何永健 姜冉冉 王鶴翔 王芬 王正麗 張梅 皮秀芳 唐筱晗 侯秀麗

摘要 以云南蘭坪鉛鋅礦區(qū)中開采礦區(qū)、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田、紕江河周邊農(nóng)田為研究對象，測定土壤中氮磷含量及重金屬元素，對比不同土地利用方式下土壤污染程度。結(jié)果表明：礦區(qū)30年廢棄地土壤表層Cu、Cd、Pb含量分別為490.88、414.79、2 564.72 mg/kg，高于其他地區(qū)，超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準，分別高出標準490%、41 479%、733%;開采礦區(qū)中土壤Pb含量為188.44～738.74 mg/kg，其中開采礦區(qū)中農(nóng)耕廢棄地土壤Pb含量高達738.74 mg/kg，說明在礦區(qū)廢棄地及廢棄農(nóng)田中土壤重金屬風險較高。種植作物不會造成土壤Cu、Cd、Pb明顯差異，波動范圍分別為16.48～19.14、9.98～61.68、59.74～84.91 mg/kg;礦山廢棄地土壤全磷最低，農(nóng)田有效磷高于其他土地利用類型;Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間關(guān)聯(lián)性較強，說明土壤中重金屬同源性較高。

關(guān)鍵詞 鉛鋅礦區(qū);重金屬;土壤肥力;變化特征;土地利用方式

中圖分類號 S 153;S 158? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）18-0063-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.017

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Variation Characteristics of Soil Nutrients and Heavy Metals under Different Land Use Patterns

HE Yong-jian，JIANG Ran-ran，WANG He-xiang et al （College of Agronomy and Life Sciences，Kunming University，Kunming，Yunnan 650214）

Abstract The contents of nitrogen，phosphorus and heavy metals in the soil of mining area，mine wasteland，farmland around smelter and Pijiang River in Lanping of Yunnan Province were determined，and the degree of soil pollution under different land use patterns was compared.The result showed that the contents of Cu，Cd and Pb in the surface soil of abandoned land in 30 years were 490.88，414.79，2 564.72 mg/kg respectively，which were higher than those in other areas，and exceeded the standard of soil environmental quality standard，which were 490%，41 479% and 733% higher than the standard，respectively.The content of soil Pb in the mining area was 188.44-738.74 mg/kg，and the soil Pb in the agricultural wasteland in the mining area was as high as 738.74 mg/kg，which indicated that the risk of soil heavy metals in the mining wasteland and abandoned farmland was high.The fluctuation range of Cu，Cd and Pb in farmland was 16.48-19.14，9.98-61.68 and 59.74-84.91 mg/kg，respectively.The total phosphorus of mine wasteland was the lowest，and the available phosphorus of farmland was higher than other land use types.The correlation among Cu-Cd，Cu-Pb，Cd-Pb and Cd-Zn was strong，which indicated that heavy metals in soil had high homology.

Key words Lead-zinc mining area;Heavy metals;Soil fertility;Change characteristics;Land use patterns

我國土壤環(huán)境污染形勢十分嚴峻，其中重金屬污染尤為突出，重金屬鉛（Pb）通過冶煉、礦石風化、礦上開采等方式進入到土壤[1]，對土壤和農(nóng)（業(yè)） 產(chǎn)品產(chǎn)生威脅，進而影響人類和動物健康[2]。有關(guān)礦區(qū)土壤重金屬污染狀況、空間分布、生態(tài)風險以及營養(yǎng)條件的評估一直是研究熱點。土壤氮磷含量狀況是土壤肥力的重要標志[3]，影響著作物生長發(fā)育及其產(chǎn)量品質(zhì)，對土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能有著深刻的影響[4]。土壤重金屬污染具有隱蔽性、劇毒性、不可降解性和生物富集性，通過食物鏈傳遞的形式危害人體健康[5]。人類活動過程對土壤氮磷和重金屬產(chǎn)生影響，而不同的土地利用方式是影響土壤氮磷和重金屬最普遍、最直接、最深刻的因素[6]。

