施肥对干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库土壤质量的影响及其评价

珊 丹，郭建英*，荣 浩，王小莉，张铁钢，邢恩德，吴旭南

(1.水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010020；2.苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司，内蒙古 锡林郭勒盟苏尼特右旗 011216)

金属矿山开采过程中，深埋于地下的矿石暴露于地表，各种伴生元素释放到环境介质中，开采产生的尾矿目前已成为我国工矿企业中年产生量最大、对环境和生态景观影响巨大的大宗工业固体废物[1]。矿渣、尾矿石混合堆放形成的尾矿库改变了土体结构，打乱了重金属元素在地壳中的自然分布，也会对周边土壤、地表水和地下水造成污染，尾矿库既是矿山采选中必不可少的生产设施，同时也是重大的环境污染源和高势能危险源[2]。黄金矿山尾矿的化学成分主要为SiO2，同时含有一定量的CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO和少量的贵金属(Au、Ag等)、重金属(Cu、Pb、Zn等)，其矿物组成主要以石英、长石、云母、黏土和残余金属矿物为主，主要污染物含有氰化物、汞和各种浮选药剂等[3-4]。地处干旱半干旱草原生态脆弱区的金属矿山尾矿库土壤中重金属等有害物质含量较高，土壤中微生物活性差、营养物质缺乏，土壤的pH值波动幅度大，同时由于自然降水量偏低、无霜期较短等气候条件使该地区生态环境恢复更为困难。

修复污染土壤对自然界物质的转化和循环都具有重要作用。但矿山废弃地土壤生态修复需要针对退化土壤的某种性状缺陷而进行。如：加拿大在矿山生态修复中利用鱼粉生物炭、钙基膨润土、覆盖木纤维等来降低土壤中重金属污染[5]；英国研究者采用生物炭和蚯蚓培育技术修复土壤中的重金属污染[6]；澳大利亚研究人员研究发现土壤种子库是重建采矿场地生态系统、抵抗干旱扰动的关键[7]；孙清斌等[8]研究了施用客土、锯末、有机肥和无机肥等外源物对胡枝子修复尾矿库土壤中重金属污染的效果，并通过适宜的土壤生态修复方法缓解矿山尾矿库土壤的养分不足和环境胁迫。

土壤质量作为土壤肥力质量、环境质量和健康质量的综合量度，是土壤维持生产力、环境净化能力以及保障动植物健康能力的集中体现[9]。土壤质量评价可以直接或者间接地反映生态系统的变化，也可以反映人类干扰所产生的效应。而采用数学方法对土壤质量进行综合评价可以更直观地表现出土壤污染的总体情况。根据评价的目的性和针对性，土壤质量评价选用的评价方法和评价指标皆有不同[10]。如：张建辉[11]采用模糊数学综合评判法对川江流域土壤质量进行了评价；陈龙乾等[12]利用复垦土壤质量评价指数法对矿区复垦土壤质量进行了评价；李月芬等[13]采用主成分分析和灰色关联度法对吉林草原土壤质量进行了评价；陈吉等[14]利用主成分分析法对不同施肥土壤质量状况进行了分类研究；谢军等[15]采用内梅罗指数法、因子分析法和相关系数法对不同施肥模式土壤的综合肥力进行了评价。

目前土壤质量定量化评价方法较多，而针对不同研究层次可用于解决不同的问题。本研究针对干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库土壤特征、自然气候条件、生态建设需求，通过微生物菌肥、有机肥野外施用试验，研究了施用微生物菌肥、有机肥对尾矿库土壤中有益酶活性、土壤养分的影响，并利用灰色关联度法对不同施肥方式下的土壤质量进行了评价，探讨适合干旱半干旱地区金属矿山尾矿库特殊土壤生境的施肥方式，研究成果可为干旱半干旱草原区金属矿废弃地土壤生态环境恢复与完善生态建设方案提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

