雅砻江甘孜段历史遗留矿山土壤理化性质研究

张艳 李川 王毓钰 何国琼 喻滨鸿 李龙 李勋

(四川民族学院横断山区生态修复与特色产业培育研究中心/川藏滇青林草抚育和利用研究中心，四川 康定 626001)

矿山资源是我国经济发展的重要物质基础，矿山资源开发利用给人类带来巨大经济利益的同时，也会形成大量的废弃地，打破原有的生态平衡，导致生态系统结构和功能发生显著变化[1]。甘孜藏族自治州因早期只追求经济发展而忽略生态环境保护，形成了大量的历史遗留矿山。矿区土壤重金属污染会造成区域性土壤退化、土壤结构、地表形态、植被状况和土壤理化性质发生变化等而导致土壤养分贫瘠[2]，对生态环境和人类健康都形成巨大的威胁[3-5]。如今开展矿区生态环境恢复，确保矿区环境协调持续发展与相应经济发展，根据不同矿区土壤特征，进行矿区土地修复，成为当今亟需解决的问题，因此对历史遗留矿山进行土壤调查及分析是非常有必要的。

现国内外已有研究发现，矿山废弃地的土壤理化性质受到不同程度的破坏，土壤较为紧实，存在压实现象，非毛管孔隙度较低，透水性较差，矿区土壤pH偏碱，有机质含量处于偏低水平，氮素呈现整体缺乏现象，土壤有效氮、磷、钾含量均与土壤有机碳呈显著相关关系，历史遗留矿区生态系统不利于有益微生物的活动和繁殖，降低了土壤中能量流动速率和营养元素循环，土壤有机质和全氮对决定植物功能性状起关键作用，且土壤养分中氮、磷、钾元素含量及比例也影响着群落生物量、物种组成和生物多样性等[6-10]。

本研究以雅砻江甘孜段德格县历史遗留矿山金矿区域内非根际土壤和11种优势植物相应根际表层土壤(0～20cm)为研究对象，通过实验室测试分析法，了解土壤中主要养分现状，对类似的历史遗留废弃矿山土壤特征提供数据支撑以及对其生态修复具有一定的指导和借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于四川省甘孜藏族自治州德格县错阿镇错阿乡马达村(E99°25′46″，N31°52′22″)，矿区主要以金矿为主，开采方式为地下开采，面积55628.7m2，已停止开采20年左右。属大陆性高原季风气候，平均海拔为4341m，常年平均气温6.7℃，最低气温-20.7℃，最高气温30℃，常年平均降水量为623mm，年均日照1966h，且多集中在5—9月。该历史遗留矿山属于雅砻江上游，该地天然土壤类型为棕壤或黄棕壤，土壤质地为砂壤土，植被覆盖以灌木和草本植物为主。

1.2 样品采集

2022年7月，采用随机分布采集矿区内20处土壤样品，每土壤样品采集3份，共60份土壤样品。同时对历史遗留矿山矿区的植被群落状况进行调查，用土壤采样器分别采集历史遗留矿山矿区内11种优势植物(普遍生长良好的乡土植物)，科属如表1所示，相应根际表层(0～20cm)土壤1.5kg装袋，并贴上与相应植株对应的标签。每种根际土壤采集3份土样，共33份根际土壤样品。所有样品均采用聚乙烯塑料袋放气封装后运回实验室，以供分析和测定相关指标。

1.3 样品处理与分析

根际土壤样品与土壤样品拣去石块和植物根系，经自然风干碾碎后，采用4分法混匀样品，过200目筛后备用。结合实验法和定量分析法，分析历史遗留矿山非根际土壤和根际土壤的总有机碳、土壤全氮、全磷、全钾、pH和电导率。其中，土壤全氮和全磷含量分别采用凯氏定氮法(GB 7173-87)和氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定(HJ 632-2011)，土壤总有机碳(Soil total organic carbon，TOC)用Soli TOC cube仪(Of elemental analyzer soli TOC cube，softeware version：2.1.2，Germany)测定，土壤全钾用原子吸收仪测定[11]，土壤pH值和电导率采用pH计和电导率测定计测定(水土比为5∶1)。

表1 研究区域乡土植物种类及其生活型

1.4 数据分析

整理数据采用Excel，数据统计分析采用SPSS 25，作图采用Origin 2021等软件。采用t检验分析非根际土壤和根际土壤养分的差异，采用单因素方差分析分析不同植物类型下根际土壤养分的差异，显著水平为0.05。

