張艷 李川 王毓鈺 何國瓊 喻濱鴻 李龍 李勛

(四川民族學(xué)院橫斷山區(qū)生態(tài)修復(fù)與特色產(chǎn)業(yè)培育研究中心/川藏滇青林草撫育和利用研究中心，四川 康定 626001)

礦山資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，礦山資源開發(fā)利用給人類帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益的同時，也會形成大量的廢棄地，打破原有的生態(tài)平衡，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生顯著變化[1]。甘孜藏族自治州因早期只追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展而忽略生態(tài)環(huán)境保護(hù)，形成了大量的歷史遺留礦山。礦區(qū)土壤重金屬污染會造成區(qū)域性土壤退化、土壤結(jié)構(gòu)、地表形態(tài)、植被狀況和土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化等而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分貧瘠[2]，對生態(tài)環(huán)境和人類健康都形成巨大的威脅[3-5]。如今開展礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，確保礦區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展與相應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，根據(jù)不同礦區(qū)土壤特征，進(jìn)行礦區(qū)土地修復(fù)，成為當(dāng)今亟需解決的問題，因此對歷史遺留礦山進(jìn)行土壤調(diào)查及分析是非常有必要的。

現(xiàn)國內(nèi)外已有研究發(fā)現(xiàn)，礦山廢棄地的土壤理化性質(zhì)受到不同程度的破壞，土壤較為緊實，存在壓實現(xiàn)象，非毛管孔隙度較低，透水性較差，礦區(qū)土壤pH偏堿，有機(jī)質(zhì)含量處于偏低水平，氮素呈現(xiàn)整體缺乏現(xiàn)象，土壤有效氮、磷、鉀含量均與土壤有機(jī)碳呈顯著相關(guān)關(guān)系，歷史遺留礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)不利于有益微生物的活動和繁殖，降低了土壤中能量流動速率和營養(yǎng)元素循環(huán)，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮對決定植物功能性狀起關(guān)鍵作用，且土壤養(yǎng)分中氮、磷、鉀元素含量及比例也影響著群落生物量、物種組成和生物多樣性等[6-10]。

本研究以雅礱江甘孜段德格縣歷史遺留礦山金礦區(qū)域內(nèi)非根際土壤和11種優(yōu)勢植物相應(yīng)根際表層土壤(0～20cm)為研究對象，通過實驗室測試分析法，了解土壤中主要養(yǎng)分現(xiàn)狀，對類似的歷史遺留廢棄礦山土壤特征提供數(shù)據(jù)支撐以及對其生態(tài)修復(fù)具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于四川省甘孜藏族自治州德格縣錯阿鎮(zhèn)錯阿鄉(xiāng)馬達(dá)村(E99°25′46″，N31°52′22″)，礦區(qū)主要以金礦為主，開采方式為地下開采，面積55628.7m2，已停止開采20年左右。屬大陸性高原季風(fēng)氣候，平均海拔為4341m，常年平均氣溫6.7℃，最低氣溫-20.7℃，最高氣溫30℃，常年平均降水量為623mm，年均日照1966h，且多集中在5—9月。該歷史遺留礦山屬于雅礱江上游，該地天然土壤類型為棕壤或黃棕壤，土壤質(zhì)地為砂壤土，植被覆蓋以灌木和草本植物為主。

1.2 樣品采集

2022年7月，采用隨機(jī)分布采集礦區(qū)內(nèi)20處土壤樣品，每土壤樣品采集3份，共60份土壤樣品。同時對歷史遺留礦山礦區(qū)的植被群落狀況進(jìn)行調(diào)查，用土壤采樣器分別采集歷史遺留礦山礦區(qū)內(nèi)11種優(yōu)勢植物(普遍生長良好的鄉(xiāng)土植物)，科屬如表1所示，相應(yīng)根際表層(0～20cm)土壤1.5kg裝袋，并貼上與相應(yīng)植株對應(yīng)的標(biāo)簽。每種根際土壤采集3份土樣，共33份根際土壤樣品。所有樣品均采用聚乙烯塑料袋放氣封裝后運回實驗室，以供分析和測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 樣品處理與分析

