祁连山区矿山废弃地土壤养分恢复效果评价

摘 要：祁连山区于2017年开始关停矿山并持续进行生态修复，为了解矿山废弃地土壤养分恢复效果并为其后续土壤治理及生态修复提供参考，分别选取煤矿、铜矿和砂石矿各1座，在各矿废弃地修复区和周边原地貌区分别设置样区，测定土壤养分指标，对比分析矿山废弃地修复区与周边原地貌土壤养分指标的差异。结果表明：1）祁连山区煤矿、铜矿、砂石矿周边原地貌区土壤养分状态优于废弃地修复区的，其中有机质、全钾等养分含量差异显著；2）煤矿废弃地修复区土壤养分状态优于铜矿和砂石矿废弃地修复区的，其原因可能与生态修复中的人工林树种组成不同有关；3）研究区0～20cm土层的土壤有机质、全氮等养分含量普遍高于20～40 cm土层的，存在“表聚现象”；4）在后续的植被恢复中，应根据局地地理、气候环境条件，因地制宜选择适宜修复区生长的乡土优势植物种并进行乔灌草合理配置，以提高生态修复效果。

关键词：矿山废弃地；土壤养分；生态修复；土壤治理；评价；祁连山区

中图分类号：X171.4；X825 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2025.02.018

引用格式：裴佐海，谭岷山，蔡海珍，等.祁连山区矿山废弃地土壤养分恢复效果评价[J].人民黄河，2025，47（2）：119-123.

基金项目：甘肃省水利科学试验研究及技术推广计划项目（甘水建管发〔2024〕78号-24GSLK001，甘水建管发〔2023〕67号-10，甘水建管发〔2022〕59号-7，甘水科外发〔2018〕70号-28）

EvaluationonofSoilNutrientRestorationEffectin AbandonedMiningLandinQilianMountains

PEIZuohai1，2，TANMinshan1，2，CAIHaizhen1，2，YANGJingwen1，2，LIJing1，2

（1.GansuInstituteofSoilandWaterConservationSciences，Lanzhou730000，China；2.GansuSoilandWaterConservationEngineeringResearchCenter，Lanzhou730000，China）

Abstract：TheQilianMountainareabegantoshutdownminesin2017andcontinuedecologicalrestoration.Inordertounderstandtheeffect ofsoilnutrientrestorationinabandonedmininglandandprovidereferenceforitssubsequentsoilmanagementandecologicalrestoration，one coalmine，onecoppermineandonegravelminewereselectedrespectively，andasampleareawassetupintherestorationareaofeacha？ bandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapearearespectivelytodeterminethesoilnutrientindexes，andcompareandana？ lyzethedifferencebetweensoilnutrientindexesoftherestorationareaofabandonedmininglandandthesurroundingoriginallandscapesoil. Theresultsshowthata）thesoilnutrientstatusoftheoriginallandscapearoundthecoal，copperandgravelminesinQilianMountainareais betterthanthatoftherestorationareaoftheabandonedland，inwhichthedifferenceinthenutrientcontentsoforganicmatterandtotalpotas？ siumissignificant；b）thesoilnutrientstatusoftherestorationareaofabandonedmininglandisbetterthanthatoftherestorationareaofa？ bandonedcopperandgravelminingland，thereasonmayberelatedtothedifferenttreespeciescompositioninartificialforestsduringecolog？ icalrestoration；c）thesoilorganicmatter，totalnitrogenandothernutrientsinthe0-20cmsoillayeraregenerallyhigherthanthoseinthe 20-40cmsoillayerinthestudyarea，andthereisthe“phenomenonofsurfaceaggregation”；d）inthesubsequentvegetationrestoration，n？ ativedominantplantspeciessuitableforgrowthintherestorationareashouldbeselectedaccordingtothelocalgeographicandclimaticenvi？ ronmentalconditions，andtree，shrubandgrassshouldbereasonablyallocatedtoimprovetheecologicalrestorationeffect.

