新疆哈密大南湖二礦區種植不同植物后表層土壤水鹽分布變化規律的研究

關鍵詞：礦區;植物;土壤;鹽分;水分

被譽為“黑色金子、工業食糧”的煤炭資源，是18世紀以來人類使用的主要能源之一，為工業化建設提供了強有力的支撐。但是，隨著戈壁露天煤礦的大量開采，不僅礦區土地資源、地下水資源和生態環境遭到破壞，而且會逐步挖損和占壓原地貌的礫幕層，從而導致礫幕層對地表風蝕的防護功能的喪失，與此同時，露天開采過程中形成大面積的裸露面和大體量的松散堆體，如不采取有效措施，極易成為當地風沙天氣的物質源頭，導致生態系統進一步惡化，土壤鹽堿化更為嚴重。

新疆哈密大南湖二礦區地表主要以自然原始的戈壁、裸巖礫石為主，無植物生長，生態系統極其脆弱。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設和合理施肥提供理論依據;馬天文等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;李云等對新疆哈密大南湖二礦區水資源現狀進行了研究分析，為礦區的生態修復用水提供了理論依據;同時也有學者對哈密大南湖二礦區的植物分布狀況及土壤理化性質進行了調查研究。但目前有關大南湖二礦區生態恢復過程中，土壤水鹽分布變化規律的研究報道較少。本研究對哈密大南湖二礦露天煤礦干擾區種植植物一年后土壤的水鹽變化規律進行研究，以期為礦區生態修復提供理論依據。

1材料和方法

1.1研究區概況

研究區為哈密大南湖二礦，大南湖二礦位于新疆吐哈煤田“疆電外送”、“疆煤東運”基地大南湖礦區西區，新疆哈密市西南，屬于哈密市南湖鄉管轄，距哈密市約84 km，距南湖鄉45km。處于礦區西北部與大南湖一號礦井相鄰，地理坐標：92°53'30”-92°58'01”E，42°20'17”-42°24' 00”N，中心坐標：92°55'46”E，42°22'00”N。項目區主要是裸地，無地表徑流、無植物，生態系統極為脆弱。

研究區終年干旱，年平均氣溫9.8℃，年降水量33.8mm，年蒸發量3300mm，地表無植物覆蓋，且常年進行開采，土壤結構破壞較大，植物修復主要依靠灌溉。又因為礦區土壤中含有大量的鹽，土壤鹽堿化嚴重，修復所選植物以耐干旱、耐鹽堿為主。

1.2采樣

在試驗區隨機種植胡楊（Populus euphratica）、竹柳（Salic ales slix）、紅柳（Tamarix chinensis Lour.）、梭梭（llaloxylon ammodendron （C.A.Mey.） Bunge）、枸杞（Lycium chinense Mill.）、苜蓿（Medicago sativa Linn）、蘇丹草（Sorghum sudanense （Piper） Stapf.）、紅豆草（Onobrychis viciifolia Scop.）.統一人工灌溉，灌溉時間、灌溉量均相同，并在灌溉后第二天采樣。在2018年對每種植株分別選取50株作為樣株，在2019年對不同植物下的土壤進行采樣，選取樣株株高、冠幅、密度一致，生長年限相同，并以植株為中心半徑30cm處均無植物的樣株進行土樣采集。以植物為圓心，在半徑為10cm的圓上設3個點為一組A，再分別采深度為0-10cm土樣記為AO-10，深度10-20cm土樣記為A10-20;在半徑為20cm的圓上設3個點為一組B，以相同的方式采BO-10和B10-20土樣。選取樣區內長勢良好且相似、無病蟲害的礦區植物隨機采3組。以2018年采集的原始土壤樣品作為對照。

1.3試驗方法

土壤含水量的測定采用稱重法：土壤含水量（%）=f烘干前鋁盒及土樣質量一烘干后鋁盒及土樣質量）/（烘干后鋁盒及土樣質量一烘干空鋁盒質量）×100;土壤pH值采用酸度計法;土壤水溶液電導率的測定采用便攜式電導率測試儀（TDS/3010）。

1.4數據分析

不同植物下土壤水分、鹽分使用SPSS進行統計分析。

2結果與分析

2.1種植不同植物后表層土壤含水量分布的差異

由表1可以看出，所有種植植物后的土壤含水量均大于原始土壤。各處理AO-10土壤含水量變化特征為胡楊=紅柳gt;梭梭=蘇丹草gt;枸杞gt;紅豆草gt;苜蓿gt;竹柳gt;原始土壤;各處理A10-20土壤含水量變化特征為梭梭gt;胡楊gt;蘇丹草gt;紅柳gt;紅豆草gt;苜蓿gt;枸杞gt;竹柳gt;原始土壤;各處理BO-10土壤含水量變化特征為梭梭gt;紅柳gt;胡楊gt;苜蓿gt;蘇丹草gt;紅豆草gt;枸杞gt;竹柳gt;原始土壤;各處理B10-20土壤含水量變化特征為梭梭gt;紅柳gt;胡楊gt;苜蓿gt;枸杞gt;蘇丹草gt;紅豆草gt;竹柳gt;原始土壤，種植竹柳后的土壤含水量依然是最小，但相比較AO-10、A10-20、BO-10有較大的提升。綜合說明種植胡楊與梭梭后其周圍土壤含水量較大，而種植竹柳后其周圍土壤含水量最小。

