赣南废弃稀土矿采矿迹地土壤有机质?氮和磷分布特征

李奕 宋墩福 张付远 罗旺

摘要 为探究赣南废弃稀土矿土壤养分含量特征，对其采矿迹地的土壤有机质、氮和磷含量分布特征进行研究。结果表明：不同采矿迹地0～30 cm土层土壤有机质、氮和磷含量均表现为天然林地>堆积地>挖矿地。天然林地表层土壤有机质含量最高，其值为20.9 g/kg，有机质含量随土壤深度增加呈逐渐降低趋势;土壤全氮含量为0.062～1.473  mg/g，均随土壤深度的增加而降低;土壤水解氮含量为13.36～120.39  mg/kg;土壤全磷含量为0.076～0.524 g/kg;土壤有效磷含量为0.691～4.560  mg/kg，其含量大小有随土壤深度增加而增大的趋势。土壤有机质与全氮、水解氮和全磷呈极显著正相关（P<0.01），与有效磷呈显著正相关（P<0.05）。

关键词 稀土矿;土壤养分;赣南地区

中图分类号 S153  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）02-0032-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.010

开放科学（资源服务）标识码（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

基金項目 江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ181241）;萍乡学院人才引进科研启动项目。

作者简介 李奕（1986—），男，江西萍乡人，讲师，博士，从事恢复生态和森林水文研究。

收稿日期 2020-06-03

稀土矿是世界急需的不可再生资源，在各国的军事、国防工业、航空、陶瓷、石油、钢铁等方面都有着广泛的应用，但不合理的开采与落后的开采工艺不仅使稀土矿资源严重浪费和生态环境遭到破坏，而且还威胁到人类的生活安全。素有“稀土王国”之称的赣南地区，拥有我国30%以上的离子型稀土资源，是我国第二大稀土矿资源集中地[1-2]，过于粗放的开采方式严重破坏了矿区生态环境，使矿区生态系统退化，造成矿区土壤砂化，植被覆盖率低[3]，水土流失严重[4]，给当地农林业的持续发展带来了严重的困扰。选择江西省赣州市信丰县龙舌乡废弃稀土矿区，对不同采矿迹地土壤有机质、氮和磷的分布特征进行分析研究，旨在为该区土壤肥力的研究提供依据，为赣南废弃稀土矿区生态恢复与重建提供基础数据，同时也为林地资源的合理开发与保护提供参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

信丰县位于江西省南部，居贡水支流——桃江中游，地理位置为114°34′～115°19′E、24°59′～25°33′N，境内东西长76 km，南北宽63 km，有林地面积为18.41万hm2。该区处于中亚热带南缘，属典型的亚热带湿润季风气候。该区草本层主要植被有铁芒箕（Dicranopteris dichotoma）、芒（Miscanthus sinensis）、蕨类等;乔灌木层主要有马尾松（Pinus massoniana Lamb.）、杉木[Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook]、木荷（Schima superba Gardn. et Champ.）、香樟[Cinnamomum camphora （L.） Presl.]、青冈栎[Cyclobalanopsis glauca（Thunb.） Oerst.]、栲树（Castanopsis fargesii Franch.）、枫香（Liquidambar formosana Hance）、山苍子[Litsea cubeba （Lour） Pers.]、箬竹[Indocalamus tessellatus （Munro） Keng f.]、白茅[Imperata cylindrica （L.） Beauv.]等。试验地位于该县龙舌乡内，矿区的挖矿区地上基本无植被生存，堆积地上仅长有零星草本植物。

1.2 研究方法

1.2.1 标准地设置。

于2018年10月选择该矿区范围内的挖矿地、堆积地和未被破坏的天然林地为3块试验样地。在每个样地挖3个土壤剖面，根据土层情况把土壤剖面分成0～10、10～20和20～30 cm共3层，用100 cm3体积环刀取原状土和土壤铝盒，同时分层取1 kg左右的土样装入样品袋，做好记录，室内风干后研磨、过筛，用于土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、速效磷等指标的测定。在每个样地中心设置30 m×20 m样方，进行植被调查，分树种测定林木胸径、年龄、树高等指标。根据试验现场调查发现，天然林地乔木树种较少，仅有马尾松、杉木和木荷分布;挖礦地基本无植被生存;堆积地上有零星草本植被生存，样地基本特征见表1。

