哈密大南湖二礦區土壤理化性質分析

王 夢，張繼衛，李昊宇，李 陽，麻 浩，時 威，王文全

(1.國網能源哈密煤電有限公司大南湖二礦，新疆 哈密 839000；2.新疆農業大學 草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；3.蘭州荒漠保護研究院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

地球的生態環境與人類的社會經濟活動有著密切的關系，人類經濟快速發展導致自然資源的過度破壞，造成一系列非常嚴重的社會環境問題[1]。礦產資源賦存于地下，是人們生產生活的重要物質基礎，對社會經濟發展有著不可替代的作用。隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的進步，對礦產資源的開采需求也在日益加大，所造成的生態地質災害亦在不斷加劇。如開采礦區產生過多的廢棄物，重金屬礦物粉的積累，對周邊土壤的潛在危害。不合理的粗放式采礦生產活動，造成礦區原有的土地產生運移、重新堆積，使得礦區地表呈現坍塌、沉陷，從而誘發地質災害，并且造成深層儲水結構的破壞和地表水的大量滲漏。煤礦常見的開采方式有露天和井下兩種，前者會造成原生地表植被及表層巖土被剝離，由此會導致地貌的生物生產力喪失，進而形成石漠化景觀。同時，還會排放出大量的剝離物，增加新的水土流失與土地沙化和干化。后者雖然不會直接造成地表植被和表層巖土的破壞，但卻會引起土地塌陷、含水層破壞等問題[2～6]。由于礦區地處荒漠戈壁灘，且在開采過程中對地表與地層有破壞，該區域植被覆蓋率極低，難以抵抗土壤的侵蝕與搬運，土地沙化、荒漠化加劇[7]。目前，國內學術界針對新疆哈密農田土進行了研究，王妙星等[8]對哈密農十三師農田土壤的養分變化與肥力進行了分析評價，為高標準農田建設和合理施肥提供理論依據。馬天文等[9]對哈密墾區土壤進行了氮養分分析，為合理施肥提供了幫助。

有關哈密煤礦土壤基本理化性質方面的研究報道較少。如何解決由于過度開采造成的水土流失，土地沙化和干化等問題，以及響應習近平總書記提出的“綠水青山，就是金山銀山”的號召，需要在礦區開采的同時注意生態環境的保護，因地制宜，對礦區廢棄物的資源化利用，來達到礦區生態修復的目的。筆者研究主要以干旱區露天煤礦為研究區，對其土壤進行理化指標的分析，為礦區生態修復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗示范區概況

研究區位于哈密市西南部，距哈密市區約84 km 。屬典型的大陸性氣候，年平均氣溫9.8℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-32℃；年降水量33.8 mm，年蒸發量3 300 mm，年均日照3 358 h，無霜期182 d[10]。

1.2 樣品采集

項目實驗示范區位于煤礦管理和生活區附近，面積約6.67 hm2，土壤類型為荒漠土。為了后期綠化需要，對該區土壤進行采樣，分析理化性質。

在實驗示范區采集了10個隨機樣，土層深度為0～30 cm；挖掘2個深度為100 cm的剖面，A剖面位于運煤管道附近、B剖面位于職工生活區附近。兩個土壤剖面結構為0～30 cm為E層(淋溶層，砂粒、粉砂礫相對富集)，30～100 cm為J層(礦質結殼層，鹽殼為過渡層)。鹽殼土樣取自剖面40～50 cm處。

1.3 分析方法

土壤樣品經過處理后進行各項指標的測定，具體見表1。

表1 土壤分析指標及方法

土壤樣品電鏡和能譜分析采用配備EDS的Quanta 250 FEI場發射環境掃描電鏡。

1.4 土壤理化指標分級標準

參照第二次土壤普查標準，土壤pH分級標準、土壤營養物質含量分級標準和鹽分組成類型的劃分標準見表2、表3和表4。

表2 土壤pH分級[14]

表3 土壤營養物質含量分級[15]

表4 鹽分組成類型的劃分標準[16]

1.5 數據處理方法

各項土壤理化指標經分析測試后，結果采用Microsoft Excel 2016軟件作圖表，統計分析采用SPSS 19.0軟件。

2 結果與分析

經測定此礦區土壤pH值為8.62，屬于堿性土壤。從表5中可以發現作為土壤養分主要來源的有機質平均值為21.13 g·kg-1，在營養物質含量分級中為中級，但變異系數較大，分布不均。總鹽含量處在3.98～37.14 g·kg-1的范圍內，平均值9.72 g·kg-1，變異系數為101.52%。全氮含量極低，堿解氮含量變異系數較大，中值極低。全磷含量很低，中值和平均值處于很低水平；速效磷處于極低水平。土壤中全鉀含量處于極低水平，速效鉀含量很高。總體來看說明此土壤中氮、磷元素較為缺乏，鉀元素中主要以速效鉀為主。

表5 土壤基本理化指標測定結果(隨機樣)

從表6可以看出在A點剖面土壤有機質0～25 cm處為低水平，在其余土層均為高水平。總鹽含量差異不大。土壤全氮分布較為均勻并未隨土壤深度增加而發生改變，均處于極低水平。堿解氮含量隨土壤深度增加而增加，含量由極低變為很低。全磷含量處于低與極低水平。速效磷整體含量極低。全鉀含量隨土壤深度增加而減少，整體含量極低。速效鉀含量變化和全鉀相同，但整體含量很高。