近年來，一些研究集中于不同的土地利用類型下重金屬含量污染狀況和時空變化研究，以及不同形態(tài)的重金屬的時空分布特征[7]、累積特征[8-9]、土壤重金屬污染評價[10-11]等方面，而忽視了不同人類活動引起不同土地利用變化對重金屬的影響，缺少結(jié)合土壤營養(yǎng)元素綜合評估土壤生產(chǎn)力等方面的研究。云南西北蘭坪縣，礦藏資源富集，儲量居亞州第一，世界第二，被譽為 “云南有色金屬王國的明珠”，其鉛鋅尾礦廢棄地規(guī)模大，土壤貧瘠、干旱、重金屬污染嚴重[12]。在此背景下，很多自然和人為的生態(tài)過程都會對土壤氮磷和重金屬產(chǎn)生深遠影響，而土地利用方式作為人類利用土地各種活動的綜合反映，是影響土壤氮磷和重金屬最重要的因素。因此，筆者研究云南蘭坪礦山開采地區(qū)不同土地利用類型土壤重金屬含量變化，并結(jié)合土壤氮磷含量變化，系統(tǒng)分析不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分和土壤重金屬的影響，以期為精細化管理區(qū)域土地資源指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的采集

蘭坪金頂鉛鋅礦位于云南省怒江傈僳族自治州蘭坪白族普米族自治縣金頂鎮(zhèn)，是世界上17個超大型鉛鋅礦區(qū)之一，中國排名第二的鉛鋅礦，開采時間久，規(guī)模大[12]，礦區(qū)面積6.9 km2。在區(qū)域上屬于青藏高原東南緣蘭坪晚中生代—新生代盆地，礦區(qū)位于該盆地的中北部[13-14]。蘭坪盆地呈北北西—南南東向展布，寬20～75 km，長度大于250 km，夾持于西側(cè)的碧羅雪山—崇山山脈與東側(cè)的雪龍山—點蒼山—哀牢山山脈之間，為西南“三江”造山帶的重要部分[15]。礦區(qū)屬于溫帶氣候，年平均氣溫10.4～11.8 ℃，海拔約2 380 m，年平均降水量為1 088.43 mm。蘭坪縣金頂鉛鋅礦發(fā)現(xiàn)開發(fā)早、儲量達、開發(fā)時間長、涉及面積廣，對周圍的農(nóng)田生態(tài)、森林生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)造成極大破壞，土壤中重金屬鉛污染嚴重。

蘭坪金頂鉛鋅礦位于紕江上游，鋅冶煉廠位于采礦區(qū)山體下方，沿紕江河水田居多，旱地較少，主要作物有水稻、玉米、小麥等作物。根據(jù)蘭坪縣金頂鉛鋅礦區(qū)周邊的土地利用類型，分別選取開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田4種地點進行采樣。在開采礦區(qū)分別選取待采礦區(qū)山體（峰子山、架崖山、蕨菜山、818架崖山）、礦區(qū)農(nóng)耕廢棄地、排土場（露天采礦剝離排土場）等采樣地點。在冶煉廠周邊選取玉米地、油牡丹等土地利用類型作為采樣地點。紕江河周邊的農(nóng)田主要分為紕江路周邊農(nóng)田、新井村等農(nóng)田采樣點。廢棄30年的礦山廢棄地屬于紕江河支流磨面河流域。在23個采樣地點，采用棋盤采樣法采集土壤樣品，具體的土壤采樣信息見表1。

1.2 試驗方法

土壤樣品經(jīng)自然風干，去除石礫、有機殘體、植物根系等，分別過1.000、0.149 mm 篩制備不同粒級土壤樣品，后分別用于測定銅（Cu）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉛（Pb）4種重金屬含量及全磷、全氮質(zhì)量分數(shù)、有效磷含量。測定方法均采用中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的《土壤監(jiān)測規(guī)范標準》，其中，Pb、Cd采用 GB/T 17141—1997，Cu、Zn采用GB/T 17138—1997，4種重金屬元素相對標準偏差小于 1%。全磷含量采用酸溶-鉬銻抗比色法測定，有效磷采用Olsen法（碳酸氫鈉法）測定，全氮含量采用杜馬斯定氮儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理 每個數(shù)據(jù)均為至少 3 個平行樣品的平均值。用SPSS 22.0 對數(shù)據(jù)進行處理，Origin 2018 進行制圖。在進行不同土地利用類型土壤重金屬對比分析時，以時間代替空間，對取土區(qū)域進行劃分。開采礦區(qū)及廢棄地在當前時間時段還遠不能作為耕地進行利用，歸為一個類別;紕江河兩邊灘涂，多為雜草覆蓋，經(jīng)過開墾種植，有少部分種植玉米、伴礦景天，此部分區(qū)域已經(jīng)具有種植條件所以歸為一類;在現(xiàn)有已進行正常農(nóng)事耕作的土地利用區(qū)域歸為一類。為比較不同土地利用類型Cu、Zn、Cd、Pb重金屬含量之間的差異，在對土壤表層重金屬含量分析時，對土壤重金屬Cu、Zn、Cd、Pb數(shù)據(jù)進行以10為底的對數(shù)處理，完成數(shù)據(jù)的標準化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤重金屬污染特征