2 结果分析

2.1 非根际土壤和根际土壤养分特征

掌握土壤养分的含量可以为施用肥料，提高肥料利用率提供合理依据。根据全国第二次土壤普查养分分级标准，如表2所示，雅砻江甘孜段历史遗留矿山土壤全氮含量总体平均水平处于二级，其中2号、6号、16号、18号、19号采样点氮素水平处于一级，3号、4号、5号、7号、9号、10号、17号采样点氮素水平处于三级，其余采样点均处于二级，见图1a；全磷含量总体平均水平处于一级，其中10号采样点磷素水平处于二级，5号采样点磷素水平处于四级，其余采样点均处于一级，见图1b；全钾含量总体水平处于二级，其中3号、5号、10号、19号采样点钾素水平处于一级，2号、9号采样点钾素水平处于三级，8号采样点钾素水平处于四级，其余采样点均处于二级，见图1c；有机质含量(有机质含量=总有机碳含量×1.72)总体平均水平处于二级，其中2号、4号、12号、13号采样点处于一级水平，5号、11号、16号采样点处于三级水平，6号、7号、8号、9号、10号、15号、20号采样点处于四级水平，17号、19号采样点处于五级水平，其余采样点均处于二级水平，见图1d；pH值总体平均水平属于弱碱，其中12号、13号采样点属于中性，4号、11号采样点属于微酸，其余采样点均属于弱碱，见图1e；电导率平均值为147.46μS·cm-1，为非盐化土壤(电导率<243为非盐化，243～486为轻度，486～972为中度，972～1458为重度，>1458为盐土)[12]，不限制植物生长发育，见图1f。

图1 非根际土壤各采样点养分含量

根据全国第二次土壤普查养分分级标准，如表2所示，雅砻江甘孜段历史遗留矿山根际土壤全氮含量总体平均水平处于一级，其中圆穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗画眉草、刺柏氮素水平处于二级，金露梅氮素水平处于三级，其余植物根际土壤全氮含量均处于一级，见图2a；所有植物根际土壤全磷含量均处于一级，见图2b；根际土壤全钾含量总体水平处于二级，其中窄叶鲜卑花、草玉梅钾素水平处于一级，其余植物根际土壤全钾含量均处于二级，见图2c；根际土壤有机质含量(有机质含量=总有机碳含量×1.72)总体平均水平处于一级，其中圆穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗画眉草、平车前、金露梅、刺柏处于二级水平，其余根际土壤有机质含量均处于一级水平，见图2d；根际土壤pH值均属于弱碱，见图2e；根际土壤电导率平均值为153μS·cm-1，为非盐化土壤(电导率<243为非盐化，243～486为轻度，486～972为中度，972～1458为重度，>1458为盐土)[12]，不限制植物生长发育，见图2f。

表2 全国第二次土壤普查养分分级标准

注：图中横坐标数字对应的不同植物同表1。

2.2 不同植物对根际土壤养分的影响

2.2.1 不同植物根际土壤全氮含量

不同植物下根际土壤全氮含量如表3所示。长叶绿绒蒿的根际土壤全氮含量显著高于其他植物，粗茎秦艽、窄叶鲜卑花、草玉梅根际土壤全氮含量显著高于除长叶绿绒蒿其他植物，黑穗画眉草、平车前、刺柏根际土壤全氮含量显著高于圆穗蓼、康定鼠尾草、金露梅，高山紫菀根际土壤全氮含量显著高于圆穗蓼、金露梅。

2.2.2 不同植物根际土壤全磷含量

粗茎秦艽的根际土壤全磷含量显著高于其他植物，窄叶鲜卑花根际土壤全磷含量显著高于除平车前、粗茎秦艽其他植物，平车前根际土壤全磷含量显著高于除窄叶鲜卑花、长叶绿绒蒿、粗茎秦艽其他植物，长叶绿绒蒿、黑穗画眉草、金露梅根际土壤全磷含量显著高于圆穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、草玉梅，刺柏根际土壤全磷含量显著高于圆穗蓼、高山紫菀、草玉梅。

2.2.3 不同植物根际土壤全钾含量

为了接受社会监督，防止不法人员冒充评估师从事评估业务，便于委托人和社会公众等查询某一评估专业人员是否通过了评估师资格考试，本法对评估行业协会公布评估师名单作了规定。

草玉梅的根际土壤全钾含量显著高于其他植物，窄叶鲜卑花根际土壤全钾含量显著高于除圆穗蓼、黑穗画眉草、平车前、粗茎秦艽、草玉梅其他植物，粗茎秦艽根际土壤全钾含量显著高于高山紫菀、康定鼠尾草，黑穗画眉草、平车前根际土壤全钾含量显著高于康定鼠尾草。

