李奕 宋墩福 張付遠(yuǎn) 羅旺

摘要 為探究贛南廢棄稀土礦土壤養(yǎng)分含量特征，對(duì)其采礦跡地的土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷含量分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：不同采礦跡地0～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷含量均表現(xiàn)為天然林地>堆積地>挖礦地。天然林地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，其值為20.9 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量隨土壤深度增加呈逐漸降低趨勢(shì);土壤全氮含量為0.062～1.473? mg/g，均隨土壤深度的增加而降低;土壤水解氮含量為13.36～120.39? mg/kg;土壤全磷含量為0.076～0.524 g/kg;土壤有效磷含量為0.691～4.560? mg/kg，其含量大小有隨土壤深度增加而增大的趨勢(shì)。土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、水解氮和全磷呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與有效磷呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。

關(guān)鍵詞 稀土礦;土壤養(yǎng)分;贛南地區(qū)

中圖分類號(hào) S153? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）02-0032-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.010

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Distribution Characteristics of Soil Organic Matter，Nitrogen and Phosphorus at the Mining Site in Abandoned Rare Earth Ore，Southern Jiangxi

LI Yi1，SONG Dunfu2，ZHANG Fuyuan2 et al （1.College of Materials and Chemical Engineering，Pingxiang University，Pingxiang，Jiangxi 337000;2.School of Landscape Architecture，Jiangxi Environmental Engineering Vocational College，Ganzhou，Jiangxi 341000）

Abstract Distribution characteristics of organic matter， nitrogen and phosphorus at the

mining site in rare earth ore，Jiangxi were studied. The results showed that the contents of soil organic matter， nitrogen and phosphorus in 0-30 cm soil layer in different mining areas were as follows：natural forest land>accumulation area> mining land. The content of organic matter in the surface soil of natural forest land was the highest， with a value of 20.9 g/kg and the content of organic matter decreased gradually with the increase of soil depth. The variation range of total nitrogen content in soil was 0.062-1.473 mg/g， which all decreased with the increase of soil depth. The variation range of soil hydrolyzed nitrogen content was 13.36-120.39? mg/kg. The variation range of total phosphorus content in soil was 0.076-0.524 g/kg. The range of available phosphorus content in soil was 0.691-4.560? mg/kg， and the content tended to increase with the increase of soil depth. Soil organic matter showed extremely significant positive correlation with total nitrogen， hydrolyzed nitrogen and total phosphorus （P<0.01）， and showed significant positive correlation with available phosphorus （P<0.05）.

Key words Rare earth ore;Soil nutrient;Southern Jiangxi

基金項(xiàng)目 江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（GJJ181241）;萍鄉(xiāng)學(xué)院人才引進(jìn)科研啟動(dòng)項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介 李奕（1986—），男，江西萍鄉(xiāng)人，講師，博士，從事恢復(fù)生態(tài)和森林水文研究。

收稿日期 2020-06-03

稀土礦是世界急需的不可再生資源，在各國(guó)的軍事、國(guó)防工業(yè)、航空、陶瓷、石油、鋼鐵等方面都有著廣泛的應(yīng)用，但不合理的開(kāi)采與落后的開(kāi)采工藝不僅使稀土礦資源嚴(yán)重浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境遭到破壞，而且還威脅到人類的生活安全。素有“稀土王國(guó)”之稱的贛南地區(qū)，擁有我國(guó)30%以上的離子型稀土資源，是我國(guó)第二大稀土礦資源集中地[1-2]，過(guò)于粗放的開(kāi)采方式嚴(yán)重破壞了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，使礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化，造成礦區(qū)土壤砂化，植被覆蓋率低[3]，水土流失嚴(yán)重[4]，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)林業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的困擾。選擇江西省贛州市信豐縣龍舌鄉(xiāng)廢棄稀土礦區(qū)，對(duì)不同采礦跡地土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷的分布特征進(jìn)行分析研究，旨在為該區(qū)土壤肥力的研究提供依據(jù)，為贛南廢棄稀土礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為林地資源的合理開(kāi)發(fā)與保護(hù)提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