從不同采樣點土壤表層重金屬含量（表2）可以看出，有植被覆蓋的廢棄30年的礦區(qū)廢棄地土壤表層的Cu、Cd、Pb的含量分別為490.88、414.79、2 564.72 mg/kg，均高于開采礦區(qū)山體、紕江河周邊農(nóng)田、冶煉廠周邊區(qū)域，3種重金屬含量均超過GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準，分別高出標準490%、41 479%、733%;無植被覆蓋的礦山廢棄地土壤表層Cu、Cd、Pb顯著低于有植被覆蓋的礦山廢棄地。開采礦區(qū)山體采樣點，峰子山、架崖山、蕨菜山、農(nóng)耕廢棄地、排土場土壤表層的Cu含量無顯著差異;土壤中Cd、Zn含量表現(xiàn)為架崖山土壤表層2種重金屬含量最高，其值分別為575.18、1 285.05 mg/kg，分別高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準57 518%、428%;而土壤中Pb含量則是農(nóng)耕廢棄地含量最高，為738.74 mg/kg，高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準211%;峰子山、蕨菜山、農(nóng)耕廢棄地、排土場采樣點之間的Cd含量無明顯差異，其值在22.57～138.84 mg/kg，均高出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準值。

紕江河周邊的農(nóng)田主要種植玉米、伴礦景天、蓖麻伴礦景天間作、萬壽菊、油菜、印度芥菜幾種植物，采樣地點主要位于紕江路兩側(cè)、新井村附近。從表2可以看出，紕江河周邊農(nóng)田中因不同的植物種植而呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。在紕江河周邊不同植物種植區(qū)域之間土壤表層Cu、Cd、Pb含量無明顯差異，其值分別在16.48～19.14、9.98～61.68、59.74～310.69 mg/kg，Cd高出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準，而Cu和Pb則低于環(huán)境質(zhì)量標準，在3種重金屬中Pb含量高于Cu和Cd。土壤Zn含量則表現(xiàn)為種植伴礦景天和萬壽菊的區(qū)域較低，分別為140.74、171.95 mg/kg，2種土地利用類型之間無明顯差異，但顯著低于紕江河周圍的其他植物種植區(qū)域，同時灘涂、蓖麻伴礦景天間作、玉米、葵花、萬壽菊、印度芥菜幾種不同植物種植區(qū)域土壤表層Zn含量無明顯差異。

從表2可以看出，Cu、Cd、Pb含量在冶煉廠周邊不同植物種植區(qū)域之間無明顯差異，其值分別為17.20～23.36、21.44～113.25、187.23～421.18 mg/kg，其中Cu未超出環(huán)境質(zhì)量標準，Cd含量超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準值，說明在冶煉廠周邊Cd含量超出標準值1 720%～2 336%，環(huán)境風險較高，而Cu和Pb則在標準范圍之內(nèi)。土壤表層中Zn則表現(xiàn)為油牡丹種植區(qū)域含量高于玉米、雜草種植區(qū)域，其值為1 234.68 mg/kg，超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準值411%。冶煉廠周邊的玉米地Pb含量為421.18 mg/kg，超出《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準值120%，在農(nóng)田中風險較高。

在紕江河周邊農(nóng)田種植作物的不同會對土壤表層的Cu、Cd、Pb之間造成明顯差異，但農(nóng)田中所有采樣點的土壤表層Cd含量高于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準，在農(nóng)田中土壤Pb的波動范圍較高，這說明該紕江河周邊農(nóng)田可能會由于耕作方式的不同會引起Pb較大幅度的波動。冶煉廠位于開采礦區(qū)山體下方，沿紕江河建廠，同時在冶煉過程中會伴隨廢水的排放導致周邊土壤中重金屬累積。在冶煉廠周邊農(nóng)田主要種植玉米、油菜及野生雜草等植物，生態(tài)風險較高。在種植玉米的農(nóng)田中土壤Pb含量環(huán)境風險較高，這可能是由于冶煉廠周邊的農(nóng)田由于其冶煉過程中廢氣、廢液等物質(zhì)的排放，經(jīng)過空氣沉降及河流的輸移等作用，導致冶煉廠周邊農(nóng)田Pd含量超標，同時會造成局部地區(qū)中土壤中Pb環(huán)境風險值較高，在空間上表現(xiàn)在空間區(qū)域分布的不均勻性。