苏尼特金曦黄金矿业有限责任公司毕力赫金矿位于内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗朱日和镇境内，面积约为96.0 hm2。毕力赫金矿处于内蒙古高原中部，属中温带干旱半干旱气候，多年平均降水量为209 mm，年均蒸发量为2 384 mm，年均风速为4.6 m/s，年均气温为4.3 ℃，无霜期为135 d；毕力赫金矿所处草原区域土壤为栗钙土，扰动前地表植被为低山丘陵干草原草场类，以小针茅(Stipaklemenzii)、无芒隐子草(Cleistogenessongorica)为主要建群种，植被覆盖度达30%～40%[16]。试验区设置在毕力赫金矿尾矿库平台，该尾矿库为沟谷形，沟谷两侧为山坡，山坡坡度约为35°～38°，面积为30.0 hm2。尾矿矿浆经压滤后输送进尾矿库，再由推土机进行堆积、碾压，尾矿库渣面覆土后采取种植沙蒿(Artemisiadesertorum)、柠条(CaraganaKorshinskii)，撒播草木樨(Melilotussuaveolens)的方式恢复植被，尾矿库平台、边坡覆土深度为50～80 cm。根据对尾矿库覆土后原状土壤的理化性质和土壤中主要重金属元素的分析结果，试验区土壤以粒径大于0.05 mm的细沙为主，土壤质量较差，养分含量低，其中，尾矿库土壤中(0～20 cm土层)主要养分全氮含量为0.112 g/kg、全磷含量为0.340 g/kg、全钾含量为18.75 g/kg、速效氮含量为13.150 mg/kg、速效磷含量为1.072 mg/kg、速效钾含量为43.78 mg/kg、有机质含量为2.714 g/kg、全盐含量为0.49%，土壤的pH值为9.27；尾矿库土壤中(0～20cm土层)主要重金属元素的含量分别为Cu 12.28 mg/kg、Zn 50.57 mg/kg、Cr 28.09 mg/kg、Cd 0.067 mg/kg、As 10.99 mg/kg、Hg 0.057 mg/kg、Pb 10.05 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用的禾神元多效微生物菌肥(液体)由神州汉邦(北京)生物技术有限公司生产提供，有效活菌数地衣芽孢杆菌≥2.0 亿/g[农业部登记证：微生物肥(2010)准字(0620)号]；有机肥选择发酵型牛粪颗粒。根据推荐施用量，微生物菌肥设3个水平[施用量分别为1 L/m2(L1)、2 L/m2(L2)、3 L/m2(L3)]、有机肥设3个水平[施用量分别为100 g/m2(S1)、200 g/m2(S2)、300 g/m2(S3)]和1个不施肥对照处理[(CK)]，采用完全随机区组设计共15个处理(见表1)，每个处理3次重复，小区规格为2 m×5 m，小区间距为1.0 m。2020年5月初植物返青后进行野外施肥试验，微生物菌肥施用前，以1∶200倍的清水稀释后搅拌5～10 min，随后以不同施用量喷施于地表，有机肥按不同施用量均匀撒于地表。

表1 各处理施肥试验设计

1.3 样品采集与测定方法

植物生长末期(2020年9月初)，在每个试验小区供试植物根际周边随机采集0～30 cm土壤样品，每小区3次重复。土样采集后过2 mm土壤分析筛，4℃冰箱保存备用。

土壤中过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法测定；土壤中蔗糖酶活性采用二硝基水杨酸比色法测定；土壤中脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定[17]。土壤的理化性质采用常规的农化分析方法[18]测定，其中：土壤的pH值采用pH酸度计电位法(水∶土=1∶1)测定；土壤中有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；土壤中全氮含量采用半微量凯氏蒸馏法测定；土壤中全磷含量采用NaOH熔融—钼锑抗比色法测定；土壤中全钾含量采用NaOH熔融火焰光度法测定；土壤中碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤中速效磷含量、速效钾含量采用NaHCO3浸提钼锑抗比色法和NH4Ac浸提火焰光度法测定，土壤中全盐含量采用烘干质量法测定。

