施肥對干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫土壤質量的影響及其評價

珊 丹，郭建英*，榮 浩，王小莉，張鐵鋼，邢恩德，吳旭南

(1.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010020；2.蘇尼特金曦黃金礦業有限責任公司，內蒙古 錫林郭勒盟蘇尼特右旗 011216)

金屬礦山開采過程中，深埋于地下的礦石暴露于地表，各種伴生元素釋放到環境介質中，開采產生的尾礦目前已成為我國工礦企業中年產生量最大、對環境和生態景觀影響巨大的大宗工業固體廢物[1]。礦渣、尾礦石混合堆放形成的尾礦庫改變了土體結構，打亂了重金屬元素在地殼中的自然分布，也會對周邊土壤、地表水和地下水造成污染，尾礦庫既是礦山采選中必不可少的生產設施，同時也是重大的環境污染源和高勢能危險源[2]。黃金礦山尾礦的化學成分主要為SiO2，同時含有一定量的CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO和少量的貴金屬(Au、Ag等)、重金屬(Cu、Pb、Zn等)，其礦物組成主要以石英、長石、云母、黏土和殘余金屬礦物為主，主要污染物含有氰化物、汞和各種浮選藥劑等[3-4]。地處干旱半干旱草原生態脆弱區的金屬礦山尾礦庫土壤中重金屬等有害物質含量較高，土壤中微生物活性差、營養物質缺乏，土壤的pH值波動幅度大，同時由于自然降水量偏低、無霜期較短等氣候條件使該地區生態環境恢復更為困難。

修復污染土壤對自然界物質的轉化和循環都具有重要作用。但礦山廢棄地土壤生態修復需要針對退化土壤的某種性狀缺陷而進行。如：加拿大在礦山生態修復中利用魚粉生物炭、鈣基膨潤土、覆蓋木纖維等來降低土壤中重金屬污染[5]；英國研究者采用生物炭和蚯蚓培育技術修復土壤中的重金屬污染[6]；澳大利亞研究人員研究發現土壤種子庫是重建采礦場地生態系統、抵抗干旱擾動的關鍵[7]；孫清斌等[8]研究了施用客土、鋸末、有機肥和無機肥等外源物對胡枝子修復尾礦庫土壤中重金屬污染的效果，并通過適宜的土壤生態修復方法緩解礦山尾礦庫土壤的養分不足和環境脅迫。

土壤質量作為土壤肥力質量、環境質量和健康質量的綜合量度，是土壤維持生產力、環境凈化能力以及保障動植物健康能力的集中體現[9]。土壤質量評價可以直接或者間接地反映生態系統的變化，也可以反映人類干擾所產生的效應。而采用數學方法對土壤質量進行綜合評價可以更直觀地表現出土壤污染的總體情況。根據評價的目的性和針對性，土壤質量評價選用的評價方法和評價指標皆有不同[10]。如：張建輝[11]采用模糊數學綜合評判法對川江流域土壤質量進行了評價；陳龍乾等[12]利用復墾土壤質量評價指數法對礦區復墾土壤質量進行了評價；李月芬等[13]采用主成分分析和灰色關聯度法對吉林草原土壤質量進行了評價；陳吉等[14]利用主成分分析法對不同施肥土壤質量狀況進行了分類研究；謝軍等[15]采用內梅羅指數法、因子分析法和相關系數法對不同施肥模式土壤的綜合肥力進行了評價。

目前土壤質量定量化評價方法較多，而針對不同研究層次可用于解決不同的問題。本研究針對干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫土壤特征、自然氣候條件、生態建設需求，通過微生物菌肥、有機肥野外施用試驗，研究了施用微生物菌肥、有機肥對尾礦庫土壤中有益酶活性、土壤養分的影響，并利用灰色關聯度法對不同施肥方式下的土壤質量進行了評價，探討適合干旱半干旱地區金屬礦山尾礦庫特殊土壤生境的施肥方式，研究成果可為干旱半干旱草原區金屬礦廢棄地土壤生態環境恢復與完善生態建設方案提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