2.2 不同土地利用類型土壤肥力特征 土壤養(yǎng)分是植物營養(yǎng)的主要來源，不同的土地利用方式對土壤養(yǎng)分有顯著影響。土壤養(yǎng)分在向下層輸移之前會先聚集于土壤表層[15]，并且土壤表層由于微生物及土地耕作方式不同土壤養(yǎng)分循環(huán)更快，所以該研究對不同土地利用方式之間土壤表層的氮、磷、有效磷等指標進行測定。

從表3可以看出，土壤表層全磷含量開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、礦山廢棄地、冶煉廠周邊農(nóng)田全磷含量分別為0.25～0.48、0.42～0.72、0.49～0.70、0.60～0.70 g/kg，冶煉廠周邊農(nóng)田土壤表層全磷含量小于其他3種土地類型。通過比較不同采樣地點土壤表層全磷含量，發(fā)現(xiàn)紕江河周邊種植玉米的區(qū)域全磷含量最高，為0.72 g/kg，最低為采礦區(qū)中的蕨菜山，為0.25 g/kg。紕江河周邊農(nóng)田土壤全磷含量因耕地施肥的影響，土壤表層全磷含量高于開采礦區(qū)。一般認為土壤全磷含量的高低主要受土壤母質(zhì)、成土作用和氣候的影響，在該研究中采樣點范圍內(nèi)土壤均發(fā)育于相同母質(zhì)，氣候變化也較為接近，所以土壤表層全磷在開采礦區(qū)變異相對較少。但廢棄地是由于在開采過程中對土壤擾動，在廢棄地中有植被覆蓋和無植被覆蓋的區(qū)域，造成土壤全磷變異較大。另外，重金屬在土壤中的累積導致土壤性質(zhì)發(fā)生變化，從而影響到土壤P含量[16]。重金屬進入土壤后，會與土壤組分發(fā)生一系列物理和化學反應，從而影響到土壤對P的保持能力[17]，重金屬在土壤中的累積達到一定量后，將占據(jù)土壤膠體的吸附位，影響P在土壤中的吸附、解吸和形態(tài)的分配，加之，在重金屬污染的土壤中微生物及酶活性受高濃度的重金屬污染所抑制[18]，從而導致土壤肥力下降。

從表3可以看出，土壤表層有效磷含量在開采礦區(qū)、紕江河周邊農(nóng)田、冶煉廠周邊農(nóng)田之間差異性顯著，廢棄地與開采礦區(qū)不存在顯著差異。4種土地利用類型有效磷含量分別為11.78～29.22、72.80～178.59、17.61～23.27、121.60～232.92 mg/kg。通過比較不同土地利用類型之間土壤表層有效磷含量，發(fā)現(xiàn)冶煉廠周邊農(nóng)田有效磷含量最高，為232.92 mg/kg，最低值也高達121.60 mg/kg，冶煉廠周邊農(nóng)田中有效磷含量顯著高于開采礦區(qū)及礦山廢棄地這2種土地利用類型。對比紕江河周邊農(nóng)田發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域中種植玉米的農(nóng)田土壤有效磷含量最高，為178.59 mg/kg，明顯高于葵花、油菜、萬壽菊、印度芥菜、伴礦景天種植地，這可能是玉米種植過程中施用化肥、有機肥較為頻繁，隨著耕作年限的延長土壤中氮、磷累積增加;同時玉米地翻耕次數(shù)較多，土壤含水量、透氣性等土壤性質(zhì)會隨之改變。開采礦區(qū)和廢棄地土壤表層有效磷含量低于其他土地利用類型，表明這2種土地利用類型土壤中其土壤磷素活化能力較低[19]。