2.2.4 不同植物根际土壤总有机碳含量

长叶绿绒蒿的根际土壤总有机碳含量显著高于其他植物，窄叶鲜卑花根际土壤总有机碳含量显著高于除长叶绿绒蒿其他植物，粗茎秦艽、草玉梅根际土壤总有机碳含量显著高于除长叶绿绒蒿、窄叶鲜卑花其他植物，黑穗画眉草、平车前根际土壤总有机碳含量显著高于金露梅、圆穗蓼，康定鼠尾草、高山紫菀、刺柏根际土壤总有机碳含量显著高于圆穗蓼。

2.2.5 不同植物根际土壤酸碱度、电导率特征

刺柏的根际土壤pH值显著高于高山紫菀、粗茎秦艽，黑穗画眉草、平车前、金露梅、长叶绿绒蒿的根际土壤pH值显著高于高山紫菀，其余植物间没有显著性。长叶绿绒蒿的根际土壤电导率显著高于除粗茎秦艽其他植物，粗茎秦艽根际土壤电导率显著高于除长叶绿绒蒿、草玉梅、窄叶鲜卑花、金露梅其他植物，草玉梅根际土壤电导率显著高于圆穗蓼、高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗画眉草、刺柏，窄叶鲜卑花根际土壤电导率显著高于高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗画眉草、刺柏，金露梅、平车前、圆穗蓼、刺柏根际土壤电导率显著高于高山紫菀、康定鼠尾草、黑穗画眉草，高山紫菀根际土壤电导率显著高于黑穗画眉草。

2.3 根际与非根际土壤养分的差异

从表4可以看出，根际土壤与非根际土壤全氮、全磷、全钾、总有机碳、pH、电导率均无显著性差异，但根际土壤养分含量、pH、电导率普遍高于非根际土壤。

表3 不同植物对根际土壤养分的影响

表4 根际土壤与非根际土壤养分差异

3 讨论

土壤总有机碳(TOC)含量不仅代表碳的活跃状态和土壤的碳储量，也是土壤的养分供应能力和肥力表征指标之一[13]，测定土壤全氮含量能了解土壤氮的总储存量，土壤磷水平是影响作物产量、评价土壤肥力的重要指标[14]，土壤钾含量能衡量土壤钾素养分供应能力，可代表近期内可供植物吸收利用的钾含量[15]。研究区非根际土壤总有机碳、全氮、全磷、全钾含量达国家二级标准，其中全磷含量(1.44g·kg-1)达到国家土壤一级标准(>1g·kg-1)，根际土壤样品总有机碳、全氮、全磷达国家一级标准，其中全钾含量(23.01g·kg-1)达国家二级标准(20～25g·kg-1)，说明该矿区历史遗留地土壤养分状况良好。

土壤的酸碱值会影响磷成分，当酸碱值在6～7.5时，磷才能发挥其应有的肥力效用，反之，则会影响磷酸铁、磷酸铝、磷酸钙的效用性[16]。研究区非根际土壤和根际土壤酸碱度呈弱碱性，其中除4号、12号、13号非根际土壤采样点外，其余非根际土壤采样点pH值均不在6～7.5范围内，11种植物根际土壤pH值都大于7.5。说明该研究区土壤不利于发挥磷的效用。所以可用石膏、磷石膏、硫磺粉或其他具有酸或碱性物质改良[17]，使土壤pH值在6.6左右，物种丰富度最大[18]。非根际土壤电导率平均值为147.46μS·cm-1，根际土壤电导率平均值为153.00μS·cm-1，根据电导率<243为非盐化，243～486为轻度，486～972为中度，972～1458为重度，>1458为盐土的标准[12]，研究区土壤为非盐化土壤，不限制植物生长发育。

4 结论与展望

研究区非根际土壤和根际土壤属弱碱性，为非盐化土壤，非根际土壤样品总有机碳、全氮、全磷、全钾等指标含量达国家二级标准，其中全磷含量极为丰富，达到国家一级标准，根际土壤样品总有机碳、全氮、全磷达国家一级标准，其中全钾含量达国家二级标准；不同植物对根际土壤养分有显著影响，其中长叶绿绒蒿根际土壤全氮、总有机碳、电导率含量显著最高，粗茎秦艽根际土壤全磷含量显著最高，草玉梅根际土壤全钾含量显著最高，刺柏根际土壤pH值显著最高，金露梅根际土壤全氮含量显著最低，圆穗蓼根际土壤全磷、总有机碳含量显著最低，康定鼠尾草根际土壤全钾含量显著最低，高山紫菀根际土壤pH值显著最低，黑穗画眉草根际土壤电导率显著最低；根际土壤的养分含量、pH、电导率普遍高于非根际土壤。研究表明雅砻江甘孜段德格县矿区历史遗留地土壤养分情况良好，今后在该地区矿山废弃地生态恢复建设中应该重点考虑土壤重金属污染或土壤水分限制等问题。