祁連山區礦山廢棄地土壤養分恢復效果評價

摘 要：祁連山區于2017年開始關停礦山并持續進行生態修復，為了解礦山廢棄地土壤養分恢復效果并為其后續土壤治理及生態修復提供參考，分別選取煤礦、銅礦和砂石礦各1座，在各礦廢棄地修復區和周邊原地貌區分別設置樣區，測定土壤養分指標，對比分析礦山廢棄地修復區與周邊原地貌土壤養分指標的差異。結果表明：1）祁連山區煤礦、銅礦、砂石礦周邊原地貌區土壤養分狀態優于廢棄地修復區的，其中有機質、全鉀等養分含量差異顯著；2）煤礦廢棄地修復區土壤養分狀態優于銅礦和砂石礦廢棄地修復區的，其原因可能與生態修復中的人工林樹種組成不同有關；3）研究區0～20cm土層的土壤有機質、全氮等養分含量普遍高于20～40 cm土層的，存在“表聚現象”；4）在后續的植被恢復中，應根據局地地理、氣候環境條件，因地制宜選擇適宜修復區生長的鄉土優勢植物種并進行喬灌草合理配置，以提高生態修復效果。

關鍵詞：礦山廢棄地；土壤養分；生態修復；土壤治理；評價；祁連山區

中圖分類號：X171.4；X825 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.018

引用格式：裴佐海，譚岷山，蔡海珍，等.祁連山區礦山廢棄地土壤養分恢復效果評價[J].人民黃河，2025，47（2）：119-123.

基金項目：甘肅省水利科學試驗研究及技術推廣計劃項目（甘水建管發〔2024〕78號-24GSLK001，甘水建管發〔2023〕67號-10，甘水建管發〔2022〕59號-7，甘水科外發〔2018〕70號-28）

EvaluationonofSoilNutrientRestorationEffectin AbandonedMiningLandinQilianMountains

PEIZuohai1，2，TANMinshan1，2，CAIHaizhen1，2，YANGJingwen1，2，LIJing1，2

（1.GansuInstituteofSoilandWaterConservationSciences，Lanzhou730000，China；2.GansuSoilandWaterConservationEngineeringResearchCenter，Lanzhou730000，China）

Abstract：TheQilianMountainareabegantoshutdownminesin2017andcontinuedecologicalrestoration.Inordertounderstandtheeffect ofsoilnutrientrestorationinabandonedmininglandandprovidereferenceforitssubsequentsoilmanagementandecologicalrestoration，one coalmine，onecoppermineandonegravelminewereselectedrespectively，andasampleareawassetupintherestorationareaofeacha？ bandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapearearespectivelytodeterminethesoilnutrientindexes，andcompareandana？ lyzethedifferencebetweensoilnutrientindexesoftherestorationareaofabandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapesoil. Theresultsshowthata）thesoilnutrientstatusoftheoriginallandscapearoundthecoal，copperandgravelminesinQilianMountainareais betterthanthatoftherestorationareaoftheabandonedland，inwhichthedifferenceinthenutrientcontentsoforganicmatterandtotalpotas？ siumissignificant；b）thesoilnutrientstatusoftherestorationareaofabandonedmininglandisbetterthanthatoftherestorationareaofa？ bandonedcopperandgravelminingland，thereasonmayberelatedtothedifferenttreespeciescompositioninartificialforestsduringecolog？ icalrestoration；c）thesoilorganicmatter，totalnitrogenandothernutrientsinthe0-20cmsoillayeraregenerallyhigherthanthoseinthe 20-40cmsoillayerinthestudyarea，andthereisthe“phenomenonofsurfaceaggregation”；d）inthesubsequentvegetationrestoration，n？ ativedominantplantspeciessuitableforgrowthintherestorationareashouldbeselectedaccordingtothelocalgeographicandclimaticenvi？ ronmentalconditions，andtree，shrubandgrassshouldbereasonablyallocatedtoimprovetheecologicalrestorationeffect.

Keywords：abandonedminingland；soilnutrient；ecologicalrestoration；soilmanagement；evaluation；QilianMountain

0 引言

礦產資源是經濟社會發展的重要基礎，但礦產資源開采過程中會產生大量的廢棄地，導致土壤理化性質改變、肥力下降、植被減少、生態功能退化[1-3]。對礦山廢棄地進行生態修復，實質上就是重建生態系統，而植被恢復是修復受損生態系統的重要手段[4-6]。土壤養分和肥力質量直接影響植物生長狀況，是決定植被恢復的重要因子[7-9]。因此，改良土壤理化性質和肥力狀況是礦山廢棄地生態修復的重要目標[10-11]，分析土壤理化性質有助于掌握礦區土壤肥力恢復狀況、有針對性地采取生態修復措施。