土壤表層全氮含量表現(xiàn)為紕江河周邊>開采礦區(qū)>冶煉廠周邊>廢棄地，4種土地利用類型土壤全氮含量分別為1.24～10.88、4.23～6.10、0.50～0.85、3.93～6.23 g/kg。農(nóng)耕廢棄地土壤全氮含量最高，其值為10.88 g/kg，礦山廢棄地土壤表層全氮含量最低，為0.50 g/kg;紕江河周邊、冶煉廠周邊全氮含量在不同作物種植模式下變化幅度較小。相關(guān)研究表明，土壤C和N不僅受氣候、土壤類型、土壤母質(zhì)、地性地貌和植被類型等自然環(huán)境因素的影響，同時也受到不同土地利用類型、田間管理措施等人類活動的顯著影響[20]。土地利用方式主要通過土壤養(yǎng)分的輸入輸出量來控制土壤N的累積和釋放速率。在養(yǎng)分輸入方面，開采礦區(qū)及礦山廢棄地覆蓋自然植物，枯枝落葉存在較多積存，土壤中有機氮成為重要的輸入來源，從而導致土壤中氮含量存儲較高[21]。而農(nóng)田的復種指數(shù)較高，土壤通氣條件較好，土壤孔隙度和氧氣含量增加，好氧型微生物活動增強[22]，加速土壤有機氮的分解，同時N容易產(chǎn)生流失。另外，由于農(nóng)田常年頻繁且不合理的耕作下，土壤礦化作用增強，消耗大量有機質(zhì)過程中釋放的氮素大部分直接被農(nóng)作物吸收，另一方面撂荒地在一定程度上可以恢復土壤肥力[23]，導致土壤全氮含量高于農(nóng)田。廢棄地中有植被覆蓋的廢棄地和無植被覆蓋的廢棄地全氮含量分別為0.85、0.50 g/kg，說明在廢棄地中無植被覆蓋的土壤呈裸露狀態(tài)，水和風等氣象因素直接作用于土壤，因而土壤全氮含量低于有植被覆蓋的廢棄地。對比紕江河周邊農(nóng)田發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域中土壤中全氮含量在不同植物種植地中無顯著差異，說明農(nóng)田中種植作物種類對土壤表層全氮含量無明顯影響。

2.3 不同土地利用類型土壤重金屬波動規(guī)律

該研究中根據(jù)采樣點距離采礦區(qū)及冶煉廠距離，對采樣地點進行分類，把采礦區(qū)域及礦山廢棄地歸為一類，其代表開采活動對土壤重金屬的影響程度;紕江河是瀾滄江的支流，流經(jīng)蘭坪縣，河谷平坦，農(nóng)田分布相對集中，以冶煉廠為起始采樣點，沿流域根據(jù)不同種植作物的農(nóng)田設置樣地點、河谷中的農(nóng)田分布為準則把農(nóng)田采樣點劃分為紕江河周邊農(nóng)田及紕江灘涂農(nóng)田2種類型。不同土地利用方式土壤表層重金屬含量的變化規(guī)律如圖1所示。在土壤表層Pb含量的平均值表現(xiàn)為開采礦區(qū)及廢棄地>紕江河灘涂>紕江河周邊農(nóng)田，平均值分別為2.75、2.35、1.83 lg（mg/kg）。在開采礦區(qū)及廢棄地中土壤Pb、Cu、Cd變動范圍高于其他土地利用類型，其中在開采礦區(qū)及廢棄地這類土地類型中土壤表層Cd含量為1.35～2.85 lg（mg/kg）。在開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層Cd平均含量為 2.10 lg（mg/kg），高于紕江河灘涂及紕江河周邊農(nóng)田。從圖1可以看出，Zn含量變化趨勢表現(xiàn)為開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層Zn含量平均值最高，為2.68 lg（mg/kg），其次是紕江河灘涂，紕江河周邊農(nóng)田土壤表層的Zn含量平均值最低，為2.52 lg（mg/kg）。Cu含量在開采礦區(qū)及廢棄地表層土壤中最高，為1.51 lg（mg/kg），變化幅度最大，在1.17～2.69 lg（mg/kg）;在紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田2個區(qū)域平均值沒有明顯差異，分別為1.28、1.23 lg（mg/kg）。紕江河周邊農(nóng)田土壤表層Zn含量變化幅度最大，為2.15～3.09 lg（mg/kg），均高于其他2種土地利用類型。

