雅礱江甘孜段歷史遺留礦山土壤理化性質研究

張艷 李川 王毓鈺 何國瓊 喻濱鴻 李龍 李勛

(四川民族學院橫斷山區生態修復與特色產業培育研究中心/川藏滇青林草撫育和利用研究中心，四川 康定 626001)

礦山資源是我國經濟發展的重要物質基礎，礦山資源開發利用給人類帶來巨大經濟利益的同時，也會形成大量的廢棄地，打破原有的生態平衡，導致生態系統結構和功能發生顯著變化[1]。甘孜藏族自治州因早期只追求經濟發展而忽略生態環境保護，形成了大量的歷史遺留礦山。礦區土壤重金屬污染會造成區域性土壤退化、土壤結構、地表形態、植被狀況和土壤理化性質發生變化等而導致土壤養分貧瘠[2]，對生態環境和人類健康都形成巨大的威脅[3-5]。如今開展礦區生態環境恢復，確保礦區環境協調持續發展與相應經濟發展，根據不同礦區土壤特征，進行礦區土地修復，成為當今亟需解決的問題，因此對歷史遺留礦山進行土壤調查及分析是非常有必要的。

現國內外已有研究發現，礦山廢棄地的土壤理化性質受到不同程度的破壞，土壤較為緊實，存在壓實現象，非毛管孔隙度較低，透水性較差，礦區土壤pH偏堿，有機質含量處于偏低水平，氮素呈現整體缺乏現象，土壤有效氮、磷、鉀含量均與土壤有機碳呈顯著相關關系，歷史遺留礦區生態系統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元素循環，土壤有機質和全氮對決定植物功能性狀起關鍵作用，且土壤養分中氮、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域內非根際土壤和11種優勢植物相應根際表層土壤(0～20cm)為研究對象，通過實驗室測試分析法，了解土壤中主要養分現狀，對類似的歷史遺留廢棄礦山土壤特征提供數據支撐以及對其生態修復具有一定的指導和借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于四川省甘孜藏族自治州德格縣錯阿鎮錯阿鄉馬達村(E99°25′46″，N31°52′22″)，礦區主要以金礦為主，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，采用隨機分布采集礦區內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的植被群落狀況進行調查，用土壤采樣器分別采集歷史遺留礦山礦區內11種優勢植物(普遍生長良好的鄉土植物)，科屬如表1所示，相應根際表層(0～20cm)土壤1.5kg裝袋，并貼上與相應植株對應的標簽。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指標。

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，經自然風干碾碎后，采用4分法混勻樣品，過200目篩后備用。結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碳、土壤全氮、全磷、全鉀、pH和電導率。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值和電導率采用pH計和電導率測定計測定(水土比為5∶1)。

表1 研究區域鄉土植物種類及其生活型

1.4 數據分析

整理數據采用Excel，數據統計分析采用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分的差異，顯著水平為0.05。

2 結果分析

2.1 非根際土壤和根際土壤養分特征

掌握土壤養分的含量可以為施用肥料，提高肥料利用率提供合理依據。根據全國第二次土壤普查養分分級標準，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；有機質含量(有機質含量=總有機碳含量×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；電導率平均值為147.46μS·cm-1，為非鹽化土壤(電導率<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]，不限制植物生長發育，見圖1f。

圖1 非根際土壤各采樣點養分含量

根據全國第二次土壤普查養分分級標準，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；根際土壤有機質含量(有機質含量=總有機碳含量×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，其余根際土壤有機質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；根際土壤電導率平均值為153μS·cm-1，為非鹽化土壤(電導率<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]，不限制植物生長發育，見圖2f。

表2 全國第二次土壤普查養分分級標準

注：圖中橫坐標數字對應的不同植物同表1。

2.2 不同植物對根際土壤養分的影響

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

為了接受社會監督，防止不法人員冒充評估師從事評估業務，便于委托人和社會公眾等查詢某一評估專業人員是否通過了評估師資格考試，本法對評估行業協會公布評估師名單作了規定。

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碳含量

長葉綠絨蒿的根際土壤總有機碳含量顯著高于其他植物，窄葉鮮卑花根際土壤總有機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率顯著高于除粗莖秦艽其他植物，粗莖秦艽根際土壤電導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率顯著高于黑穗畫眉草。

2.3 根際與非根際土壤養分的差異

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

表3 不同植物對根際土壤養分的影響

表4 根際土壤與非根際土壤養分差異

3 討論

土壤總有機碳(TOC)含量不僅代表碳的活躍狀態和土壤的碳儲量，也是土壤的養分供應能力和肥力表征指標之一[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量、評價土壤肥力的重要指標[14]，土壤鉀含量能衡量土壤鉀素養分供應能力，可代表近期內可供植物吸收利用的鉀含量[15]。研究區非根際土壤總有機碳、全氮、全磷、全鉀含量達國家二級標準，其中全磷含量(1.44g·kg-1)達到國家土壤一級標準(>1g·kg-1)，根際土壤樣品總有機碳、全氮、全磷達國家一級標準，其中全鉀含量(23.01g·kg-1)達國家二級標準(20～25g·kg-1)，說明該礦區歷史遺留地土壤養分狀況良好。

土壤的酸堿值會影響磷成分，當酸堿值在6～7.5時，磷才能發揮其應有的肥力效用，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，11種植物根際土壤pH值都大于7.5。說明該研究區土壤不利于發揮磷的效用。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]。非根際土壤電導率平均值為147.46μS·cm-1，根際土壤電導率平均值為153.00μS·cm-1，根據電導率<243為非鹽化，243～486為輕度，486～972為中度，972～1458為重度，>1458為鹽土的標準[12]，研究區土壤為非鹽化土壤，不限制植物生長發育。

4 結論與展望

研究區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碳、全氮、全磷、全鉀等指標含量達國家二級標準，其中全磷含量極為豐富，達到國家一級標準，根際土壤樣品總有機碳、全氮、全磷達國家一級標準，其中全鉀含量達國家二級標準；不同植物對根際土壤養分有顯著影響，其中長葉綠絨蒿根際土壤全氮、總有機碳、電導率含量顯著最高，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率顯著最低；根際土壤的養分含量、pH、電導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歷史遺留地土壤養分情況良好，今后在該地區礦山廢棄地生態恢復建設中應該重點考慮土壤重金屬污染或土壤水分限制等問題。