祁連山地處青藏高原、內蒙古高原、黃土高原的交匯地帶，是我國西部重要的生態屏障。祁連山素有“萬寶山”之稱，礦產資源十分豐富。長期以來大規模的采礦活動，導致祁連山區局部植被遭受嚴重破壞、水土流失加劇，生態環境問題十分突出[12-13]。為了恢復祁連山區生態環境，2017年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《祁連山國家公園體制試點方案》以來，祁連山區關停礦山并持續進行生態修復。為了解祁連山區礦山廢棄地土壤養分恢復效果，本研究在祁連山北麓按礦種類型選取煤礦、銅礦、砂石礦各1座，對比分析礦山廢棄地修復區與周邊原地貌土壤養分的差異，以期為該地區礦山廢棄地的后續土壤治理及生態修復提供參考。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于肅南裕固族自治縣境內，地勢南高北低、西高東低，海拔1327～5564m，屬溫差大、四季分明的大陸性氣候區，全年日照時數為2200～3100h，年平均氣溫8.0～16.7℃，年降水量66～600mm，年無霜期50～140d，年太陽輻射總量5600～6500MJ/cm2。所選廢棄礦山均始建于20世紀90年代，從 2017年開始進行生態修復治理，采取的主要治理措施有回填廢棄采礦坑洞、清理廢棄渣堆、拆除建筑物及廢棄設施設備、平整場地、修筑擋土墻和截排水工程、覆土植樹種草（覆土厚度為30cm左右，3座礦覆土均來自同一取土場，植被恢復樹種大都為云杉、個別區域為云杉與刺柏混交，株行距1.5m×2.0m）、圍欄封育等。

1.2 樣地設置及土壤取樣

2021年5月，在各礦廢棄地修復區和周邊未遭受采礦擾動破壞的原地貌區域按照海拔、坡度、坡向等基本一致的原則分別設置樣地（煤礦、銅礦、砂石礦廢棄地修復區樣地分別用M、T、S表示，相應的原地貌區域對照樣地分別用M-CK、T-CK、S-CK表示），各樣地基本情況見表1。在尺寸為20m×20m標準樣地內，按S形線路布設5個樣點，分別采集各樣點0～20cm土層和20～40cm土層的土壤樣品（每個樣點重復采樣3個）。對采集的土壤樣品去除表層附著物，置于樣品袋內、編號、登記后帶回實驗室，撿出動植物殘留物、枯落物及礫石，風干研磨，用于測定土壤指標。

1.3 土壤養分指標測定與處理方法

pH值，按照《土壤檢測第2部分：土壤pH的測定》（NY/T1121.2—2006）采用電位法測定；有機質含量，按照《土壤有機質測定法》（NY/T85—1988）采用重鉻酸鉀氧化法測定；速效鉀含量，按照《森林土壤鉀的測定》（LY/T1234—2015）采用原子吸收分光光度法測定；水解性氮含量，按照《森林土壤氮的測定》（LY/T1228—2015）采用堿解擴散法測定；有效磷含量，按照《土壤檢測第7部分：土壤有效磷的測定》（NY/T1121.7—2014）采用鉬銻抗比色法測定；全氮含量，按照《土壤全氮測定方法》（NY/T53—1987）采用半微量開氏法測定；總磷含量，按照《土壤總磷的測定堿熔-鉬銻抗分光光度法》（HJ632—2011）測定；全鉀含量，按照《土壤全鉀測定法》（NY/T87—1988）采用原子吸收分光光度法測定。

采用MicrosoftExcel2010進行數據統計處理，采用SPSS21.0進行方差分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 煤礦廢棄地土壤養分測定結果分析

由表2可知：1）從不同樣地看，煤礦周邊原地貌區各層土壤的大部分養分含量高于廢棄地修復區的。植被調查時發現，煤礦周邊原地貌區植被類型較豐富，生長有云杉天然林和多種灌草植物，腐殖質層較厚，這可能是其土壤有機質含量等指標高于廢棄地修復區的主要原因。2）從同一樣地不同土層看，廢棄地修復區0～20cm土層的土壤養分含量大都高于20～40cm土層的，其中總磷和全鉀含量顯著高于20～40cm土層的，而原地貌區0～20cm土層和20～40cm土層土壤養分各指標均無顯著差異，這表明廢棄地在修復初期植被生長年限較短、根系尚不發達、凋落物積累量有限，其提供的養分多聚集于淺層土壤，對深層土壤的影響有限。

2.2 銅礦廢棄地土壤養分測定結果分析

由表3可知：1）從不同樣地看，銅礦廢棄地修復區和周邊原地貌區土壤養分含量指標中，除全氮含量外，周邊原地貌區各層土壤的其他指標均高于修復區的，其主要原因是植被的差異導致土壤養分積累存在一定差異，且修復區植被生長年限較短、尚未有效提升客土土壤肥力。2）從同一樣地不同土層看，廢棄地修復區0～20cm土層的土壤養分含量各項指標均高于20～40cm土層的，而原地貌區不同土層的土壤養分含量指標無明顯差異。

2.3 砂石礦廢棄地土壤養分測定結果分析

由表4可知：1）從不同樣地看，砂石礦周邊原地貌區各土層的絕大部分土壤養分含量指標高于廢棄地修復區的，其中有機質、有效磷和全鉀含量顯著高于修復區的。2）從同一樣地不同土層看，修復區0～20cm土層的土壤速效鉀、有效磷、全氮和全鉀含量高于20～ 40cm土層的，而20～40cm土層土壤的有機質、水解性氮和總磷含量高于0～20cm土層的；原地貌區0～20cm土層的土壤有機質、速效鉀、水解性氮和總磷含量高于20～40cm土層的，而20～40cm土層的土壤有效磷含量高于0～20cm的。