2.4 不同土地利用類型土壤營養(yǎng)元素狀況 從采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田3種土地利用類型土壤全氮、全磷、有效磷的變化趨勢（圖2）可以看出，土壤表層全磷含量的平均值表現(xiàn)為紕江河周邊農(nóng)田>紕江河灘涂>開采礦區(qū)及廢棄地，其值分別為0.60、0.52、0.43 g/kg。開采礦區(qū)及廢棄地土壤表層全磷含量在0.25～0.70 g/kg，高于其他土地利用類型，這可能是由于礦區(qū)開采及對表層土壤擾動較大，在開采礦區(qū)及廢棄地坡度較大，土壤表層經(jīng)擾動土質(zhì)疏松，因雨水沖刷會引起嚴重的水土流失，表層土壤流失較快，致使土壤中全磷的波動范圍較大。紕江河灘涂土壤有效磷含量的平均值最高，為120.02 mg/kg，而紕江河周邊農(nóng)田和采礦區(qū)及廢棄地土壤表層有效磷含量平均值分別為93.54、18.40 mg/kg。這可能是因為磷肥添加后利用率低，當季的利用率只有10%～25%[24];未被作物吸收的磷很容易隨水流損失，水流沖積后磷元素在灘涂中會以多種形態(tài)累積下來，使紕江河灘涂土壤有效磷含量高于其他土地利用類型[25]。

在采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田在3種土地利用類型中土壤全氮含量平均值分別為3.84、4.29、5.07 g/kg，其中紕江河周邊農(nóng)田土壤表層全氮含量最高。農(nóng)田土壤氮庫的形成，在某種程度上是由于人類的耕作模式影響土壤潛育的成土過程。我國是世界上化肥生產(chǎn)量和施用量最多的國家之一，農(nóng)田化肥施用平均量（折純量）高達375 kg/hm2，遠高于世界施肥安全上限 （225 kg/hm2），超過美國3倍，一些蔬菜地和特色經(jīng)濟作物用地施肥量甚至高達 1 000 kg/hm2，而氮肥利用率僅在30%～35%[26-27]。云南蘭坪此處高山峽谷之地，土地資源短缺，復種指數(shù)高，為提高單位土地面積上作物產(chǎn)量，化肥使用量較高。

開采礦區(qū)及廢棄地中土壤表層全氮質(zhì)量分數(shù)變化范圍最大，為0.50～10.88 g/kg。在該研究中開采礦區(qū)中峰子山、架崖山、蕨菜山3地屬于待采礦區(qū)，山體覆蓋大量植被;采礦廢棄地是廢棄的排土場，土壤比較松散，水土流失較為嚴重，造成在不同采礦空間區(qū)域內(nèi)土壤全氮變異范圍較大。

2.5 土壤重金屬含量與營養(yǎng)成分相關(guān)性 從土壤重金屬Cu、Cd、Pb、Zn含量和土壤全磷（TP）、全氮（TN）、有效磷（AP）含量相關(guān)性分析結(jié)果（表4）可以看出，Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別是0.553、0.930、0.682、0.490，并通過顯著性檢驗，說明Cu、Cd、Pb、Zn元素兩兩之間的關(guān)聯(lián)性較強，元素之間的同源性較高，土壤中 Cd、Cu、Pb、Zn 可能受到成土母質(zhì)的影響，同時又可能農(nóng)田受到外源輸入的影響。一般來說，Cd、Cu、Pb、Zn的組合表征人類活動的影響[28-29]。有些研究發(fā)現(xiàn)在西班牙牧草地和西班牙Ebro流域中Cd、Cu、Pb和Zn主要為人為來源，密集的農(nóng)業(yè)活動顯著影響Cd、Cu、Pb和Zn的含量[30-32]。在蘭坪縣金頂?shù)V區(qū)80%以上可以露天開采，露天采礦造成廢礦石、廢水、尾礦、冶煉廢渣等大量堆積地表[33]，該礦區(qū)地勢陡峻，易于匯水，特別是在雨季，大量富Cd廢石、礦渣等隨地表徑流進入土壤。另外，在農(nóng)業(yè)活動中化肥及農(nóng)藥的施用，會造成農(nóng)田土壤中重金屬富集[34]，認為Cd和Cu等重金屬與土壤中有機質(zhì)、速效氮和速效磷來源相似。在該研究中Cd-TN、Cu-TN之間存在負相關(guān)關(guān)系?？梢酝茰y在蘭坪縣金頂?shù)V業(yè)土壤中Cd和Cu的來源并非是使用農(nóng)藥和化肥所致，很大程度上土壤中重金屬來源于礦區(qū)開采及土壤母質(zhì)成分。

