程增加時(shí)溫度降低，微生物分解速度減緩，礦化作用減弱。此外，高程增加伴隨著人為擾動(dòng)減少，這些都可以促進(jìn)速效氮含量升高。

坡向制約土壤受到的溫度、輻照度、水分等狀況，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分含量。本文采用四分法[21]對(duì)坡向進(jìn)行分級(jí)，對(duì)研究區(qū)不同坡向土壤的速效鉀平均含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖5C)，表現(xiàn)為陽坡＞半陽坡＞半陰坡＞陰坡，這與其他研究關(guān)于陽坡土壤速效鉀含量低于陰坡的結(jié)論[22-23]不一致，可能是由勝利礦區(qū)的自然環(huán)境引起的。研究區(qū)多以西北風(fēng)為主，風(fēng)力侵蝕導(dǎo)致陰坡、半陰坡的土壤速效鉀流失嚴(yán)重，又因?yàn)橛L(fēng)坡的關(guān)系該方向易形成地形雨，降雨強(qiáng)度和降雨量比另一側(cè)大得多，因此陰坡土壤侵蝕強(qiáng)烈，并導(dǎo)致大量速效鉀流失。

地形濕度指數(shù)作為重要的地形因子，也會(huì)影響土壤養(yǎng)分的空間分布。利用DEM 提取勝利煤田地形濕度指數(shù)，并根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況將地形濕度指數(shù)分為8 級(jí)，分別統(tǒng)計(jì)各范圍內(nèi)的土壤速效鉀平均含量(圖5D)，結(jié)果表明，土壤速效鉀平均含量與地形濕度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與圖4 中地形濕度指數(shù)增大，速效鉀含量降低的結(jié)果相吻合。高燈州等[19]及Güntner等[24]的研究結(jié)果顯示，速效鉀吸附能力較弱，流動(dòng)性較強(qiáng)。地形濕度指數(shù)與土壤含水量呈直線相關(guān)，因此地形濕度指數(shù)增大，土壤淋溶作用加強(qiáng)，速效鉀含量降低。

地形起伏度與土壤養(yǎng)分無顯著關(guān)系，僅影響第一排序軸，可能是坡度、坡向、高程和地形濕度指數(shù)的綜合作用削弱了其生態(tài)效應(yīng)。

從CCA 排序圖中還可以看出，pH 的質(zhì)心距離速效鉀的質(zhì)心較近，且分布在0 刻度的兩側(cè)，表明二者呈顯著負(fù)相關(guān)，與龐夙等[25]的研究結(jié)果一致。這主要是由于隨著土壤pH 增大，降低了鉀素的有效性，致使速效鉀含量降低。有機(jī)質(zhì)與速效氮的質(zhì)心距離很近，且分布在0 刻度的一側(cè)，說明二者具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，可能的原因是土壤中氮素主要來自于有機(jī)質(zhì)的礦化，速效氮含量受有機(jī)質(zhì)含量的影響[18,26]。pH與有機(jī)質(zhì)、速效氮分別呈顯著負(fù)相關(guān)，但是在CCA排序圖中關(guān)系并不明顯，原因可能是受到地形因子的影響，pH 距離有機(jī)質(zhì)和速效氮的質(zhì)心較遠(yuǎn)。

圖5 地形因子與土壤養(yǎng)分因子的關(guān)系Fig. 5 Relationship between topographic factors and soil nutrient factors