信豐縣位于江西省南部，居貢水支流——桃江中游，地理位置為114°34′～115°19′E、24°59′～25°33′N(xiāo)，境內(nèi)東西長(zhǎng)76 km，南北寬63 km，有林地面積為18.41萬(wàn)hm2。該區(qū)處于中亞熱帶南緣，屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。該區(qū)草本層主要植被有鐵芒箕（Dicranopteris dichotoma）、芒（Miscanthus sinensis）、蕨類等;喬灌木層主要有馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）、杉木[Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook]、木荷（Schima superba Gardn. et Champ.）、香樟[Cinnamomum camphora （L.） Presl.]、青岡櫟[Cyclobalanopsis glauca（Thunb.） Oerst.]、栲樹(shù)（Castanopsis fargesii Franch.）、楓香（Liquidambar formosana Hance）、山蒼子[Litsea cubeba （Lour） Pers.]、箬竹[Indocalamus tessellatus （Munro） Keng f.]、白茅[Imperata cylindrica （L.） Beauv.]等。試驗(yàn)地位于該縣龍舌鄉(xiāng)內(nèi)，礦區(qū)的挖礦區(qū)地上基本無(wú)植被生存，堆積地上僅長(zhǎng)有零星草本植物。

1.2 研究方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置。

于2018年10月選擇該礦區(qū)范圍內(nèi)的挖礦地、堆積地和未被破壞的天然林地為3塊試驗(yàn)樣地。在每個(gè)樣地挖3個(gè)土壤剖面，根據(jù)土層情況把土壤剖面分成0～10、10～20和20～30 cm共3層，用100 cm3體積環(huán)刀取原狀土和土壤鋁盒，同時(shí)分層取1 kg左右的土樣裝入樣品袋，做好記錄，室內(nèi)風(fēng)干后研磨、過(guò)篩，用于土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全磷、速效磷等指標(biāo)的測(cè)定。在每個(gè)樣地中心設(shè)置30 m×20 m樣方，進(jìn)行植被調(diào)查，分樹(shù)種測(cè)定林木胸徑、年齡、樹(shù)高等指標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天然林地喬木樹(shù)種較少，僅有馬尾松、杉木和木荷分布;挖礦地基本無(wú)植被生存;堆積地上有零星草本植被生存，樣地基本特征見(jiàn)表1。

1.2.2 測(cè)定與計(jì)算方法。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀滴定法;全氮采用凱氏定氮儀測(cè)定;水解氮采用堿解-擴(kuò)散法測(cè)定;全磷采用堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定;有效磷采用鹽酸-硫酸浸提法測(cè)定[5]。所獲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析用SPSS13. 0軟件完成，數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖由Excel軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同采礦跡地土壤有機(jī)質(zhì)分布特征 從圖1可以看出，天然林地各土層土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于挖礦地和堆積地相應(yīng)土層，且其土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤深度的增加而減少，10～20 cm土層比0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量減少了17.7%，20～30 cm土層的有機(jī)質(zhì)含量只有11.1 g/kg，比10～20 cm 土層減少了35.5%，分析其原因可能是在0～30 cm土層中，隨著土層深度增加，其所含生物種類及數(shù)量均有不同程度的減少，從而使得轉(zhuǎn)化出的有機(jī)質(zhì)含量減少且地表部分的土壤有機(jī)質(zhì)由于枯枝落葉存在能更快得到歸還。堆積地土壤有機(jī)質(zhì)含量也隨土層深度增加而減少，但其下降幅度小于天然林地，10～20 cm土層相比0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量下降了23.2%，而20～30 cm土層較10～20 cm土層只下降了11.8%，且20～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)H比天然林同層土壤有機(jī)質(zhì)含量低0.6 g/kg，堆積地土壤并未經(jīng)過(guò)開(kāi)采，其整體土壤有機(jī)質(zhì)含量低于天然林地的原因可能是土壤表面堆積過(guò)多的稀土礦，而過(guò)量的稀土元素會(huì)對(duì)土壤微生物產(chǎn)生抑制作用或?qū)⑵涠竞1]，而隨著土層的深入，稀土元素對(duì)微生物的抑制作用越來(lái)越小，微生物單體對(duì)有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)換或釋放量增加，但隨土壤深度增加，其生物總量減少，所以在堆積地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體仍隨土壤深度增加呈減少趨勢(shì)。挖礦地中有機(jī)質(zhì)與其他2塊區(qū)域相比含量最低，因?yàn)榻V劑[6]會(huì)對(duì)土壤中生物造成危害并能分解土壤中原有的有機(jī)物[7]。挖礦地土層有機(jī)質(zhì)含量較為特殊，10～20 cm土層較0～10 cm土層有機(jī)質(zhì)含量下降了25.7%，而20～30 cm土層較10～20 cm 土層卻增加了4.9%，分析其主要原因可能是在0～20 cm 土層，浸礦劑濃度雖然越來(lái)越低，但是對(duì)土壤中生物及有機(jī)質(zhì)的作用依然存在，可到20～30 cm土層時(shí)，浸礦劑濃度微乎其微，對(duì)土壤的作用大幅度減小，微生物回歸正常的轉(zhuǎn)化并釋放有機(jī)質(zhì)，但因浸礦劑微小的影響，20～30 cm土層有機(jī)質(zhì)含量略低于其他2個(gè)樣地同層含量。根據(jù)所得數(shù)據(jù)表明，挖礦地和堆積地由于采礦作業(yè)，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)存在較大程度的影響，從而影響植物生長(zhǎng)，其中挖礦地經(jīng)過(guò)原地浸礦[8]后對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響尤為顯著。