根際土壤樣品與土壤樣品揀去石塊和植物根系，經(jīng)自然風(fēng)干碾碎后，采用4分法混勻樣品，過200目篩后備用。結(jié)合實驗法和定量分析法，分析歷史遺留礦山非根際土壤和根際土壤的總有機(jī)碳、土壤全氮、全磷、全鉀、pH和電導(dǎo)率。其中，土壤全氮和全磷含量分別采用凱氏定氮法(GB 7173-87)和氫氧化鈉堿熔-鉬銻抗比色法測定(HJ 632-2011)，土壤總有機(jī)碳(Soil total organic carbon，TOC)用Soli TOC cube儀(Of elemental analyzer soli TOC cube，softeware version：2.1.2，Germany)測定，土壤全鉀用原子吸收儀測定[11]，土壤pH值和電導(dǎo)率采用pH計和電導(dǎo)率測定計測定(水土比為5∶1)。

表1 研究區(qū)域鄉(xiāng)土植物種類及其生活型

1.4 數(shù)據(jù)分析

整理數(shù)據(jù)采用Excel，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 25，作圖采用Origin 2021等軟件。采用t檢驗分析非根際土壤和根際土壤養(yǎng)分的差異，采用單因素方差分析分析不同植物類型下根際土壤養(yǎng)分的差異，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果分析

2.1 非根際土壤和根際土壤養(yǎng)分特征

掌握土壤養(yǎng)分的含量可以為施用肥料，提高肥料利用率提供合理依據(jù)。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，雅礱江甘孜段歷史遺留礦山土壤全氮含量總體平均水平處于二級，其中2號、6號、16號、18號、19號采樣點氮素水平處于一級，3號、4號、5號、7號、9號、10號、17號采樣點氮素水平處于三級，其余采樣點均處于二級，見圖1a；全磷含量總體平均水平處于一級，其中10號采樣點磷素水平處于二級，5號采樣點磷素水平處于四級，其余采樣點均處于一級，見圖1b；全鉀含量總體水平處于二級，其中3號、5號、10號、19號采樣點鉀素水平處于一級，2號、9號采樣點鉀素水平處于三級，8號采樣點鉀素水平處于四級，其余采樣點均處于二級，見圖1c；有機(jī)質(zhì)含量(有機(jī)質(zhì)含量=總有機(jī)碳含量×1.72)總體平均水平處于二級，其中2號、4號、12號、13號采樣點處于一級水平，5號、11號、16號采樣點處于三級水平，6號、7號、8號、9號、10號、15號、20號采樣點處于四級水平，17號、19號采樣點處于五級水平，其余采樣點均處于二級水平，見圖1d；pH值總體平均水平屬于弱堿，其中12號、13號采樣點屬于中性，4號、11號采樣點屬于微酸，其余采樣點均屬于弱堿，見圖1e；電導(dǎo)率平均值為147.46μS·cm-1，為非鹽化土壤(電導(dǎo)率<243為非鹽化，243～486為輕度，486～972為中度，972～1458為重度，>1458為鹽土)[12]，不限制植物生長發(fā)育，見圖1f。

圖1 非根際土壤各采樣點養(yǎng)分含量

根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，雅礱江甘孜段歷史遺留礦山根際土壤全氮含量總體平均水平處于一級，其中圓穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗畫眉草、刺柏氮素水平處于二級，金露梅氮素水平處于三級，其余植物根際土壤全氮含量均處于一級，見圖2a；所有植物根際土壤全磷含量均處于一級，見圖2b；根際土壤全鉀含量總體水平處于二級，其中窄葉鮮卑花、草玉梅鉀素水平處于一級，其余植物根際土壤全鉀含量均處于二級，見圖2c；根際土壤有機(jī)質(zhì)含量(有機(jī)質(zhì)含量=總有機(jī)碳含量×1.72)總體平均水平處于一級，其中圓穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗畫眉草、平車前、金露梅、刺柏處于二級水平，其余根際土壤有機(jī)質(zhì)含量均處于一級水平，見圖2d；根際土壤pH值均屬于弱堿，見圖2e；根際土壤電導(dǎo)率平均值為153μS·cm-1，為非鹽化土壤(電導(dǎo)率<243為非鹽化，243～486為輕度，486～972為中度，972～1458為重度，>1458為鹽土)[12]，不限制植物生長發(fā)育，見圖2f。