蘇尼特金曦黃金礦業有限責任公司畢力赫金礦位于內蒙古自治區錫林郭勒盟蘇尼特右旗朱日和鎮境內，面積約為96.0 hm2。畢力赫金礦處于內蒙古高原中部，屬中溫帶干旱半干旱氣候，多年平均降水量為209 mm，年均蒸發量為2 384 mm，年均風速為4.6 m/s，年均氣溫為4.3 ℃，無霜期為135 d；畢力赫金礦所處草原區域土壤為栗鈣土，擾動前地表植被為低山丘陵干草原草場類，以小針茅(Stipaklemenzii)、無芒隱子草(Cleistogenessongorica)為主要建群種，植被覆蓋度達30%～40%[16]。試驗區設置在畢力赫金礦尾礦庫平臺，該尾礦庫為溝谷形，溝谷兩側為山坡，山坡坡度約為35°～38°，面積為30.0 hm2。尾礦礦漿經壓濾后輸送進尾礦庫，再由推土機進行堆積、碾壓，尾礦庫渣面覆土后采取種植沙蒿(Artemisiadesertorum)、檸條(CaraganaKorshinskii)，撒播草木樨(Melilotussuaveolens)的方式恢復植被，尾礦庫平臺、邊坡覆土深度為50～80 cm。根據對尾礦庫覆土后原狀土壤的理化性質和土壤中主要重金屬元素的分析結果，試驗區土壤以粒徑大于0.05 mm的細沙為主，土壤質量較差，養分含量低，其中，尾礦庫土壤中(0～20 cm土層)主要養分全氮含量為0.112 g/kg、全磷含量為0.340 g/kg、全鉀含量為18.75 g/kg、速效氮含量為13.150 mg/kg、速效磷含量為1.072 mg/kg、速效鉀含量為43.78 mg/kg、有機質含量為2.714 g/kg、全鹽含量為0.49%，土壤的pH值為9.27；尾礦庫土壤中(0～20cm土層)主要重金屬元素的含量分別為Cu 12.28 mg/kg、Zn 50.57 mg/kg、Cr 28.09 mg/kg、Cd 0.067 mg/kg、As 10.99 mg/kg、Hg 0.057 mg/kg、Pb 10.05 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用的禾神元多效微生物菌肥(液體)由神州漢邦(北京)生物技術有限公司生產提供，有效活菌數地衣芽孢桿菌≥2.0 億/g[農業部登記證：微生物肥(2010)準字(0620)號]；有機肥選擇發酵型牛糞顆粒。根據推薦施用量，微生物菌肥設3個水平[施用量分別為1 L/m2(L1)、2 L/m2(L2)、3 L/m2(L3)]、有機肥設3個水平[施用量分別為100 g/m2(S1)、200 g/m2(S2)、300 g/m2(S3)]和1個不施肥對照處理[(CK)]，采用完全隨機區組設計共15個處理(見表1)，每個處理3次重復，小區規格為2 m×5 m，小區間距為1.0 m。2020年5月初植物返青后進行野外施肥試驗，微生物菌肥施用前，以1∶200倍的清水稀釋后攪拌5～10 min，隨后以不同施用量噴施于地表，有機肥按不同施用量均勻撒于地表。

表1 各處理施肥試驗設計

1.3 樣品采集與測定方法

植物生長末期(2020年9月初)，在每個試驗小區供試植物根際周邊隨機采集0～30 cm土壤樣品，每小區3次重復。土樣采集后過2 mm土壤分析篩，4℃冰箱保存備用。

土壤中過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定；土壤中蔗糖酶活性采用二硝基水楊酸比色法測定；土壤中脲酶活性采用靛酚藍比色法測定[17]。土壤的理化性質采用常規的農化分析方法[18]測定，其中：土壤的pH值采用pH酸度計電位法(水∶土=1∶1)測定；土壤中有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤中全氮含量采用半微量凱氏蒸餾法測定；土壤中全磷含量采用NaOH熔融—鉬銻抗比色法測定；土壤中全鉀含量采用NaOH熔融火焰光度法測定；土壤中堿解氮含量采用堿解擴散法測定；土壤中速效磷含量、速效鉀含量采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法和NH4Ac浸提火焰光度法測定，土壤中全鹽含量采用烘干質量法測定。