1.2.2 测定与计算方法。土壤有机质测定采用重铬酸钾滴定法;全氮采用凯氏定氮仪测定;水解氮采用碱解-扩散法测定;全磷采用碱熔-钼锑抗比色法测定;有效磷采用盐酸-硫酸浸提法测定[5]。所获数据的统计分析用SPSS13. 0软件完成，数据计算和作图由Excel软件完成。

2 结果与分析

2.1 不同采矿迹地土壤有机质分布特征 从图1可以看出，天然林地各土层土壤有机质含量均高于挖矿地和堆积地相应土层，且其土壤有机质含量随着土壤深度的增加而减少，10～20 cm土层比0～10 cm土层土壤有机质含量减少了17.7%，20～30 cm土层的有机质含量只有11.1 g/kg，比10～20 cm 土层减少了35.5%，分析其原因可能是在0～30 cm土层中，随着土层深度增加，其所含生物种类及数量均有不同程度的减少，从而使得转化出的有机质含量减少且地表部分的土壤有机质由于枯枝落叶存在能更快得到归还。堆积地土壤有机质含量也随土层深度增加而减少，但其下降幅度小于天然林地，10～20 cm土层相比0～10 cm土层有机质含量下降了23.2%，而20～30 cm土层较10～20 cm土层只下降了11.8%，且20～30 cm土层土壤有机质含量仅比天然林同层土壤有机质含量低0.6 g/kg，堆积地土壤并未经过开采，其整体土壤有机质含量低于天然林地的原因可能是土壤表面堆积过多的稀土矿，而过量的稀土元素会对土壤微生物产生抑制作用或将其毒害[1]，而随着土层的深入，稀土元素对微生物的抑制作用越来越小，微生物单体对有机质的转换或释放量增加，但随土壤深度增加，其生物总量减少，所以在堆积地土壤有机质含量整体仍随土壤深度增加呈减少趋势。挖矿地中有机质与其他2块区域相比含量最低，因为浸矿剂[6]会对土壤中生物造成危害并能分解土壤中原有的有机物[7]。挖矿地土层有机质含量较为特殊，10～20 cm土层较0～10 cm土层有机质含量下降了25.7%，而20～30 cm土层较10～20 cm 土层却增加了4.9%，分析其主要原因可能是在0～20 cm 土层，浸矿剂浓度虽然越来越低，但是对土壤中生物及有机质的作用依然存在，可到20～30 cm土层时，浸矿剂浓度微乎其微，对土壤的作用大幅度减小，微生物回归正常的转化并释放有机质，但因浸矿剂微小的影响，20～30 cm土层有机质含量略低于其他2个样地同层含量。根据所得数据表明，挖矿地和堆积地由于采矿作业，对土壤有机质存在较大程度的影响，从而影响植物生长，其中挖矿地经过原地浸矿[8]后对土壤有机质的影响尤为显著。