3 結(jié)論與討論

該研究中礦山廢棄地中Cu、Cd、Pb均高出GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》二級標準，并且在廢棄地中無植被覆蓋的區(qū)域Cu、Cd、Pb含量顯著低于有植被覆蓋的區(qū)域;在開采礦區(qū)及采礦跡地中重金屬呈現(xiàn)不同程度的累積，盡管廢棄地已經(jīng)廢棄了30年之久，但長期開采有色金屬礦藏所形成的廢棄地對當?shù)赝寥拉h(huán)境造成了一定程度的破壞，環(huán)境風險較高。如果采用空間代替時間的方法動態(tài)看待采礦區(qū)在若干年后轉(zhuǎn)變成礦山廢棄地，在后續(xù)幾十年中其環(huán)境風險仍然很高。

通過對不同采樣點按照土地利用方式進行分類，把23個采樣點進行歸類，分為采礦區(qū)域及礦山廢棄地、紕江河周邊農(nóng)田、紕江灘涂農(nóng)田3種類型。開采礦區(qū)及礦山廢棄地土壤Pb、Cd、Cu平均值及波動范圍均高于其他2種類型，土壤Zn則是紕江河周邊農(nóng)田平均值最低，且Zn變異幅度最大。土壤Zn的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，容易因翻耕、灌溉等因素影響向周邊及深層土壤擴，從而導致紕江河周邊農(nóng)田在不同作物種植、不同的水分條件下農(nóng)田Zn含量變化幅度大。

土壤養(yǎng)分是植物營養(yǎng)的主要來源，不同的土地利用方式對土壤養(yǎng)分有顯著影響。土壤養(yǎng)分在向下層輸移之前會先聚集于土壤表層[15]，并且土壤表層由于微生物及土地耕作方式不同土壤養(yǎng)分循環(huán)更快，所以該研究對不同土地利用方式之間土壤表層的全氮、全磷、有效磷等指標進行測定。該研究中紕江河周邊種植玉米土壤中全磷含量最高。土壤有效磷是衡量土壤肥力的主要指標之一，是作物可直接吸收的磷素，其主要來源于無機磷的轉(zhuǎn)化。該研究中土壤有效磷含量總體表現(xiàn)為紕江河周邊農(nóng)田>冶煉廠周邊農(nóng)田>開采礦區(qū)>廢棄地，表明隨著種植作物年限的延長土壤中有效磷呈現(xiàn)累積現(xiàn)象，這可能是由于施用化肥所造成。與其他元素相比，磷素容易產(chǎn)生化學固定作用，大部分已閉蓄態(tài)的形式累積在土壤中，然而當土壤磷素積累到一定程度，淋失強度就會迅速增加，大大增加了土壤磷素流失風險，成為面源污染中磷的主要來源。開采礦區(qū)和廢棄地土壤表層有效磷含量低于其他土地利用類型，說明礦區(qū)開采跡地中土壤磷素活化能力較低。

該研究中開采礦區(qū)全氮含量最高，紕江河周邊的農(nóng)田及冶煉廠周邊的農(nóng)田土壤表層全氮含量較低。采礦區(qū)及廢棄地、紕江河灘涂、紕江河周邊農(nóng)田3種土地利用類型土壤全氮、全磷、有效磷的變化趨勢數(shù)據(jù)表明，土壤表層全磷和全氮含量的平均值為紕江河周邊農(nóng)田>紕江河灘涂>開采礦區(qū)及廢棄地，且開采礦區(qū)及廢棄地全磷含量高于其他土地利用類型，這可能是由于礦區(qū)開采及對表層土壤擾動較大，在開采礦區(qū)及廢棄地中坡度較大，土壤表層經(jīng)擾動土質(zhì)疏松，因雨水沖刷會引起嚴重的水土流失，表層土壤流失較快，致使就土壤中全磷的波動范圍較大。

土壤元素之間的相關(guān)性分析可反映有關(guān)元素之間的關(guān)聯(lián)情況，有助于重金屬來源的辨識。該研究中Cu-Cd、Cu-Pb、Cd-Pb、Cd-Zn之間顯著相關(guān);Cd-TN、Cu-TN之間存在負相關(guān)，這說明蘭坪礦區(qū)開采及其土壤高背景值是造成土壤重金屬高的主要原因。

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