龐志斌，李文彥，徐會娟，李永濤，王進進＊

（華南農業(yè)大學 資源環(huán)境學院，廣東 廣州 510642）

自第二次工業(yè)革命以來，礦產資源逐漸成為人類社會發(fā)展的重要生產資料，如火如荼的礦業(yè)開采活動帶來工業(yè)發(fā)展的同時，也產生了很多環(huán)境問題[1]。礦業(yè)開采活動一般是露天進行，在開采過程中，露天采礦剝離表層，原有的地理地貌在開采過程中可能會出現(xiàn)沉降和塌陷[2]，同時表面天然植被也被破壞，生物多樣性銳減[3]，進而導致礦區(qū)土壤的理化性質發(fā)生劇烈變化，使礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能受到了嚴重影響。因此為了緩解礦區(qū)開采帶來的危害，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，重建礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，改良礦區(qū)土壤情況，礦區(qū)生態(tài)修復工作開始被提出，并逐漸受到了國內外的關注。

生態(tài)修復對于礦山生態(tài)重建意義重大，也一直是國內外學術界關注的熱點[4]，我國礦山生態(tài)修復工作開始的比較晚，礦山產生的生態(tài)問題多樣﹑情況復雜[5]，許多研究者為了找到更合適的修復方法，開始運用單一修復或多種修復方法聯(lián)用的模式對廢棄地進行生態(tài)修復工作并對土壤的修復情況進行了探究。楊僑等在贛南稀土尾礦中篩選合適的土壤改良劑，發(fā)現(xiàn)當雞糞：海泡石：腐殖酸：生物炭=3∶5∶2∶2(g/kg)時效果最好，土壤有機質﹑堿解氮及有效磷改良效果明顯[6]。李春林等在礦區(qū)使用了“穩(wěn)定化—植物富集”聯(lián)合修復技術，降低了土壤容重，提高了最大持水量，氮磷鉀養(yǎng)分明顯增加，其中堿解氮增加明顯[7]。

我國幅員遼闊，氣候差異大，礦區(qū)污染成因復雜，為了達到更好的生態(tài)修復效果，應針對礦區(qū)相關情況進行具體分析。大寶山礦區(qū)的特殊性在于該礦區(qū)含有豐富的硫化物礦物，大量硫化物礦物的不斷氧化會導致礦區(qū)土壤的pH不斷降低，由于微生物的存在，即使是在20cm～40cm的深層土壤，硫化物礦物依舊能厭氧缺氧的條件繼續(xù)氧化[12]，導致pH的不斷下降，因此在大寶山礦區(qū)進行生態(tài)修復的重要任務就是抑制土壤進一步酸化。此外大寶山礦區(qū)開采年限久，土壤表面經(jīng)過大型礦山廢棄地的土壤一般都經(jīng)過大型機械作業(yè)的反復碾壓，土壤結構差。因此化學基質改良+植物修復被提出[13]，利用土壤改良劑首先中和土壤pH并外源添加營養(yǎng)元素，改善植物的生長環(huán)境，使人工種植的植物能夠存活，在植物的作用下，實現(xiàn)各營養(yǎng)元素的循環(huán)，改善土壤質量，并促進土壤團粒的形成，可以有效加強土壤團聚體穩(wěn)定性。

除了生態(tài)修復方式外，修復工作的長效性也很重要。楊鑫光等在高寒煤礦區(qū)中進行人工植被種植后，發(fā)現(xiàn)隨著修復時間的延長，土壤全磷逐漸上升，全鉀逐漸下降，全氮差異不顯著，速效磷﹑堿解氮和速效鉀則顯著下降，有機質和pH增加趨勢也比較明顯[8]。豐菲比較了生態(tài)修復三年后的區(qū)域與自然荒草相比，土壤容重降低，各項理化指標均明顯提升[9]。Zhong等選取黃土高原上進行了修復18年和42年的人工林和天然草地，發(fā)現(xiàn)人工林能有利于氮的積累[10]。

前人對于生態(tài)修復方式的工作非常關注，但是對于生態(tài)修復工作的長效性關注較少，并且一般都是修復后某一年的采樣結果，缺乏對修復區(qū)域連續(xù)多年的監(jiān)測。本文基于大寶山排土場中五處經(jīng)過化學基質改良+植被修復工作修復五年的場地，分析經(jīng)過多年修復后排土場植被的恢復情況以及土壤理化性質的變化情況，探究影響大寶山排土場生態(tài)修復的關鍵因子，為后續(xù)在已進行生態(tài)修復區(qū)域追加措施繼續(xù)改善土壤環(huán)境質量，從而提高當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供理論依據(jù)和指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