在B點剖面土壤有機質和總鹽含量在60～100 cm處遠高于其它土層，分別為89.90 g·kg-1和79.67g·kg-1。而土壤全氮差異不大，水平極低；堿解氮含量隨著土層深度的增加而增加，含量由極低到低。全磷在0～25 cm處含量多于其它土層，但仍處于很低水平。速效磷在25～60 cm的土層含量較多，但仍處于極低水平。全鉀含量隨土壤深度增加而減少，整體含量極低。速效鉀整體處于很高水平。

鹽殼土中有機質含量為49.16 g·kg-1。總鹽含量為79.81 g·kg-1。全氮和堿解氮含量分別為極低和很低。全磷和速效磷含量均為極低。全鉀含量極低，速效鉀含量很高。

表6 土壤基本理化指標測定結果(剖面樣)

表7 土壤八大離子測定結果(隨機樣) (mg·kg-1)

注：表中nd值皆表示“未檢出”

土壤八大離子反映了土壤可溶性鹽的含量。從表8可知CO32-和HCO3-含量極低，陰離子主要以Cl-和SO42-為主，分別為0.05和0.09 mg ·kg-1。Mg2+、 Ca2+含量較低，Na++K+含量在0.14 mg.·kg-1，中值為0.12 mg·kg-1。Cl-與SO42-的比值為0.49，根據鹽分組成類型的劃分標準可知，此研究區土壤鹽分組成為氯化物—硫酸鹽。

根據表9可知，A、B兩個剖面CO32-、HCO3-含量較低，Cl-含量隨土壤深度的增加而增加。各土層之間SO42-含量差異不大。Cl-與SO42-的比值隨土壤深度的增加而增加。兩個土壤剖面的鹽分組成均是隨土壤深度增加，A剖面的鹽分組成由硫酸鹽—氯化物向氯化物過渡，B剖面的鹽分組成由氯化物—硫酸鹽向硫酸鹽—氯化物過渡。

表8 土壤八大離子測定結果(剖面樣) (mg·kg-1)

注：表中nd值皆表示“未檢出”。

表9和表10為土壤中重金屬分析結果。參照《土壤環境質量標準 農用地土壤污染風險管控標準(試行)(GB 15618-2018)》[17]和《土壤環境質量標準 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)(GB 36600-2018)》[18]，表10和表11中重金屬含量均未超過土壤環境質量建設用地的標準(GB 36600-2018)。

根據表10可以看出，在A和B兩個剖面中重金屬含量沒有發生大的變化。在A剖面中，Fe、Mn含量隨土壤深度的增加而降低。Cu、Zn、As主要在25～45 cm土層含量較高，分別是128.77、38.69和17.50 mg·kg-1；且Cu在25～45 cm處的含量超出了土壤環境質量農用地篩選值的標準(100 mg·kg-1，pH>7.5)。Pb含量隨土壤深度的增加而降低。Cd含量在各土層差異不大，但超出土壤環境質量農用地中篩選值的標準(0.6 mg·kg-1，pH>7.5)，未超過管控值的標準(4.0 mg·kg-1，pH>7.5)；Cr含量隨土壤深度的增加而降低。

在B剖面中土壤各層Fe含量差異不大，Zn含量隨土壤深度的增加而降低。Mn、Cu、As、Cr在25～45 cm土層含量較高，分別是146.26、2.22、11.66和4.60 mg·kg-1；Cu整體含量超出了土壤環境質量農用地篩選值的標準。而Pb和Cd含量隨土壤深度的增加而升高。總體來看位于生活區的B剖面在0～25 cm處Fe、Mn、Cu、Zn、As含量高于位于運煤管道附近的A剖面，而Pb、Cd、Cr含量低于A剖面。

在鹽殼土壤中Cd超出土壤環境質量農用地中篩選值的標準，未超過管控值的標準。Cu超出土壤環境質量農用地中篩選值的標準。其余重金屬含量未超國家標準。

表9 土壤重金屬測定結果(隨機樣) (mg·kg-1)

表10 土壤重金屬測定結果(剖面樣) (mg·kg-1)

表11 荒漠土能譜測定結果

表12 鹽殼能譜測定結果

圖1可以反映出在荒漠土這一點處金屬元素有Na、Mg 、Al、K、Ca的存在。根據表12可以看出Na的比重為4.98%，K的比重為1.74%，低于Na的比重。

圖2反映出在鹽殼土中金屬元素Na、Mg 、Al、Ca的存在，與圖1相比缺少了K元素。在鹽殼中Na元素比重為3.43%。Cl元素比重為0.36%，K值比為0.0025。

3 結論

所測礦區土壤pH為8.62屬于堿性土壤，其中陽離子以Na+為主，陰離子以Cl-為主，鹽分組成整體上為氯化物—硫酸鹽，可以通過化學改良措施來降低土壤pH。土壤中全氮含量極低；堿解氮含量很低。全磷含量很低；速效磷處于極低水平。土壤中全鉀含量處于極低水平，速效鉀含量很高。有機質含量中等但分布不均，可通過種植綠肥來提高土壤肥力，改善土壤理化性質，促進土壤微生物的活動，增加土壤微生物數量，將有機質轉化為腐殖質，為植物提供養分。土壤重金屬Cu、Cd含量超出土壤環境質量農用地中篩選值的標準，未超過管控值的標準，也未超過土壤環境質量建設用地的標準。土壤總鹽含量較高，建議種植耐鹽、抗鹽植物。