2.5.2 土地利用類型對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 對(duì)研究樣本進(jìn)行不同土地利用方式在顯著性水平為0.05時(shí)的土壤養(yǎng)分含量單因素方差分析(表5)。結(jié)果表明，不同土地利用方式之間的土壤pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷具有顯著性差異(P＜0.05)。露天采坑和排土場(chǎng)的土壤pH 明顯高于耕地、草地等受工礦活動(dòng)影響較小的區(qū)域，這是由于煤礦開采導(dǎo)致山坡表層土壤鹽分逐漸積累，交換性鈉離子飽和度升高，所以礦業(yè)用地的pH 高于其他地區(qū)[27-28]。耕地的土壤pH 低于草地，造成的原因可能有：①施用氮肥、作物帶走較多鹽基離子導(dǎo)致耕地pH 降低；②放牧過程中牲畜在草地留下糞便，導(dǎo)致pH 升高。相關(guān)研究表明[27,29]，土壤有機(jī)質(zhì)含量與pH、土壤通氣性呈負(fù)相關(guān)，與土壤黏粒含量呈正相關(guān)。煤礦開采改變了原有的巖土結(jié)構(gòu)，造成包氣帶水分含量減少，影響植被生長，導(dǎo)致當(dāng)?shù)刂脖桓采w度下降，風(fēng)化作用加強(qiáng)，致使黏粒含量下降、孔隙度增加；由上文可知露天采坑和排土場(chǎng)的土壤pH 較其他位置高；再加上排土場(chǎng)土壤質(zhì)量差，植被恢復(fù)緩慢，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量提高并不明顯[26]，因此礦業(yè)用地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量較低。草地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量高于耕地，主要是由于附近牧民長期放牧，在草地表層土壤留下牲畜糞便等有機(jī)質(zhì)。

受挖損影響，有機(jī)氮礦化成易流失的無機(jī)氮，硝態(tài)氮和活性高的磷從土壤表層淋至較深的土層[30]，因此露天采坑的速效氮、有效磷平均含量都很低。植被恢復(fù)下排土場(chǎng)速效氮的平均含量顯著高于露天采坑，但有效磷的差異并不顯著。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解到，研究區(qū)耕地主要以種植馬鈴薯為主，而查閱資料發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯對(duì)氮、磷需求比例約為2∶1，施入土壤中的磷肥移動(dòng)性較小，當(dāng)季利用率低，殘留較多，導(dǎo)致耕地速效氮含量偏低，而有效磷含量較高。草地大規(guī)模放牧導(dǎo)致速效鉀含量升高，促進(jìn)草本植物的生長，消耗了大量的磷，因此草地的有效磷含量偏低。

雖然不同土地利用類型下土壤速效鉀的含量沒有顯著差異(P＞0.05)，但露天采坑的土壤速效鉀含量仍為最低，植被恢復(fù)下排土場(chǎng)的土壤速效鉀平均含量高于露天采坑，但與耕地、草地相比還有較大差距。

表5 不同土地利用類型養(yǎng)分因子平均值的顯著性差異檢驗(yàn)Table 5 Verification of significant differences between average nutrient contents under different land use types

3 結(jié)論

1)勝利礦區(qū)土壤pH 呈中性至強(qiáng)堿性，有機(jī)質(zhì)含量中等，速效氮、有效磷含量缺乏，速效鉀含量豐富。除pH 表現(xiàn)出弱的變異性外，其他4 種養(yǎng)分指標(biāo)均屬于中等強(qiáng)度變異。

2)土壤養(yǎng)分各項(xiàng)指標(biāo)均具有一定的趨勢(shì)效應(yīng)。pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮為中等強(qiáng)度的空間自相關(guān)，分布具有一定的規(guī)律性，受隨機(jī)因素和非隨機(jī)因素共同作用，變程在2.10 ～ 17.24 km；有效磷、速效鉀空間自相關(guān)較弱，在全區(qū)域的分布特征沒有一定的規(guī)律性，主要受隨機(jī)因素控制，變程分別為16.98 km 和1.35 km。

3)坡度、坡向、高程、地形濕度指數(shù)是影響勝利煤田土壤養(yǎng)分格局特征的主要地形因子。從土地利用類型上看，采礦活動(dòng)引起土壤擾動(dòng)是養(yǎng)分含量較低的重要原因，土地復(fù)墾對(duì)排土場(chǎng)養(yǎng)分的恢復(fù)具有一定成效，但與耕地、草地相比還有一定的差距。