1.4 土壤质量评价

本文采用灰色关联度法分析评价不同施肥水平的土壤养分状况[19-20]，土壤质量评价指标以k表示。灰色关联度分析包括以下3个步骤：

(1) 参考数列确定。设参考指标数列X0和被评价对象数列Xi为

X0=(X0(1)，X0(2)，…，X0(k))

(1)

Xi=(Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(k)) (i=1，2，…，n)

(2)

由于各项指标的单位各不相同，需采用归一化方法对原始数据进行处理，通过归一化处理使所有数据在0～1的范围内。正向指标的处理方法为Xi(k)=Xi(k)/X0(k)；逆向指标的处理方法为Xi(k)=1-(Xi(k)/X0(k))(其中，Xi(k)为参评指标实际值，i=1，2，…，n；X0(k)为参考数列值)。

(2) 关联系数的计算。设X0为参考数列，Xi为比较数列，先求比较数列Xi和参考数列X0各对应点的绝对值，其计算公式为

△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|

(3)

然后找出二级最大差与二级最小差，计算出关联系数，其计算公式为

Li(k)=(△min+ρ△max)/(△i(k)+ρ△max)

(4)

式中：Li(k)为比较数列Xi对参考数列X0在k时刻的关联系数，即第k个时刻比较曲线Xi与参考曲线X0的相对值；△i(k)为k时刻参考序列X0与比较序列Xi的绝对差；△min为计算中序列在各个时刻绝对差中的最小值；△max为计算中序列在各个时刻绝对差中的最大值；ρ为取值范围在[0，1]之间的分辨系数，分辨系数为定性分析的人为系数，实际是人为给定的，主要用来削弱△max值过大而失真的影响，提高关联系数之间的差异显著性，本文中ρ取值为0.5。

(3) 灰色关联度的计算。灰色关联度的计算公式为

(5)

式中:ri为灰色关联度;Li(k)为关联系数。

为了更客观、真实地计算各指标的重要性，本文引入变异系数法来计算指标的权重Wi，其计算公式为:

Wi=ri/∑ri

(6)

从而可计算得到灰色综合评判值G(k)：

G(k)=∑Li(k)Wi

(7)

不同施肥处理各指标的差异性采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，指标之间的关联系数、灰色综合评判值等采用Microsoft Excel 2016软件进行统计。

2 结果与分析

2.1 施肥对尾矿库土壤中酶活性的影响

不同施肥处理下尾矿库土壤中酶活性的测定结果，见表2。

由表2可知：不施肥的对照处理组(CK)土壤中过氧化氢酶活性为0.516 mL/g，施肥后各处理组土壤中过氧化氢酶活性均高于CK组，其中L2S3、L3S3组土壤中过氧化氢酶活性最高，分别为0.611 mL/g、0.579 mL/g，各施肥处理组中只有L2S3、L3S3组与CK组之间的土壤中过氧化氢酶活性变化差异达到显著性水平(p<0.05)，说明单独施用微生物菌肥或有机肥、微生物菌肥与有机肥配合施用施肥量较低时均对土壤中过氧化氢酶活性的影响不明显；不同施肥处理下土壤中蔗糖酶活性的变化较大，CK组土壤中蔗糖酶活性为2.322 mg/g，施肥处理后土壤中蔗糖酶活性的变化范围在2.697～2.387 mg/g之间，不同施肥处理组土壤中蔗糖酶活性由高到低的顺序表现为L3S3>L2S3>L3S2>L1S3>L3S1>L2S1>L2S2>L1S2>S3>S2>L3>L1S1>L2>S1>L1>CK，有机肥与微生物菌肥配合施用的土壤中蔗糖酶活性与CK组之间的差异达到显著水平(p<0.05)，表明配合施肥更有利于增加土壤中蔗糖酶活性；各施肥处理后土壤中脲酶活性的平均值为1.396 mg/g，CK组土壤中脲酶活性为0.712 mg/g，各施肥处理组与CK组之间的土壤中脲酶活性变化差异均达到显著性水平(p<0.05)，说明施肥处理明显提高了土壤中脲酶活性，并且单独施用一种肥料或两种肥料的配合施用对土壤中脲酶活性均有明显的影响，L3S3组土壤中脲酶活性最高(1.504 mg/ g)，其次为L3S2组(1.49 mg/g)，这两个处理组与其他施肥处理组之间的土壤中脲酶活性变化差异均达到显著性水平(p<0.05)。