2.2 不同采矿迹地土壤全氮分布特征 从图2可以看出，3个样地中土壤全氮含量均随着土层加深而降低。同一土层深度的土壤全氮含量大小表现为天然林地>堆积地>挖矿地。

在天然林地中，10～20 cm土层土壤全氮含量相较于0～10 cm土层下降了0.201 mg/g，其含量分别为1.111、1.312 mg/g。20～30 cm土层的土壤全氮含量为1.017 mg/g，相较于10～20 cm 土层只下降了0.094 mg/g。堆积地土壤全氮含量也是随着土壤深度增加有减少的趋势，但减少的幅度逐渐变小，10～20 cm土层相较于0～10 cm土层全氮含量下降了0.422 mg/g，其值分别为0.653、1.075 mg/g。而20～30 cm土层相比于10～20 cm的全氮含量只下降了0.146 mg/g，其值为0.507 mg/g。但是在挖矿地，不同层次土壤全氮含量显著低于天然林地和堆积地，其土壤全氮含量随土壤深度增加而减少的幅度比天然林地和挖矿地大，10～20 cm土层比0～10 cm土层的土壤全氮含量低，其值分别为0.191、0.257 mg/g。而20～30 cm土层土壤全氮含量仅为0.111 mg/g，比10～20 cm土层的低了0.080 mg/g。相关研究表明，土壤中的氮素95%以上以有机氮的形式存在于土壤表层[9]，所以表层土壤全氮含量均高于下层。氮素主要来源于动植物残骸和生物固氮，大气中的氮是最终来源，但大气中的氮素必须通过土壤中固氮微生物的活动才能进入生物体，所以氮素主要分布于生物活动区，尤其是植物根系分布区，但土层越深，氮含量越少，所以一般土壤全氮含量随土层加深而降低的幅度越来越小。该研究中的挖矿地，由于其土壤遭到严重破坏，其不同层次土壤全氮含量均显著低于天然林地和堆积地，可见挖矿作业对于土壤全氮的影响也较大。

2.3 不同采矿迹地土壤水解氮分布特征

由图3可知，在天然林地和挖矿地，土壤水解氮含量均随土壤深度的增加而减少。天然林地中10～20 cm处水解氮含量比0～10 cm土层低，其值分别为63.63、93.13 mk/kg。20～30 cm土层水解氮含量为28.27 mg/kg，比10～20 cm土层下降了35.36 mg/kg。挖矿地中10～20 cm土层水解氮含量相较于0～10 cm土层下降了11.82 mg/kg，其值分别为38.89、50.71 mg/kg。20～30 cm 土层水解氮含量为21.21 mg/kg，比10～20 cm土层水解氮含量下降了17.68 mg/kg。分析原因可能为土壤越深其通气条件越苛刻，由于表层土壤通气条件比下层土壤好，土壤有机氮通过氨化作用转化为氨态氮，氨态氮又通过氨化作用转为硝态氮，因此土壤表层中的水解性氮含量高于下层土壤。

而堆积地却与其他2地不同，10～20 cm处水解氮含量相比于0～10 cm土层更低，其值分别为35.71、42.42 mg/kg。但其20～30 cm土层水解氮含量为49.45 mg/kg，较10～20 cm土层水解氮含量增加了13.74 mg/g，甚至比0～10 cm土层水解氮含量还要高6.03 mg/kg。出现这种现象可能是因为采矿过程的堆积作用和浸矿化学物质作用不仅使得土壤表面通气受阻，而且使得土壤化学性质发生一定程度的改变，原本土壤表面的有机氮不能良好地转化为氨态氮从而降低了表层水解氮的含量，随着土层深度增加，影响程度降低，从而使20～30 cm土层所含水解氮比0～10 cm土层更高，其他原因有待于进一步研究。

安徽农业科学2021年

2.4 不同采矿迹地土壤全磷分布特征

由图4可知，天然林地和堆积地中10～20 cm土层的土壤全磷含量远高于0～10 cm和20～30 cm的土层。在天然林地中，10～20 cm土层土壤全磷含量高于0～10 cm土层，其值分别为0.483、0.295 g/kg。而20～30 cm土壤全磷含量为0.195 g/kg，比10～20 cm土层减少了0.288 g/kg。在堆积地，10～20 cm土层土壤全磷含量比0～10 cm土层增加了0.057 g/kg，其值分别为0.367、0.310 g/kg。而20～30 cm土壤全磷含量为0.289 g/kg，比10～20 cm土层减少了0.078 g/kg。但在挖矿地，10～20 cm土层的土壤全磷含量低于0～10 cm和20～30 cm土层，其值分别为0.117、0.172和0.163 g/kg。分析原因可能是该稀土矿区停止作业年限较长，堆积地破坏程度较挖矿地轻，经过多年恢复后，当地农民重新在堆積地上进行作物种植，南方土壤普遍缺磷，为了给作物提供足够的营养而施肥，导致堆积地表层土壤的全磷含量比天然林地还高。而挖矿地破坏较严重，目前仍处于荒废中，根据现场调查可见其土壤基本为沙子，因此其土壤全磷含量在3块样地中最低。