2.2 不同采礦跡地土壤全氮分布特征 從圖2可以看出，3個(gè)樣地中土壤全氮含量均隨著土層加深而降低。同一土層深度的土壤全氮含量大小表現(xiàn)為天然林地>堆積地>挖礦地。

在天然林地中，10～20 cm土層土壤全氮含量相較于0～10 cm土層下降了0.201 mg/g，其含量分別為1.111、1.312 mg/g。20～30 cm土層的土壤全氮含量為1.017 mg/g，相較于10～20 cm 土層只下降了0.094 mg/g。堆積地土壤全氮含量也是隨著土壤深度增加有減少的趨勢(shì)，但減少的幅度逐漸變小，10～20 cm土層相較于0～10 cm土層全氮含量下降了0.422 mg/g，其值分別為0.653、1.075 mg/g。而20～30 cm土層相比于10～20 cm的全氮含量只下降了0.146 mg/g，其值為0.507 mg/g。但是在挖礦地，不同層次土壤全氮含量顯著低于天然林地和堆積地，其土壤全氮含量隨土壤深度增加而減少的幅度比天然林地和挖礦地大，10～20 cm土層比0～10 cm土層的土壤全氮含量低，其值分別為0.191、0.257 mg/g。而20～30 cm土層土壤全氮含量?jī)H為0.111 mg/g，比10～20 cm土層的低了0.080 mg/g。相關(guān)研究表明，土壤中的氮素95%以上以有機(jī)氮的形式存在于土壤表層[9]，所以表層土壤全氮含量均高于下層。氮素主要來(lái)源于動(dòng)植物殘骸和生物固氮，大氣中的氮是最終來(lái)源，但大氣中的氮素必須通過(guò)土壤中固氮微生物的活動(dòng)才能進(jìn)入生物體，所以氮素主要分布于生物活動(dòng)區(qū)，尤其是植物根系分布區(qū)，但土層越深，氮含量越少，所以一般土壤全氮含量隨土層加深而降低的幅度越來(lái)越小。該研究中的挖礦地，由于其土壤遭到嚴(yán)重破壞，其不同層次土壤全氮含量均顯著低于天然林地和堆積地，可見(jiàn)挖礦作業(yè)對(duì)于土壤全氮的影響也較大。

2.3 不同采礦跡地土壤水解氮分布特征

由圖3可知，在天然林地和挖礦地，土壤水解氮含量均隨土壤深度的增加而減少。天然林地中10～20 cm處水解氮含量比0～10 cm土層低，其值分別為63.63、93.13 mk/kg。20～30 cm土層水解氮含量為28.27 mg/kg，比10～20 cm土層下降了35.36 mg/kg。挖礦地中10～20 cm土層水解氮含量相較于0～10 cm土層下降了11.82 mg/kg，其值分別為38.89、50.71 mg/kg。20～30 cm 土層水解氮含量為21.21 mg/kg，比10～20 cm土層水解氮含量下降了17.68 mg/kg。分析原因可能為土壤越深其通氣條件越苛刻，由于表層土壤通氣條件比下層土壤好，土壤有機(jī)氮通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，氨態(tài)氮又通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮，因此土壤表層中的水解性氮含量高于下層土壤。