表2 不同施肥处理下尾矿库土壤中酶活性的测定结果

2.2 施肥对土壤中主要养分和pH值的影响

不同施肥处理下土壤中主要养分和pH值的变化，见图1。

由图1可见：金属矿山尾矿库土壤的酸碱度处于较高水平，不施肥样地的土壤pH值达到9.27，施用微生物菌肥或有机肥能使土壤pH值降低，各施肥处理组与CK组之间的土壤pH值变化差异均达到显著性水平(p<0.05)，但各施肥处理组土壤的pH值均在8.5以上，尾矿库土壤呈强碱性[见图1(i)];各施肥处理组土壤中全盐含量的变化在0.30%～0.55 %之间，土壤表层盐分含量偏高，施肥处理对土壤中全盐含量的影响不明显[见图1(h)]；金属矿山尾矿库原状土壤中有机质含量仅为2.71 g/kg，明显低于苏尼特右旗草原土壤中有机质平均含量(9.92 g/kg)[21]，各施肥处理组土壤中有机质含量均有不同程度增加，对比分析施用的两种肥料，有机肥处理土壤中平均有机质含量比施用微生物菌肥高35.1%，且L1S3、L2S2、L2S3组土壤中有机质含量要显著高于其他施肥处理组(p<0.05)，说明施用有机肥可以补充土壤中有机质[见图1(g)]；金属矿山尾矿库原状土壤中氮元素含量明显偏低，土壤中全氮、速效氮含量分别为0.112 g/kg、13.150 mg/kg，施肥处理后土壤中全氮和速效氮含量增加，平均值达到0.317 g/kg、55.075 mg/kg，说明施肥对土壤中氮元素的积累影响较明显，经方差显著性分析，微生物菌肥和有机肥配合施用后土壤中全氮和速效氮含量要显著高于单独施用微生物菌肥或有机肥(p<0.05)[见图1(a)、图1(d)]；与CK组相比，施肥处理后土壤中全磷含量未表现出明显的增加，各施肥处理组之间土壤中全磷含量也没有明显的变化规律，说明施肥对土壤中全磷的影响较小，但施肥能明显提高土壤中速效磷的含量，经方差显著性检验，各施肥处理组土壤中速效磷含量显著高于CK组(p<0.05)，各施肥处理组之间土壤中速效磷含量也有明显的差异，单独施用有机肥的土壤中速效磷含量明显低于单独施用微生物菌肥的土壤，配合施肥中L3S2、L3S3组土壤中速效磷含量要显著高于其他处理组(p<0.05)，说明配合施肥时采用较高的施用量能明显提高土壤中速效磷的水平[见图1(b)、图1(e)]；与CK组相比，各施肥处理组土壤中全钾含量未表现出明显的增加，各施肥处理组之间土壤中全钾含量也没有明显的变化规律，说明施肥对土壤中全钾的影响较小，但各施肥处理组土壤中速效钾含量明显高于CK组(p<0.05)，各施肥处理组之间土壤中速效钾含量没有明显的变化规律，说明施用微生物菌肥和有机肥均能提高土壤中速效钾的含量[见图1(c)、图1(f)]。

图1 不同施肥处理下土壤中主要养分和pH值的变化

2.3 尾矿库土壤质量评价

本文以土壤中过氧化氢酶活性(C1)、蔗糖酶活性(C2)、脲酶活性(C3)、全氮含量(C4)、全磷含量(C5)、全钾含量(C6)、速效氮含量(C7)、速效磷含量(C8)、速效钾含量(C9)、有机质含量(C10)、全盐含量(C11)和土壤pH值(C12)作为干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库土壤质量水平的评价指标。按照灰色理论将本研究所涉及的15种施肥方式作为一个灰色系统，每种施肥方式即为该系统中的一个因素。根据土壤质量目标，构造一个理想的施肥方式，其各项土壤主要肥力指标所构成的数列为参考数列，并选择各项土壤质量指标中的最优指标作为参考数列，分析所有参与施肥处理的各项土壤质量指标构成比较数列。由于各项土壤质量指标的量纲不同，首先对其进行归一化处理，经过归一化处理后的结果见表3。根据关联系数、灰色关联度计算公式，计算出经过归一化处理后各项土壤质量指标的关联系数(Li(k))、灰色关联度(ri)和综合评判值(G(k))，其结果见表4。