2.5 不同采矿迹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，一般为无机磷，其补给主要依赖于磷酸盐矿物的溶解和被土壤吸附固定的磷的释放[10]。影响其含量的因素较多，如温度、水分、土壤氧化还原状况、土壤酸碱度和土壤有机质含量等[11]。

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

的有效磷含量分别为3.788、3.799mg/kg，两者含量几乎相等。挖矿地0～10 cm土层的土壤有效磷含量为1.012 mg/kg，

10～20 cm土层有效磷含量略高，为1.111 mg/kg，20～30 cm土层有效磷含量最高，为1.374 mg/kg。堆积地土壤有效磷变化趋势与前者不同，其0～10 cm土层的土壤有效磷含量为

2.526 mg/kg，10～20 cm土层其含量增加到3.094 mg/kg，而在20～30  cm土层有效磷含量降低到2.346 mg/kg。天然林地和挖矿地表层土壤的有效磷明显低于下层土壤，分析原因可能为天然林地地表植物较多，植物根系分布较浅，其生长过程会吸收较多的有效磷，从而使表层土壤的有效磷含量低于下层土壤。挖矿地由于遭受较大程度的破坏，其土壤呈砂质化，其土壤保水保肥能力较弱，在雨水作用下，大部分的磷从土壤中被淋溶流失。而在堆积地因浸矿残留部分稀土元素，稀土元素的存在会抑制表层土壤对磷的吸收，抑制有效磷的生成[12]，所以其表层土壤有效磷含量较低，且其0～30 cm土层的有效磷含量相比天然林地都有所下降。

2.6 相关性分析

利用SPSS 软件对土壤有机质、全氮、水解氮、全磷和有效磷含量进行相关性分析，相关矩阵见表2。从表2可以看出，土壤有机质与土壤全氮、水解氮和全磷呈极显著正相关，相关系数较好，有机质与全氮相关系数最大（r=0.820），与有效磷相关性较小（r=0.484）。土壤有机质与

全氮、水解氮、全磷、有效磷之间的拟合方程均满足二次曲线关系 （图6）。土壤全氮除与有机碳呈极显著相关外，还与有效磷呈极显著正相关;全氮与水解氮和全磷呈显著正相关，与速效磷呈极显著正相关。水解氮与全磷和有效磷虽均呈正相关，但其相关性均较低。全磷与速效磷呈显著正相关。

3 结论与讨论

早期不合理的开采及落后的开采技术，导致赣南地区稀土矿区土壤严重破坏，生态环境退化。研究发现，未受破坏的天然林地土壤有机质、氮和磷含量均显著大于受到采矿影响的堆积地和挖矿地土壤，且挖矿地土壤各指标含量在3块试验地中均最少，实地踏查也发现采矿地的土壤基本呈砂质化，说明采矿地受到采矿作业的影响最为严重，其植被恢复最为困难。堆积地土壤各项指标居中，仅从养分含量的情况来看，其地上植被恢复较挖矿地相对容易，但采矿的酸溶作用和堆积挤压作用，可能导致土壤的酸度较大以及土壤物理性质受到破坏，因此其植被恢复将遇到另外的新问题。可见，每进行一次稀土资源的开采就意味着将有大片土壤受到破坏，而要使这片土壤自然恢复却要等上几十年甚至上百年的时间。落后不合理的开采方式给自然生态系统以及周边的居民生活造成了严重的危害，因此在今后采矿作业中最关键的还是通过对开采工艺的改进与完善，减少开采过程对矿区土壤的影响。

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