1.4 土壤質量評價

本文采用灰色關聯度法分析評價不同施肥水平的土壤養分狀況[19-20]，土壤質量評價指標以k表示。灰色關聯度分析包括以下3個步驟：

(1) 參考數列確定。設參考指標數列X0和被評價對象數列Xi為

X0=(X0(1)，X0(2)，…，X0(k))

(1)

Xi=(Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(k)) (i=1，2，…，n)

(2)

由于各項指標的單位各不相同，需采用歸一化方法對原始數據進行處理，通過歸一化處理使所有數據在0～1的范圍內。正向指標的處理方法為Xi(k)=Xi(k)/X0(k)；逆向指標的處理方法為Xi(k)=1-(Xi(k)/X0(k))(其中，Xi(k)為參評指標實際值，i=1，2，…，n；X0(k)為參考數列值)。

(2) 關聯系數的計算。設X0為參考數列，Xi為比較數列，先求比較數列Xi和參考數列X0各對應點的絕對值，其計算公式為

△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|

(3)

然后找出二級最大差與二級最小差，計算出關聯系數，其計算公式為

Li(k)=(△min+ρ△max)/(△i(k)+ρ△max)

(4)

式中：Li(k)為比較數列Xi對參考數列X0在k時刻的關聯系數，即第k個時刻比較曲線Xi與參考曲線X0的相對值；△i(k)為k時刻參考序列X0與比較序列Xi的絕對差；△min為計算中序列在各個時刻絕對差中的最小值；△max為計算中序列在各個時刻絕對差中的最大值；ρ為取值范圍在[0，1]之間的分辨系數，分辨系數為定性分析的人為系數，實際是人為給定的，主要用來削弱△max值過大而失真的影響，提高關聯系數之間的差異顯著性，本文中ρ取值為0.5。

(3) 灰色關聯度的計算。灰色關聯度的計算公式為

(5)

式中:ri為灰色關聯度;Li(k)為關聯系數。

為了更客觀、真實地計算各指標的重要性，本文引入變異系數法來計算指標的權重Wi，其計算公式為:

Wi=ri/∑ri

(6)

從而可計算得到灰色綜合評判值G(k)：

G(k)=∑Li(k)Wi

(7)

不同施肥處理各指標的差異性采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，指標之間的關聯系數、灰色綜合評判值等采用Microsoft Excel 2016軟件進行統計。

2 結果與分析

2.1 施肥對尾礦庫土壤中酶活性的影響

不同施肥處理下尾礦庫土壤中酶活性的測定結果，見表2。

由表2可知：不施肥的對照處理組(CK)土壤中過氧化氫酶活性為0.516 mL/g，施肥后各處理組土壤中過氧化氫酶活性均高于CK組，其中L2S3、L3S3組土壤中過氧化氫酶活性最高，分別為0.611 mL/g、0.579 mL/g，各施肥處理組中只有L2S3、L3S3組與CK組之間的土壤中過氧化氫酶活性變化差異達到顯著性水平(p<0.05)，說明單獨施用微生物菌肥或有機肥、微生物菌肥與有機肥配合施用施肥量較低時均對土壤中過氧化氫酶活性的影響不明顯；不同施肥處理下土壤中蔗糖酶活性的變化較大，CK組土壤中蔗糖酶活性為2.322 mg/g，施肥處理后土壤中蔗糖酶活性的變化范圍在2.697～2.387 mg/g之間，不同施肥處理組土壤中蔗糖酶活性由高到低的順序表現為L3S3>L2S3>L3S2>L1S3>L3S1>L2S1>L2S2>L1S2>S3>S2>L3>L1S1>L2>S1>L1>CK，有機肥與微生物菌肥配合施用的土壤中蔗糖酶活性與CK組之間的差異達到顯著水平(p<0.05)，表明配合施肥更有利于增加土壤中蔗糖酶活性；各施肥處理后土壤中脲酶活性的平均值為1.396 mg/g，CK組土壤中脲酶活性為0.712 mg/g，各施肥處理組與CK組之間的土壤中脲酶活性變化差異均達到顯著性水平(p<0.05)，說明施肥處理明顯提高了土壤中脲酶活性，并且單獨施用一種肥料或兩種肥料的配合施用對土壤中脲酶活性均有明顯的影響，L3S3組土壤中脲酶活性最高(1.504 mg/ g)，其次為L3S2組(1.49 mg/g)，這兩個處理組與其他施肥處理組之間的土壤中脲酶活性變化差異均達到顯著性水平(p<0.05)。