表3 土壤质量各项评价指标归一化处理结果

表4 不同施肥方式下土壤质量评价指标的关联系数(Li(k))、灰色关联度(ri)和综合评价值(G(k))

由表4可知：土壤质量各项评价指标的灰色关联度值ri大小顺序依次为脲酶活性(0.901)>全氮含量(0.819)>全磷含量(0.780)>速效磷含量(0.749)>速效氮含量(0.720)>有机质含量(0.716)>过氧化氢酶活性(0.713)>蔗糖酶活性(0.654)>速效钾含量(0.653)>全钾含量(0.642)>全盐含量(0.603)>土壤pH值(0.584)，这12个评价指标中，脲酶活性、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和速效氮含量5个评价指标与参考数列指标的关联度较大，说明土壤中脲酶活性和氮、磷元素含量对干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库土壤质量的影响更为重要；不同施肥方式的土壤质量灰色综合评判值G(k)表现为L1S3>L3S3>L2S3>L3S1>L2S2>L3S2>L1S2>L3>L2S1>L1S1>L2>L1>S3>S2>S1。灰色关联度与综合评判值反映了不同施肥方式后土壤肥力的变化，灰色关联度与综合评价值越大，反映这种施肥方式下的土壤质量越高，表4结果表明：施用微生物菌肥的土壤质量要优于施用有机肥；微生物菌肥与有机肥配合施用的土壤养分状况要优于单独施用菌肥或单独施用有机肥；15种施肥方式中，L1S3、L3S3、L2S3、L3S1、L2S2施肥处理组的土壤质量状况相对较好，说明适量的微生物菌肥和有机肥配合施用能有效提高土壤质量，改善土壤的养分状况。