表2 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

注：圖中橫坐標(biāo)數(shù)字對應(yīng)的不同植物同表1。

2.2 不同植物對根際土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 不同植物根際土壤全氮含量

不同植物下根際土壤全氮含量如表3所示。長葉綠絨蒿的根際土壤全氮含量顯著高于其他植物，粗莖秦艽、窄葉鮮卑花、草玉梅根際土壤全氮含量顯著高于除長葉綠絨蒿其他植物，黑穗畫眉草、平車前、刺柏根際土壤全氮含量顯著高于圓穗蓼、康定鼠尾草、金露梅，高山紫菀根際土壤全氮含量顯著高于圓穗蓼、金露梅。

2.2.2 不同植物根際土壤全磷含量

粗莖秦艽的根際土壤全磷含量顯著高于其他植物，窄葉鮮卑花根際土壤全磷含量顯著高于除平車前、粗莖秦艽其他植物，平車前根際土壤全磷含量顯著高于除窄葉鮮卑花、長葉綠絨蒿、粗莖秦艽其他植物，長葉綠絨蒿、黑穗畫眉草、金露梅根際土壤全磷含量顯著高于圓穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、草玉梅，刺柏根際土壤全磷含量顯著高于圓穗蓼、高山紫菀、草玉梅。

2.2.3 不同植物根際土壤全鉀含量

為了接受社會監(jiān)督，防止不法人員冒充評估師從事評估業(yè)務(wù)，便于委托人和社會公眾等查詢某一評估專業(yè)人員是否通過了評估師資格考試，本法對評估行業(yè)協(xié)會公布評估師名單作了規(guī)定。

草玉梅的根際土壤全鉀含量顯著高于其他植物，窄葉鮮卑花根際土壤全鉀含量顯著高于除圓穗蓼、黑穗畫眉草、平車前、粗莖秦艽、草玉梅其他植物，粗莖秦艽根際土壤全鉀含量顯著高于高山紫菀、康定鼠尾草，黑穗畫眉草、平車前根際土壤全鉀含量顯著高于康定鼠尾草。

2.2.4 不同植物根際土壤總有機(jī)碳含量

長葉綠絨蒿的根際土壤總有機(jī)碳含量顯著高于其他植物，窄葉鮮卑花根際土壤總有機(jī)碳含量顯著高于除長葉綠絨蒿其他植物，粗莖秦艽、草玉梅根際土壤總有機(jī)碳含量顯著高于除長葉綠絨蒿、窄葉鮮卑花其他植物，黑穗畫眉草、平車前根際土壤總有機(jī)碳含量顯著高于金露梅、圓穗蓼，康定鼠尾草、高山紫菀、刺柏根際土壤總有機(jī)碳含量顯著高于圓穗蓼。

2.2.5 不同植物根際土壤酸堿度、電導(dǎo)率特征

刺柏的根際土壤pH值顯著高于高山紫菀、粗莖秦艽，黑穗畫眉草、平車前、金露梅、長葉綠絨蒿的根際土壤pH值顯著高于高山紫菀，其余植物間沒有顯著性。長葉綠絨蒿的根際土壤電導(dǎo)率顯著高于除粗莖秦艽其他植物，粗莖秦艽根際土壤電導(dǎo)率顯著高于除長葉綠絨蒿、草玉梅、窄葉鮮卑花、金露梅其他植物，草玉梅根際土壤電導(dǎo)率顯著高于圓穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗畫眉草、刺柏，窄葉鮮卑花根際土壤電導(dǎo)率顯著高于高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗畫眉草、刺柏，金露梅、平車前、圓穗蓼、刺柏根際土壤電導(dǎo)率顯著高于高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗畫眉草，高山紫菀根際土壤電導(dǎo)率顯著高于黑穗畫眉草。