生態(tài)修復年限研究區(qū)域位于廣東省韶關市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)大寶山礦區(qū)，礦區(qū)經(jīng)緯度為東經(jīng)113°41′53″～113°46′40″，北緯24°30′01″～24°35′26″，礦區(qū)總面積為665.06hm2，海拔約1000m，所處區(qū)域屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16.8℃，全年濕潤多雨，年降雨量1973.6mm，礦區(qū)內表層巖石風化強烈，土壤類型為紅壤。因此當?shù)仄髽I(yè)早期自發(fā)地在礦區(qū)廢棄地實施了“原位基質改良+直接植被”生態(tài)修復模式。采樣點示意圖如圖1所示。

圖1 排土場礦區(qū)采樣示意圖

在大寶山礦區(qū)上實施的“原位基質改良+植被恢復”的模式，首先施用堿性物質（熟石灰Ca(OH)2）與酸性土壤發(fā)生中和反應，提升土壤pH，有效降低微生物活性，遏制土壤進一步酸性，并同時施加羊糞，調控土壤營養(yǎng)指標，使礦區(qū)土壤情況初步改善，然后種植豬屎豆﹑五節(jié)芒等先鋒植物，固土防塵，防治水土流失，加快生態(tài)系統(tǒng)的群落自然演替的進程，從而引進更豐富的功能微生物，增加新的生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，改善土壤性狀。

1.2 樣品采集和指標測定

廢棄地的極端理化性質以及地理災害頻發(fā)的情況下，大寶山礦業(yè)公司自發(fā)地在礦區(qū)廢棄地實施了化學基質改良+植被修復的方法進行生態(tài)修復，利用空間代替時間的方式，根據(jù)修復年限不同，在5個區(qū)域（修復時長分別為5年，4年，3年，2年，1年）進行了采樣，按梅花布點法取5個樣品，每個樣品取兩個不同的取樣深度（0～20cm，20cm～40cm）共30個樣品，采集量大約為1kg，在實驗室風干，過2mm篩測試土壤pH﹑全鉀﹑全磷，過1mm篩測試堿解氮﹑速效鉀，過0.15mm篩測試全氮。

土壤pH值的測定使用電位法測定，水土比5∶1；土壤水穩(wěn)定性團聚體使用濕篩法測定；全氮（TN）使用了半微量開氏法測定；堿解氮（AN）使用了有機碳使用了重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；土壤全鉀（TK）使用了氫氧化鈉熔融火焰光度法測試；土壤速效鉀（AK）使用了1mol·L-1醋酸銨浸提-土火焰光度法測定；土壤全磷（TP）使用了高氯酸-硫酸法測試；土壤有機碳使用了重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)先用Excel 2021進行初步整理，使用SPSS 25進行單因素ANOVA檢驗分析組間顯著性，運用Origin 2021進行主成分分析和相關性分析，并利用Origin 2021進行做圖。

2 結果與分析

不同修復年限區(qū)域植物多樣性：從土壤pH值看，修復區(qū)域的0～20cm的土壤pH隨時間升高，在修復五年的區(qū)域pH最高，雖然五年內土壤pH沒有顯著性差異，但相較于未經(jīng)修復的區(qū)域的土壤pH均有顯著性差異，修復區(qū)域的20cm～40cm的土壤則呈現(xiàn)了相反的趨勢，土壤pH逐年下降，但修復五年區(qū)域的pH仍然遠高于原土的pH，與未經(jīng)過修復的土壤存在顯著差異。

不同修復年份的區(qū)域0～20cm和20cm～40cm的土壤有機質則呈現(xiàn)相同的趨勢，經(jīng)過修復的土壤的有機質隨修復時間延長先上升然后下降，但在這個過程中，20cm～40cm土壤的有機質始終高于0～20cm的土壤，在修復時長為第二年時最高值，在該區(qū)域的三個樣方中均發(fā)現(xiàn)有油菜這一油料作物,可能是使該區(qū)域有機質較高的原因，到第五年時，0～20cm的表層土比20cm～40cm土壤稍高一點。