2.4 礦山廢棄地土壤養分主成分分析評價

由上述3類礦區廢棄地修復區及周邊原地貌區土壤養分測定結果可知，3類礦區廢棄地之間、各類礦區廢棄地修復區與周邊原地貌區之間各項土壤養分指標均存在一定差異。為分析造成差異的原因，對土壤養分指標進行主成分分析，按對總方差累計貢獻率大于80%確定了4個主成分（見表5）。各指標在4個主成分的載荷見表6，其中：對主成分1影響較大（即載荷絕對值大于0.5）的指標有pH值及有機質、水解性氮、有效磷、全氮、全鉀含量，對主成分2影響較大的指標有pH值和速效鉀含量，對主成分3影響較大的指標為總磷含量，對主成分4影響較大的指標為水解性氮含量（其是主成分1和主成分4的公共決定因子）。

各樣地4個主成分得分及綜合評價指數見表7，用綜合評價指數的大小反映土壤養分的優劣，各樣地土壤養分優劣排序為煤礦原地貌區>砂石礦原地貌區>銅礦原地貌區>煤礦修復區>銅礦修復區>砂石礦修復區，表明3座廢棄礦山周邊原地貌區土壤養分狀態優于廢棄地修復區的、煤礦廢棄地修復區土壤養分狀態優于銅礦和砂石礦的。對比3座礦山廢棄地修復區的植被類型，在廢棄地修復措施基本一致且草本植物種類相似度較高的情況下，煤礦修復區人工栽植了云杉與刺柏混交林，而銅礦和砂石礦修復區人工栽植了云杉純林，人工林樹種組成不同或許是3類礦區廢棄地修復區土壤養分存在差異的原因。

3 討論

土壤修復是礦山廢棄地生態修復的關鍵，直接影響植被恢復效果和植物群落的穩定性，而植被生長發育和群落演替可促進土壤肥力和理化性質的改善，二者是相互影響、相互作用的統一體[14-16]。上述礦山周邊原地貌區和修復區土壤有機質、全氮等養分存在的“表聚現象”，與賀燕等[17-19]的研究結果一致。楊勤學等[20-21]的研究結果表明，選擇適宜的植物種類進行植被恢復是重建礦山廢棄地穩定生物群落的重要環節。在選擇植物種類時，當地適生種（特別是優勢種群）應作為植被重建或恢復的主要種類。本文研究的上述3座礦山廢棄地修復區均選擇了當地優勢種云杉和鄉土草種進行植被修復，且采取了相應的封育措施，使廢棄地植被蓋度、物種多樣性和群落結構明顯改善，但與周邊原地貌相比仍存在較大差異。

朱小強等[22]的研究結果表明，油松純林與松櫟混交林的土壤養分存在明顯差異，混交林因能夠積累較多的有機質而更有利于改善土壤肥力；常旭等[23]的研究結果表明，與落葉松純林相比，落葉松與白樺混交林的土壤理化性質明顯改善；馮健等[24]的研究結果表明，與落葉松純林相比，營造落葉松與水曲柳混交林更有利于提高土壤肥力。與純林相比，適宜的喬灌草配置可提高植物群落的生物多樣性，促進植被生長發育和群落演替，其凋落物組成、土壤微生物種類和數量更加豐富，更有利于改善土壤養分循環和土壤肥力。受地理位置和氣候條件的影響，祁連山區植被類型具有明顯的垂直帶譜和群落特征[25]。本文研究的上述3座礦山廢棄地雖均選用優勢種群云杉進行復綠，但種植時未充分考慮局地地理環境，部分云杉栽植于陽坡上（而其通常自然分布于海拔2400～3200m的陰坡、半陰坡上），其長勢較差；此外，未進行合理的混交及喬灌草配置，影響了復綠效果，進而影響廢棄地土壤養分的積累和生態修復效果。因此，后續的植被恢復應充分考慮區域地理、氣候條件等因素，因地制宜選擇適應當地環境條件的優勢種并合理配置喬灌草比例，避免盲目復綠。

4 結論

1）祁連山區煤礦、銅礦、砂石礦周邊原地貌區土壤養分狀態優于廢棄地修復區的，其中有機質、全鉀等養分含量差異顯著。

2）煤礦廢棄地修復區土壤養分狀態優于銅礦和砂石礦廢棄地修復區的，其原因可能與生態修復中的人工林樹種組成不同有關。

3）研究區0～20cm土層的土壤有機質、全氮等養分含量普遍高于20～40cm土層的，存在“表聚現象”。

4）在后續的植被恢復中，應根據局地地理、氣候環境條件，因地制宜選擇適宜修復區生長的鄉土優勢植物種并進行喬灌草合理配置，以提高生態修復效果。

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【責任編輯 張智民】