而堆積地卻與其他2地不同，10～20 cm處水解氮含量相比于0～10 cm土層更低，其值分別為35.71、42.42 mg/kg。但其20～30 cm土層水解氮含量為49.45 mg/kg，較10～20 cm土層水解氮含量增加了13.74 mg/g，甚至比0～10 cm土層水解氮含量還要高6.03 mg/kg。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因?yàn)椴傻V過(guò)程的堆積作用和浸礦化學(xué)物質(zhì)作用不僅使得土壤表面通氣受阻，而且使得土壤化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一定程度的改變，原本土壤表面的有機(jī)氮不能良好地轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮從而降低了表層水解氮的含量，隨著土層深度增加，影響程度降低，從而使20～30 cm土層所含水解氮比0～10 cm土層更高，其他原因有待于進(jìn)一步研究。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2021年

2.4 不同采礦跡地土壤全磷分布特征

由圖4可知，天然林地和堆積地中10～20 cm土層的土壤全磷含量遠(yuǎn)高于0～10 cm和20～30 cm的土層。在天然林地中，10～20 cm土層土壤全磷含量高于0～10 cm土層，其值分別為0.483、0.295 g/kg。而20～30 cm土壤全磷含量為0.195 g/kg，比10～20 cm土層減少了0.288 g/kg。在堆積地，10～20 cm土層土壤全磷含量比0～10 cm土層增加了0.057 g/kg，其值分別為0.367、0.310 g/kg。而20～30 cm土壤全磷含量為0.289 g/kg，比10～20 cm土層減少了0.078 g/kg。但在挖礦地，10～20 cm土層的土壤全磷含量低于0～10 cm和20～30 cm土層，其值分別為0.117、0.172和0.163 g/kg。分析原因可能是該稀土礦區(qū)停止作業(yè)年限較長(zhǎng)，堆積地破壞程度較挖礦地輕，經(jīng)過(guò)多年恢復(fù)后，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民重新在堆積地上進(jìn)行作物種植，南方土壤普遍缺磷，為了給作物提供足夠的營(yíng)養(yǎng)而施肥，導(dǎo)致堆積地表層土壤的全磷含量比天然林地還高。而挖礦地破壞較嚴(yán)重，目前仍處于荒廢中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可見(jiàn)其土壤基本為沙子，因此其土壤全磷含量在3塊樣地中最低。

2.5 不同采礦跡地土壤有效磷分布特征 有效磷即土壤中水溶性磷，可供植物直接吸收利用，一般為無(wú)機(jī)磷，其補(bǔ)給主要依賴于磷酸鹽礦物的溶解和被土壤吸附固定的磷的釋放[10]。影響其含量的因素較多，如溫度、水分、土壤氧化還原狀況、土壤酸堿度和土壤有機(jī)質(zhì)含量等[11]。

從圖5可以看出，在天然林地中，0～10 cm土層的土壤有效磷含量最低，其值為1.763 mg/kg，而10～20、20～30 cm土層

的有效磷含量分別為3.788、3.799mg/kg，兩者含量幾乎相等。挖礦地0～10 cm土層的土壤有效磷含量為1.012 mg/kg，

10～20 cm土層有效磷含量略高，為1.111 mg/kg，20～30 cm土層有效磷含量最高，為1.374 mg/kg。堆積地土壤有效磷變化趨勢(shì)與前者不同，其0～10 cm土層的土壤有效磷含量為

2.526 mg/kg，10～20 cm土層其含量增加到3.094 mg/kg，而在20～30? cm土層有效磷含量降低到2.346 mg/kg。天然林地和挖礦地表層土壤的有效磷明顯低于下層土壤，分析原因可能為天然林地地表植物較多，植物根系分布較淺，其生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)吸收較多的有效磷，從而使表層土壤的有效磷含量低于下層土壤。挖礦地由于遭受較大程度的破壞，其土壤呈砂質(zhì)化，其土壤保水保肥能力較弱，在雨水作用下，大部分的磷從土壤中被淋溶流失。而在堆積地因浸礦殘留部分稀土元素，稀土元素的存在會(huì)抑制表層土壤對(duì)磷的吸收，抑制有效磷的生成[12]，所以其表層土壤有效磷含量較低，且其0～30 cm土層的有效磷含量相比天然林地都有所下降。

2.6 相關(guān)性分析

利用SPSS 軟件對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、水解氮、全磷和有效磷含量進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)矩陣見(jiàn)表2。從表2可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)與土壤全氮、水解氮和全磷呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較好，有機(jī)質(zhì)與全氮相關(guān)系數(shù)最大（r=0.820），與有效磷相關(guān)性較?。╮=0.484）。土壤有機(jī)質(zhì)與