從土壤的氮元素來看，0～20cm和20cm～40cm的土壤全氮明顯地呈現(xiàn)了逐年增長的趨勢，但是0～20cm土壤全氮的累積量比較明顯，其中修復四年和修復五年的區(qū)域相較于其他區(qū)域存在顯著差異，而20cm～40cm土壤的累積量相對不明顯，五年間全氮的累積量沒有顯著差異。而堿解氮則呈現(xiàn)著不同的趨勢，在修復第三年達到最大值后，修復四年和修復五年的堿解氮顯著減少但是0～20cm土壤中要比20cm～40cm土壤中稍高一些。

土壤的鉀元素﹑磷元素則有類似的趨勢，無論是未經(jīng)修復區(qū)域還是修復區(qū)域的土壤鉀和磷的含量都不低。其中修復區(qū)域中全鉀的增加是顯著的，0～20cm和20cm～40cm的土壤全鉀都呈現(xiàn)了逐年增長的趨勢，但是五年間的差異并不明顯，其中修復二年﹑三年﹑四年﹑五年的土壤無論是0～20cm還是20cm～40cm都沒有顯著差異。全磷也有類似趨勢，并且所有區(qū)域都沒有顯著差異。而有效磷則比較特殊，在這些土壤中幾乎都低于NH4F-HCl浸提法的檢測限。

圖2 不同修復年限區(qū)域土壤理化指標情況

3 討論

3.1 生態(tài)修復能改善土壤環(huán)境質量

氮﹑磷﹑鉀都是植物生長的重要營養(yǎng)元素，對于植物的生長有重要作用，尤其是在礦山廢棄地養(yǎng)分貧瘠，能否在礦區(qū)增加營養(yǎng)元素含量，對植物群落的恢復有重要意義[11]。參考全國第二次土壤普查的標準，在經(jīng)過修復后，修復三年的區(qū)域效果最好，其中速效鉀和全鉀﹑全磷的都提升到了等級4，屬于中等水平，堿解氮和有機質則提升到了等級5，屬于低等水平。而肥力提升相對不明顯的其他年份，在土壤的全氮和全鉀呈現(xiàn)了相同的趨勢，總量在逐年增加，而且表層0～20cm的土壤營養(yǎng)元素的積累比20cm～40cm的趨勢要更加明顯，而土壤的堿解氮和速效鉀則呈現(xiàn)了先增加后減少的情況，但是仍然比未修復的土壤高，存在顯著性差異，修復四年﹑五年區(qū)域的堿解氮和速效鉀偏低。磷元素的分布則比較特殊，雖然全磷數(shù)據(jù)較高，但是有效態(tài)含量卻極低，這是因為大寶山礦區(qū)的土壤屬于紅壤[12]，含有豐富的鐵鋁化合物，有效磷含量較低[13]。總體而言，進行生態(tài)修復工作的區(qū)域相較于修復的區(qū)域營養(yǎng)元素含量都有一定的增加，其中營養(yǎng)元素的全量在逐年增加，而營養(yǎng)元素出現(xiàn)一定程度的下降，但是全部均優(yōu)于未經(jīng)修復的區(qū)域，修復措施對于提高土壤營養(yǎng)元素有一定效果，并且能持續(xù)較長時間。

3.2 生態(tài)修復工作長效性不足

土壤營養(yǎng)元素的速效成分如堿解氮和速效鉀則出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢，這可能是因為植物的生長吸收了大量的速效成分，這個結果與楊鑫光的發(fā)現(xiàn)類似[14]。磷元素的分布則比較特殊，雖然全磷數(shù)據(jù)較高，但是有效態(tài)含量卻極低，這是因為大寶山礦區(qū)的土壤屬于紅壤，含有豐富的鐵鋁化合物，有效磷含量較低[13]。馬寧等人[15]的發(fā)現(xiàn)也表明，適時追加相關措施能使土壤環(huán)境質量不退化。

4 結論

（1）在大寶山礦區(qū)采用的土壤基質改良+植物修復的技術組合模式取得了一定成效。土壤結構得到改善，土壤中的營養(yǎng)元素的總量也出現(xiàn)上升，同時土壤pH顯著上升，礦區(qū)土壤酸化得到了遏制，土壤環(huán)境質量明顯改善人工種植的植物存活，修復區(qū)域的生物量逐漸增加。

（2）對生態(tài)修復年限較長的土壤需要加強監(jiān)測，及時進行追加措施，保護前期的工作成果。