3 讨 论

干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库的极端条件限制了动植物的正常生长，在尾矿库的早期生态修复中，一般的常规方法很难显现出明显的效果，改善尾矿库土壤环境和质量以保证植物正常生长发育是促进生态系统快速恢复的前提。微生物菌肥是一种对环境友好的新型生物肥料，具有无毒害、无污染、可调节土壤微生物群系、提高土壤质量、增强植物对养分的吸收等特点[22-23]。目前，国内外在利用微生物菌肥促进植物生长、减少环境污染等方面已有诸多研究成果，微生物菌肥改善土壤理化性质和生物学特性、加速土壤养分分解的作用机制也比较明确[24-27]。有机肥是富含有机质的原料经好氧微生物发酵后的产物，具有培肥、改良土壤的功效，施用有机肥是维持生态系统物质与能量平衡的重要措施[28]。对于自然环境、土壤条件都不适合生态恢复的草原矿区排土场、尾矿库等废弃地来说，通过施用微生物菌肥和有机肥来改善土壤结构、增加土壤有益微生物群落、提高土壤养分、降低土壤重金属污染、促进植被恢复与重建，已成为解决生态脆弱区矿山废弃地生态恢复初期植被建植困难、覆盖率偏低、水土流失严重等问题的有效方法之一。微生物菌肥施入土壤后增加了有益微生物数量，群体的协同作用将有利于增加有益酶活性[29]，本试验不同施肥处理后土壤中脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性都有不同程度的增加，这与Marcote等[30]、贺文员等[31]的研究结果相一致。通过对比分析不同施肥方式下土壤中有益酶活性，结果显示单独施用微生物菌肥、有机肥以及配合施肥土壤中脲酶活性均有明显增加，其中配合施肥更有利于提高土壤中蔗糖酶活性，与土壤中脲酶、蔗糖酶活性变化相比，施肥对土壤中过氧化氢酶活性的影响相对不明显。土壤中脲酶活性反映了土壤供氮的水平与能力，是决定土壤中氮转化的关键酶，已有研究表明土壤中总氮、无机氮、有机质含量与土壤中脲酶活性具有极显著的正相关关系[32]。金属矿山尾矿库原状土壤中氮元素含量较低，施肥后土壤中氮元素含量明显增加，施肥增加了土壤中的氮源，进而为土壤中脲酶的产生和活性的提高提供了物质基础。蔗糖酶主要参与碳水化合物的转化，试验施用的牛粪有机肥中含有大量的碳水化合物，为细菌、真菌和放线菌等微生物提供了丰富的碳源，而微生物菌肥提供了大量有益微生物菌群，因此配合施肥提高了土壤中蔗糖酶活性。贺文员等[31]研究了生物有机肥对水稻土壤中酶活性的影响，结果发现施用微生物菌肥对土壤中脲酶活性有促进作用；邵丽等[33]研究了玉米施用无机肥、有机无机复混肥、生物复混肥后土壤中酶活性的变化，结果发现生物复混肥处理可显著影响土壤中蔗糖酶和脲酶活性；孙瑞莲等[34]研究表明，玉米秸秆有利于提高土壤中转化酶活性，有机肥主要提高土壤中脲酶和磷酸酶活性，但长期施肥不能增强土壤中过氧化氢酶活性；邓欧平等[35]研究发现，猪粪还田处理能提高土壤中过氧化氢酶活性，秸秆和猪粪还田处理能提高土壤中蔗糖酶活性；陈娟丽等[36]研究了复合菌肥与化肥配施对高寒区土壤中酶活性的影响，结果发现不同比例配施处理后，土壤中脲酶、蔗糖酶、蛋白酶活性均增加，但施肥对土壤中过氧化氢酶活性的影响较小。不同施肥方式下土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性的变化存在差异主要与试验区土壤条件、气候环境、施用肥料成分、植物组成等因素激活或抑制不同土壤酶的活性有关，而不同土壤微生物种群在代谢等过程中释放的酶种类、数量也不同，土壤中添加微生物菌剂和有机肥势必会影响土壤中微生物种群，进而不同程度地改变了土壤中酶的活性[37]。因此，对于肥料成分、配施比例、施用方法等因素与土壤中微生物种群、土壤中酶的活性之间的相关关系研究还需要进一步深入。

有研究表明[38]，施用微生物菌肥能降低土壤pH值、电导率和全盐量，本研究中各施肥处理组土壤的pH值与不施肥处理组之间的土壤pH值变化差异明显，但土壤的pH值均在8.5以上，苏尼特右旗草原土壤的平均pH值为8.84[21]，施肥虽然降低了土壤的酸碱度，但并未改变土壤的强碱性。碱性土壤会抑制土壤中微生物的活动，不同程度地会降低土壤中养分的有效性，进而影响植物的生长发育，这也是草原金属矿废弃地植被恢复困难的原因之一。施肥措施对土壤中全盐含量的影响不明显，其原因可能是施用的有机肥本身无机矿物含量较高，施入土壤后盐分降低幅度不大[39]。根据本文试验结果，施肥对草原区金属矿山尾矿库土壤养分的改善有积极的作用，各施肥处理后土壤中有机质含量均增加，与施用微生物菌肥相比，施用有机肥更能有效补充土壤中的有机质。这是由于牛粪有机肥中有机质含量达20%、氮含量为0.34%～0.80%、五氧化二磷含量为0.16%、氧化钾含量为0.4%[40]，配合施肥主要利用了有机肥中丰富的有机质和大量的养分元素，从而弥补了微生物菌肥中有机质、有机酸及糖类等物质的不足。施肥明显提高了土壤中氮、磷、钾元素含量，尤其在金属矿山尾矿库比较贫瘠的土壤环境，施肥对于土壤中速效养分积累的影响要明显高于全效养分。这是由于有机肥中含有大量的有机物质、无机物质和有益微生物，微生物肥料的加入增加了土壤对肥料的利用率，而微生物肥料中的有益微生物在其生命活动中会产生大量的次生代谢产物有机酸，不断释放土壤中的迟效态氮磷钾，进一步提高了土壤养分的有效性。已有研究表明，施用微生物肥料可以增加土壤中速效养分和有机质含量等[24,40]。微生物肥料中的解磷解钾菌对土壤中难分解的一些矿物成分也能起到一定的溶解作用，游离的矿物元素更有利于植物的吸收[41]。施肥在一定程度上降低了土壤的pH值，有利于土壤中氮、磷、钾的有效转化，这也是施肥后土壤中速效养分含量增加的原因之一[42]。宋双双等[43]的研究结果表明，保水剂与微生物菌剂对土壤具有保氮释磷促钾效应，对土壤中速效氮、磷、钾含量具有显著的促进作用，可提高土壤中可供植物吸收利用的有效养分。