全氮、水解氮、全磷、有效磷之間的擬合方程均滿足二次曲線關(guān)系 （圖6）。土壤全氮除與有機(jī)碳呈極顯著相關(guān)外，還與有效磷呈極顯著正相關(guān);全氮與水解氮和全磷呈顯著正相關(guān)，與速效磷呈極顯著正相關(guān)。水解氮與全磷和有效磷雖均呈正相關(guān)，但其相關(guān)性均較低。全磷與速效磷呈顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

早期不合理的開(kāi)采及落后的開(kāi)采技術(shù)，導(dǎo)致贛南地區(qū)稀土礦區(qū)土壤嚴(yán)重破壞，生態(tài)環(huán)境退化。研究發(fā)現(xiàn)，未受破壞的天然林地土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷含量均顯著大于受到采礦影響的堆積地和挖礦地土壤，且挖礦地土壤各指標(biāo)含量在3塊試驗(yàn)地中均最少，實(shí)地踏查也發(fā)現(xiàn)采礦地的土壤基本呈砂質(zhì)化，說(shuō)明采礦地受到采礦作業(yè)的影響最為嚴(yán)重，其植被恢復(fù)最為困難。堆積地土壤各項(xiàng)指標(biāo)居中，僅從養(yǎng)分含量的情況來(lái)看，其地上植被恢復(fù)較挖礦地相對(duì)容易，但采礦的酸溶作用和堆積擠壓作用，可能導(dǎo)致土壤的酸度較大以及土壤物理性質(zhì)受到破壞，因此其植被恢復(fù)將遇到另外的新問(wèn)題。可見(jiàn)，每進(jìn)行一次稀土資源的開(kāi)采就意味著將有大片土壤受到破壞，而要使這片土壤自然恢復(fù)卻要等上幾十年甚至上百年的時(shí)間。落后不合理的開(kāi)采方式給自然生態(tài)系統(tǒng)以及周邊的居民生活造成了嚴(yán)重的危害，因此在今后采礦作業(yè)中最關(guān)鍵的還是通過(guò)對(duì)開(kāi)采工藝的改進(jìn)與完善，減少開(kāi)采過(guò)程對(duì)礦區(qū)土壤的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]

梁惕平，陳韜.贛南某稀土礦礦山恢復(fù)治理措施[J].中國(guó)科技博覽， 2013（27）：555.

[2] 鄒國(guó)良，陳富生.贛南礦產(chǎn)資源綜合開(kāi)發(fā)與利用研究[J].采礦技術(shù)， 2006，6（4）：13-15.

[3] 宋祥蘭，王蘭英，鄺先松，等.贛南廢棄稀土礦區(qū)植被恢復(fù)模式試驗(yàn)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（6）：58-62.

[4] 彭冬水.贛南稀土礦水土流失特點(diǎn)及防治技術(shù)[J].亞熱帶水土保持，2005，17（3）：14-15.

[5]

張萬(wàn)儒，許本彤.森林土壤定位研究方法[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1986.

[6] 鄭先坤，馮秀娟，陳哲，等.離子型稀土礦開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題及廢棄地修復(fù)治理研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2019，48（3）：681-684.

[7] 劉劍，姚康，黃健.贛南某地離子型稀土礦體邊坡穩(wěn)定性研究[J].世界有色金屬，2017（9）：172，174.

[8] 湯洵忠，李茂楠，楊殿.原地浸析采礦在龍南稀土礦區(qū)的應(yīng)用和推廣[C]//中國(guó)黃金學(xué)會(huì)，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)，等.第六屆全國(guó)采礦學(xué)術(shù)會(huì)議文集.北京：《中國(guó)礦業(yè)》雜志社，1999：96-98.

[9] 黃瑞農(nóng).環(huán)境土壤學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1994：145-146.

[10] 向萬(wàn)勝，黃敏，李學(xué)垣.土壤磷素的化學(xué)組分及其植物有效性[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10（6）：663-670.

[11] 李壽田，周健民，王火焰，等.不同土壤磷的固定特征及磷釋放量和釋放率的研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2003，40（6）：908-914.

[12] 魯鵬，劉定芳，馬梅，等.外源稀土微肥對(duì)土壤氮磷養(yǎng)分的影響[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19（5）：532-535.