表2 不同施肥處理下尾礦庫土壤中酶活性的測定結果

2.2 施肥對土壤中主要養分和pH值的影響

不同施肥處理下土壤中主要養分和pH值的變化，見圖1。

由圖1可見：金屬礦山尾礦庫土壤的酸堿度處于較高水平，不施肥樣地的土壤pH值達到9.27，施用微生物菌肥或有機肥能使土壤pH值降低，各施肥處理組與CK組之間的土壤pH值變化差異均達到顯著性水平(p<0.05)，但各施肥處理組土壤的pH值均在8.5以上，尾礦庫土壤呈強堿性[見圖1(i)];各施肥處理組土壤中全鹽含量的變化在0.30%～0.55 %之間，土壤表層鹽分含量偏高，施肥處理對土壤中全鹽含量的影響不明顯[見圖1(h)]；金屬礦山尾礦庫原狀土壤中有機質含量僅為2.71 g/kg，明顯低于蘇尼特右旗草原土壤中有機質平均含量(9.92 g/kg)[21]，各施肥處理組土壤中有機質含量均有不同程度增加，對比分析施用的兩種肥料，有機肥處理土壤中平均有機質含量比施用微生物菌肥高35.1%，且L1S3、L2S2、L2S3組土壤中有機質含量要顯著高于其他施肥處理組(p<0.05)，說明施用有機肥可以補充土壤中有機質[見圖1(g)]；金屬礦山尾礦庫原狀土壤中氮元素含量明顯偏低，土壤中全氮、速效氮含量分別為0.112 g/kg、13.150 mg/kg，施肥處理后土壤中全氮和速效氮含量增加，平均值達到0.317 g/kg、55.075 mg/kg，說明施肥對土壤中氮元素的積累影響較明顯，經方差顯著性分析，微生物菌肥和有機肥配合施用后土壤中全氮和速效氮含量要顯著高于單獨施用微生物菌肥或有機肥(p<0.05)[見圖1(a)、圖1(d)]；與CK組相比，施肥處理后土壤中全磷含量未表現出明顯的增加，各施肥處理組之間土壤中全磷含量也沒有明顯的變化規律，說明施肥對土壤中全磷的影響較小，但施肥能明顯提高土壤中速效磷的含量，經方差顯著性檢驗，各施肥處理組土壤中速效磷含量顯著高于CK組(p<0.05)，各施肥處理組之間土壤中速效磷含量也有明顯的差異，單獨施用有機肥的土壤中速效磷含量明顯低于單獨施用微生物菌肥的土壤，配合施肥中L3S2、L3S3組土壤中速效磷含量要顯著高于其他處理組(p<0.05)，說明配合施肥時采用較高的施用量能明顯提高土壤中速效磷的水平[見圖1(b)、圖1(e)]；與CK組相比，各施肥處理組土壤中全鉀含量未表現出明顯的增加，各施肥處理組之間土壤中全鉀含量也沒有明顯的變化規律，說明施肥對土壤中全鉀的影響較小，但各施肥處理組土壤中速效鉀含量明顯高于CK組(p<0.05)，各施肥處理組之間土壤中速效鉀含量沒有明顯的變化規律，說明施用微生物菌肥和有機肥均能提高土壤中速效鉀的含量[見圖1(c)、圖1(f)]。