本研究采用灰色关联度法以土壤中3个有益酶活性(土壤氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶)和土壤9个化学性质指标(全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质、全盐含量、pH值)作为干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库不同施肥方式的土壤质量评价指标。从评价结果来看，土壤中脲酶活性和氮、磷元素含量对土壤质量的影响更明显，土壤中脲酶活性与土壤中微生物数量、全氮含量和全磷含量呈正相关关系，这是因为酶是一种专属性很强的水解酶，可以有效提高土壤中铵态氮的含量，促进植物吸收，反映土壤的氮素状况[28]。通过灰色关联度分析，结果表明：施用微生物菌肥的土壤质量要优于施用有机肥；配合施肥的土壤养分状况要优于单独施用某一种肥料；在配合施肥不同组合中，并非最大施用量作用下土壤质量最高，故在综合考虑施肥效果和经济效益的基础上，选择何种施肥方式还需进一步研究。

4 结 论

(1) 干旱半干旱草原区金属矿山尾矿库采用施肥措施能提高土壤中有益酶活性，配合施肥土壤中蔗糖酶活性明显高于不施肥处理土壤(p<0.05)，说明配合施肥更有利于提高土壤中蔗糖酶活性；各施肥处理组与不施肥组之间的土壤中脲酶活性变化差异均达到显著性水平(p<0.05)，单独施肥或配合施肥对土壤中脲酶活性都有积极的作用；施肥后土壤中过氧化氢酶活性高于不施肥处理土壤，与土壤中脲酶、蔗糖酶活性变化相比，施肥对土壤中过氧化氢酶活性的影响相对不明显。

(2) 金属矿山尾矿库土壤的酸碱度处于较高水平，施肥措施能降低土壤的pH值，但土壤的pH值仍在8.5以上，属强碱性土壤；尾矿库土壤表层盐分含量偏高，施肥措施对土壤全盐含量的影响不明显；各施肥处理土壤中有机质含量均有不同程度的增加，施用有机肥土壤中有机质平均含量比施用微生物菌肥高35.1%，表明有机肥比微生物菌肥更能有效补充土壤中的有机质。

(3) 金属矿山尾矿库原状土壤养分匮乏，土壤中氮、磷含量偏低，施肥能明显增加土壤中全氮和速效氮含量，配合施肥对土壤中氮元素的影响要显著高于单独施肥土壤；施肥对土壤中全磷、全钾的影响较小，但能明显提高土壤中速效磷和速效钾含量，施用微生物菌肥对土壤中速效磷含量的促进作用要高于有机肥，施用微生物菌肥和有机肥均能提高土壤中速效钾的含量。

(4) 采用灰色关联度法对金属矿山尾矿库土壤质量进行了评价，结果表明：土壤中脲酶活性、全氮含量、全磷含量、速效磷含量和速效氮含量5个评价指标与参考数列指标的关联度较大；L1S3、L3S3、L2S3、L3S1、L2S2施肥处理组土壤质量相对较好，表明配合施肥更能有效提高土壤质量，改善土壤的养分状况。