2.3 根際與非根際土壤養(yǎng)分的差異

從表4可以看出，根際土壤與非根際土壤全氮、全磷、全鉀、總有機(jī)碳、pH、電導(dǎo)率均無顯著性差異，但根際土壤養(yǎng)分含量、pH、電導(dǎo)率普遍高于非根際土壤。

表3 不同植物對根際土壤養(yǎng)分的影響

表4 根際土壤與非根際土壤養(yǎng)分差異

3 討論

土壤總有機(jī)碳(TOC)含量不僅代表碳的活躍狀態(tài)和土壤的碳儲量，也是土壤的養(yǎng)分供應(yīng)能力和肥力表征指標(biāo)之一[13]，測定土壤全氮含量能了解土壤氮的總儲存量，土壤磷水平是影響作物產(chǎn)量、評價土壤肥力的重要指標(biāo)[14]，土壤鉀含量能衡量土壤鉀素養(yǎng)分供應(yīng)能力，可代表近期內(nèi)可供植物吸收利用的鉀含量[15]。研究區(qū)非根際土壤總有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀含量達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)，其中全磷含量(1.44g·kg-1)達(dá)到國家土壤一級標(biāo)準(zhǔn)(>1g·kg-1)，根際土壤樣品總有機(jī)碳、全氮、全磷達(dá)國家一級標(biāo)準(zhǔn)，其中全鉀含量(23.01g·kg-1)達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)(20～25g·kg-1)，說明該礦區(qū)歷史遺留地土壤養(yǎng)分狀況良好。

土壤的酸堿值會影響磷成分，當(dāng)酸堿值在6～7.5時，磷才能發(fā)揮其應(yīng)有的肥力效用，反之，則會影響磷酸鐵、磷酸鋁、磷酸鈣的效用性[16]。研究區(qū)非根際土壤和根際土壤酸堿度呈弱堿性，其中除4號、12號、13號非根際土壤采樣點外，其余非根際土壤采樣點pH值均不在6～7.5范圍內(nèi)，11種植物根際土壤pH值都大于7.5。說明該研究區(qū)土壤不利于發(fā)揮磷的效用。所以可用石膏、磷石膏、硫磺粉或其他具有酸或堿性物質(zhì)改良[17]，使土壤pH值在6.6左右，物種豐富度最大[18]。非根際土壤電導(dǎo)率平均值為147.46μS·cm-1，根際土壤電導(dǎo)率平均值為153.00μS·cm-1，根據(jù)電導(dǎo)率<243為非鹽化，243～486為輕度，486～972為中度，972～1458為重度，>1458為鹽土的標(biāo)準(zhǔn)[12]，研究區(qū)土壤為非鹽化土壤，不限制植物生長發(fā)育。

4 結(jié)論與展望

研究區(qū)非根際土壤和根際土壤屬弱堿性，為非鹽化土壤，非根際土壤樣品總有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀等指標(biāo)含量達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)，其中全磷含量極為豐富，達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，根際土壤樣品總有機(jī)碳、全氮、全磷達(dá)國家一級標(biāo)準(zhǔn)，其中全鉀含量達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)；不同植物對根際土壤養(yǎng)分有顯著影響，其中長葉綠絨蒿根際土壤全氮、總有機(jī)碳、電導(dǎo)率含量顯著最高，粗莖秦艽根際土壤全磷含量顯著最高，草玉梅根際土壤全鉀含量顯著最高，刺柏根際土壤pH值顯著最高，金露梅根際土壤全氮含量顯著最低，圓穗蓼根際土壤全磷、總有機(jī)碳含量顯著最低，康定鼠尾草根際土壤全鉀含量顯著最低，高山紫菀根際土壤pH值顯著最低，黑穗畫眉草根際土壤電導(dǎo)率顯著最低；根際土壤的養(yǎng)分含量、pH、電導(dǎo)率普遍高于非根際土壤。研究表明雅礱江甘孜段德格縣礦區(qū)歷史遺留地土壤養(yǎng)分情況良好，今后在該地區(qū)礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)建設(shè)中應(yīng)該重點考慮土壤重金屬污染或土壤水分限制等問題。