圖1 不同施肥處理下土壤中主要養分和pH值的變化

2.3 尾礦庫土壤質量評價

本文以土壤中過氧化氫酶活性(C1)、蔗糖酶活性(C2)、脲酶活性(C3)、全氮含量(C4)、全磷含量(C5)、全鉀含量(C6)、速效氮含量(C7)、速效磷含量(C8)、速效鉀含量(C9)、有機質含量(C10)、全鹽含量(C11)和土壤pH值(C12)作為干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫土壤質量水平的評價指標。按照灰色理論將本研究所涉及的15種施肥方式作為一個灰色系統，每種施肥方式即為該系統中的一個因素。根據土壤質量目標，構造一個理想的施肥方式，其各項土壤主要肥力指標所構成的數列為參考數列，并選擇各項土壤質量指標中的最優指標作為參考數列，分析所有參與施肥處理的各項土壤質量指標構成比較數列。由于各項土壤質量指標的量綱不同，首先對其進行歸一化處理，經過歸一化處理后的結果見表3。根據關聯系數、灰色關聯度計算公式，計算出經過歸一化處理后各項土壤質量指標的關聯系數(Li(k))、灰色關聯度(ri)和綜合評判值(G(k))，其結果見表4。

表3 土壤質量各項評價指標歸一化處理結果

表4 不同施肥方式下土壤質量評價指標的關聯系數(Li(k))、灰色關聯度(ri)和綜合評價值(G(k))

由表4可知：土壤質量各項評價指標的灰色關聯度值ri大小順序依次為脲酶活性(0.901)>全氮含量(0.819)>全磷含量(0.780)>速效磷含量(0.749)>速效氮含量(0.720)>有機質含量(0.716)>過氧化氫酶活性(0.713)>蔗糖酶活性(0.654)>速效鉀含量(0.653)>全鉀含量(0.642)>全鹽含量(0.603)>土壤pH值(0.584)，這12個評價指標中，脲酶活性、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和速效氮含量5個評價指標與參考數列指標的關聯度較大，說明土壤中脲酶活性和氮、磷元素含量對干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫土壤質量的影響更為重要；不同施肥方式的土壤質量灰色綜合評判值G(k)表現為L1S3>L3S3>L2S3>L3S1>L2S2>L3S2>L1S2>L3>L2S1>L1S1>L2>L1>S3>S2>S1。灰色關聯度與綜合評判值反映了不同施肥方式后土壤肥力的變化，灰色關聯度與綜合評價值越大，反映這種施肥方式下的土壤質量越高，表4結果表明：施用微生物菌肥的土壤質量要優于施用有機肥；微生物菌肥與有機肥配合施用的土壤養分狀況要優于單獨施用菌肥或單獨施用有機肥；15種施肥方式中，L1S3、L3S3、L2S3、L3S1、L2S2施肥處理組的土壤質量狀況相對較好，說明適量的微生物菌肥和有機肥配合施用能有效提高土壤質量，改善土壤的養分狀況。