2.2種植不同植物后表層土壤pH值的差異

由圖1可以看出，在所有土層中，原始土壤pH值均最高，種植植物后的土壤pH值均較原始土壤有不同程度的下降。各處理AO-10土壤pH值變化特征為原始土壤gt;竹柳gt;紅豆草gt;蘇丹草=苜蓿gt;梭梭gt;枸杞gt;紅柳gt;胡楊;各處理A10-20土壤pH值變化特征為原始土壤gt;竹柳gt;枸杞gt;紅柳gt;紅豆草gt;胡楊gt;梭梭gt;苜蓿gt;蘇丹草;各處理BO-10土壤pH值變化特征為原始土壤gt;苜蓿gt;紅豆草gt;蘇丹草gt;竹柳gt;梭梭gt;胡楊gt;枸杞gt;紅柳;各處理B10-20土壤pH值變化特征為原始土壤gt;蘇丹草gt;苜蓿gt;紅豆草gt;竹柳gt;胡楊gt;紅柳gt;枸杞gt;梭梭。

2.3種植不同植物后表層土壤電導率的差異

由圖2可以看出，原始土壤電導率大于種植植物后所有土壤的土壤水溶液電導率，說明種植植物在一定程度上起到了脫鹽的效果。各處理AO-10土壤電導率變化特征為原始土壤gt;苜蓿gt;枸杞gt;胡楊gt;紅柳gt;梭梭gt;紅豆草gt;蘇丹草gt;竹柳;各處理A10-20土壤電導率變化特征為原始土壤gt;紅豆草gt;苜蓿gt;胡楊gt;梭梭gt;枸杞gt;蘇丹草gt;紅柳gt;竹柳;各處理BO-10土壤電導率變化特征為原始土壤gt;胡楊gt;苜蓿gt;梭梭gt;紅豆草gt;紅柳gt;枸杞gt;竹柳gt;蘇丹草;各處理B10-20土壤電導率變化特征為原始土壤gt;胡楊gt;苜蓿gt;梭梭gt;枸杞gt;竹柳gt;紅柳gt;紅豆草gt;蘇丹草。

3結論與討論

在對哈密大南湖二礦試驗區的研究中，初步可得出越靠近種植植物基部其土壤含水量越大，土壤深度越深，其土壤含水量越大，土壤中水分集中分布在A10-20處;地表0-10cm處土壤電導率遠大于地下10-20cm處的土壤電導率，根據土壤水溶液與土壤中鹽分的關系可以得到0-10cm處土壤中鹽分高于10-20cm處，可能主要是因為土壤中水分蒸發，地表形成積鹽，故土壤中鹽分大多集中分布于BO-10處。研究中發現不同種植植物土壤含水量不同，其原因可能與植物覆蓋及不同植物對水分的利用有關，也可能是人為灌溉的原因;而土壤中鹽分含量與水分含量有著一定的關系，土壤中鹽分隨著水分的運動而運動鹽分以水分為介質運移。種植胡楊與梭梭后其周圍土壤含水量較大，而種植竹柳后其周圍土壤含水量最小，其原因可能是因為胡楊、梭梭冠幅較大，減少了地表蒸發，有著良好的保濕效果，而竹柳冠幅較小，水分蒸發強烈。

王麗艷等通過大田試驗在生長期為2個月、3個月和5個月時對田菁、紫花苜蓿、蘇丹草、堿蓬4種耐鹽植物，對0-10，10-20，20-40，40-60，60-80cm深度處鹽離子進行測定，結果認為種植耐鹽植物對表層土壤有明顯的脫鹽作用。昝林森、任崴等研究表明種植紅豆草和枸杞對鹽堿地具有明顯的改良效果，張玉龍等研究表明不同間作模式枸杞對0-40cm土層有明顯的脫鹽效果。本研究中，種植胡楊、梭梭、紅柳、枸杞、竹柳、苜蓿、紅豆草、蘇丹草8種植物，土壤中電導率和pH值均表現出不同程度的降低，這與單娜娜等在準噶爾盆地西北緣種植沙拐棗、胡楊、沙棗、四翅濱藜、梭梭、水曲柳等6種鹽生植物后土壤鹽分變化規律及李丹等、張艷超等相關研究結果相似，均可說明種植植物對降低土壤鹽分有明顯作用。

綜合而言，本研究種植8種植物對礦區試驗地土壤均有一定的改良作用，主要表現在含水量的提高及電導率和pH值的下降方面。這一結果可作為干旱半干旱地區的植物修復和生態恢復的依據，但對于土壤水鹽分布規律的相關研究是一個循序的過程，土壤中水分、鹽分的運移是否同步，不僅僅與植物類型和土層深度有關，還與氣候環境、植物覆蓋度等有關系，由于影響土壤水鹽運移的因素較為復雜，需對不同條件下水鹽運移的關系進行進一步研究。