3 討 論

干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫的極端條件限制了動植物的正常生長，在尾礦庫的早期生態修復中，一般的常規方法很難顯現出明顯的效果，改善尾礦庫土壤環境和質量以保證植物正常生長發育是促進生態系統快速恢復的前提。微生物菌肥是一種對環境友好的新型生物肥料，具有無毒害、無污染、可調節土壤微生物群系、提高土壤質量、增強植物對養分的吸收等特點[22-23]。目前，國內外在利用微生物菌肥促進植物生長、減少環境污染等方面已有諸多研究成果，微生物菌肥改善土壤理化性質和生物學特性、加速土壤養分分解的作用機制也比較明確[24-27]。有機肥是富含有機質的原料經好氧微生物發酵后的產物，具有培肥、改良土壤的功效，施用有機肥是維持生態系統物質與能量平衡的重要措施[28]。對于自然環境、土壤條件都不適合生態恢復的草原礦區排土場、尾礦庫等廢棄地來說，通過施用微生物菌肥和有機肥來改善土壤結構、增加土壤有益微生物群落、提高土壤養分、降低土壤重金屬污染、促進植被恢復與重建，已成為解決生態脆弱區礦山廢棄地生態恢復初期植被建植困難、覆蓋率偏低、水土流失嚴重等問題的有效方法之一。微生物菌肥施入土壤后增加了有益微生物數量，群體的協同作用將有利于增加有益酶活性[29]，本試驗不同施肥處理后土壤中脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性都有不同程度的增加，這與Marcote等[30]、賀文員等[31]的研究結果相一致。通過對比分析不同施肥方式下土壤中有益酶活性，結果顯示單獨施用微生物菌肥、有機肥以及配合施肥土壤中脲酶活性均有明顯增加，其中配合施肥更有利于提高土壤中蔗糖酶活性，與土壤中脲酶、蔗糖酶活性變化相比，施肥對土壤中過氧化氫酶活性的影響相對不明顯。土壤中脲酶活性反映了土壤供氮的水平與能力，是決定土壤中氮轉化的關鍵酶，已有研究表明土壤中總氮、無機氮、有機質含量與土壤中脲酶活性具有極顯著的正相關關系[32]。金屬礦山尾礦庫原狀土壤中氮元素含量較低，施肥后土壤中氮元素含量明顯增加，施肥增加了土壤中的氮源，進而為土壤中脲酶的產生和活性的提高提供了物質基礎。蔗糖酶主要參與碳水化合物的轉化，試驗施用的牛糞有機肥中含有大量的碳水化合物，為細菌、真菌和放線菌等微生物提供了豐富的碳源，而微生物菌肥提供了大量有益微生物菌群，因此配合施肥提高了土壤中蔗糖酶活性。賀文員等[31]研究了生物有機肥對水稻土壤中酶活性的影響，結果發現施用微生物菌肥對土壤中脲酶活性有促進作用；邵麗等[33]研究了玉米施用無機肥、有機無機復混肥、生物復混肥后土壤中酶活性的變化，結果發現生物復混肥處理可顯著影響土壤中蔗糖酶和脲酶活性；孫瑞蓮等[34]研究表明，玉米秸稈有利于提高土壤中轉化酶活性，有機肥主要提高土壤中脲酶和磷酸酶活性，但長期施肥不能增強土壤中過氧化氫酶活性；鄧歐平等[35]研究發現，豬糞還田處理能提高土壤中過氧化氫酶活性，秸稈和豬糞還田處理能提高土壤中蔗糖酶活性；陳娟麗等[36]研究了復合菌肥與化肥配施對高寒區土壤中酶活性的影響，結果發現不同比例配施處理后，土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性均增加，但施肥對土壤中過氧化氫酶活性的影響較小。不同施肥方式下土壤中脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性的變化存在差異主要與試驗區土壤條件、氣候環境、施用肥料成分、植物組成等因素激活或抑制不同土壤酶的活性有關，而不同土壤微生物種群在代謝等過程中釋放的酶種類、數量也不同，土壤中添加微生物菌劑和有機肥勢必會影響土壤中微生物種群，進而不同程度地改變了土壤中酶的活性[37]。因此，對于肥料成分、配施比例、施用方法等因素與土壤中微生物種群、土壤中酶的活性之間的相關關系研究還需要進一步深入。

有研究表明[38]，施用微生物菌肥能降低土壤pH值、電導率和全鹽量，本研究中各施肥處理組土壤的pH值與不施肥處理組之間的土壤pH值變化差異明顯，但土壤的pH值均在8.5以上，蘇尼特右旗草原土壤的平均pH值為8.84[21]，施肥雖然降低了土壤的酸堿度，但并未改變土壤的強堿性。堿性土壤會抑制土壤中微生物的活動，不同程度地會降低土壤中養分的有效性，進而影響植物的生長發育，這也是草原金屬礦廢棄地植被恢復困難的原因之一。施肥措施對土壤中全鹽含量的影響不明顯，其原因可能是施用的有機肥本身無機礦物含量較高，施入土壤后鹽分降低幅度不大[39]。根據本文試驗結果，施肥對草原區金屬礦山尾礦庫土壤養分的改善有積極的作用，各施肥處理后土壤中有機質含量均增加，與施用微生物菌肥相比，施用有機肥更能有效補充土壤中的有機質。這是由于牛糞有機肥中有機質含量達20%、氮含量為0.34%～0.80%、五氧化二磷含量為0.16%、氧化鉀含量為0.4%[40]，配合施肥主要利用了有機肥中豐富的有機質和大量的養分元素，從而彌補了微生物菌肥中有機質、有機酸及糖類等物質的不足。施肥明顯提高了土壤中氮、磷、鉀元素含量，尤其在金屬礦山尾礦庫比較貧瘠的土壤環境，施肥對于土壤中速效養分積累的影響要明顯高于全效養分。這是由于有機肥中含有大量的有機物質、無機物質和有益微生物，微生物肥料的加入增加了土壤對肥料的利用率，而微生物肥料中的有益微生物在其生命活動中會產生大量的次生代謝產物有機酸，不斷釋放土壤中的遲效態氮磷鉀，進一步提高了土壤養分的有效性。已有研究表明，施用微生物肥料可以增加土壤中速效養分和有機質含量等[24,40]。微生物肥料中的解磷解鉀菌對土壤中難分解的一些礦物成分也能起到一定的溶解作用，游離的礦物元素更有利于植物的吸收[41]。施肥在一定程度上降低了土壤的pH值，有利于土壤中氮、磷、鉀的有效轉化，這也是施肥后土壤中速效養分含量增加的原因之一[42]。宋雙雙等[43]的研究結果表明，保水劑與微生物菌劑對土壤具有保氮釋磷促鉀效應，對土壤中速效氮、磷、鉀含量具有顯著的促進作用，可提高土壤中可供植物吸收利用的有效養分。

本研究采用灰色關聯度法以土壤中3個有益酶活性(土壤氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶)和土壤9個化學性質指標(全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質、全鹽含量、pH值)作為干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫不同施肥方式的土壤質量評價指標。從評價結果來看，土壤中脲酶活性和氮、磷元素含量對土壤質量的影響更明顯，土壤中脲酶活性與土壤中微生物數量、全氮含量和全磷含量呈正相關關系，這是因為酶是一種專屬性很強的水解酶，可以有效提高土壤中銨態氮的含量，促進植物吸收，反映土壤的氮素狀況[28]。通過灰色關聯度分析，結果表明：施用微生物菌肥的土壤質量要優于施用有機肥；配合施肥的土壤養分狀況要優于單獨施用某一種肥料；在配合施肥不同組合中，并非最大施用量作用下土壤質量最高，故在綜合考慮施肥效果和經濟效益的基礎上，選擇何種施肥方式還需進一步研究。

4 結 論

(1) 干旱半干旱草原區金屬礦山尾礦庫采用施肥措施能提高土壤中有益酶活性，配合施肥土壤中蔗糖酶活性明顯高于不施肥處理土壤(p<0.05)，說明配合施肥更有利于提高土壤中蔗糖酶活性；各施肥處理組與不施肥組之間的土壤中脲酶活性變化差異均達到顯著性水平(p<0.05)，單獨施肥或配合施肥對土壤中脲酶活性都有積極的作用；施肥后土壤中過氧化氫酶活性高于不施肥處理土壤，與土壤中脲酶、蔗糖酶活性變化相比，施肥對土壤中過氧化氫酶活性的影響相對不明顯。

(2) 金屬礦山尾礦庫土壤的酸堿度處于較高水平，施肥措施能降低土壤的pH值，但土壤的pH值仍在8.5以上，屬強堿性土壤；尾礦庫土壤表層鹽分含量偏高，施肥措施對土壤全鹽含量的影響不明顯；各施肥處理土壤中有機質含量均有不同程度的增加，施用有機肥土壤中有機質平均含量比施用微生物菌肥高35.1%，表明有機肥比微生物菌肥更能有效補充土壤中的有機質。

(3) 金屬礦山尾礦庫原狀土壤養分匱乏，土壤中氮、磷含量偏低，施肥能明顯增加土壤中全氮和速效氮含量，配合施肥對土壤中氮元素的影響要顯著高于單獨施肥土壤；施肥對土壤中全磷、全鉀的影響較小，但能明顯提高土壤中速效磷和速效鉀含量，施用微生物菌肥對土壤中速效磷含量的促進作用要高于有機肥，施用微生物菌肥和有機肥均能提高土壤中速效鉀的含量。

(4) 采用灰色關聯度法對金屬礦山尾礦庫土壤質量進行了評價，結果表明：土壤中脲酶活性、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和速效氮含量5個評價指標與參考數列指標的關聯度較大；L1S3、L3S3、L2S3、L3S1、L2S2施肥處理組土壤質量相對較好，表明配合施肥更能有效提高土壤質量，改善土壤的養分狀況。