Keywords：abandonedminingland；soilnutrient；ecologicalrestoration；soilmanagement；evaluation；QilianMountain

0 引言

矿产资源是经济社会发展的重要基础，但矿产资源开采过程中会产生大量的废弃地，导致土壤理化性质改变、肥力下降、植被减少、生态功能退化[1-3]。对矿山废弃地进行生态修复，实质上就是重建生态系统，而植被恢复是修复受损生态系统的重要手段[4-6]。土壤养分和肥力质量直接影响植物生长状况，是决定植被恢复的重要因子[7-9]。因此，改良土壤理化性质和肥力状况是矿山废弃地生态修复的重要目标[10-11]，分析土壤理化性质有助于掌握矿区土壤肥力恢复状况、有针对性地采取生态修复措施。

祁连山地处青藏高原、内蒙古高原、黄土高原的交汇地带，是我国西部重要的生态屏障。祁连山素有“万宝山”之称，矿产资源十分丰富。长期以来大规模的采矿活动，导致祁连山区局部植被遭受严重破坏、水土流失加剧，生态环境问题十分突出[12-13]。为了恢复祁连山区生态环境，2017年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《祁连山国家公园体制试点方案》以来，祁连山区关停矿山并持续进行生态修复。为了解祁连山区矿山废弃地土壤养分恢复效果，本研究在祁连山北麓按矿种类型选取煤矿、铜矿、砂石矿各1座，对比分析矿山废弃地修复区与周边原地貌土壤养分的差异，以期为该地区矿山废弃地的后续土壤治理及生态修复提供参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于肃南裕固族自治县境内，地势南高北低、西高东低，海拔1327～5564m，属温差大、四季分明的大陆性气候区，全年日照时数为2200～3100h，年平均气温8.0～16.7℃，年降水量66～600mm，年无霜期50～140d，年太阳辐射总量5600～6500MJ/cm2。所选废弃矿山均始建于20世纪90年代，从 2017年开始进行生态修复治理，采取的主要治理措施有回填废弃采矿坑洞、清理废弃渣堆、拆除建筑物及废弃设施设备、平整场地、修筑挡土墙和截排水工程、覆土植树种草（覆土厚度为30cm左右，3座矿覆土均来自同一取土场，植被恢复树种大都为云杉、个别区域为云杉与刺柏混交，株行距1.5m×2.0m）、围栏封育等。

1.2 样地设置及土壤取样

2021年5月，在各矿废弃地修复区和周边未遭受采矿扰动破坏的原地貌区域按照海拔、坡度、坡向等基本一致的原则分别设置样地（煤矿、铜矿、砂石矿废弃地修复区样地分别用M、T、S表示，相应的原地貌区域对照样地分别用M-CK、T-CK、S-CK表示），各样地基本情况见表1。在尺寸为20m×20m标准样地内，按S形线路布设5个样点，分别采集各样点0～20cm土层和20～40cm土层的土壤样品（每个样点重复采样3个）。对采集的土壤样品去除表层附着物，置于样品袋内、编号、登记后带回实验室，捡出动植物残留物、枯落物及砾石，风干研磨，用于测定土壤指标。

1.3 土壤养分指标测定与处理方法

pH值，按照《土壤检测第2部分：土壤pH的测定》（NY/T1121.2—2006）采用电位法测定；有机质含量，按照《土壤有机质测定法》（NY/T85—1988）采用重铬酸钾氧化法测定；速效钾含量，按照《森林土壤钾的测定》（LY/T1234—2015）采用原子吸收分光光度法测定；水解性氮含量，按照《森林土壤氮的测定》（LY/T1228—2015）采用碱解扩散法测定；有效磷含量，按照《土壤检测第7部分：土壤有效磷的测定》（NY/T1121.7—2014）采用钼锑抗比色法测定；全氮含量，按照《土壤全氮测定方法》（NY/T53—1987）采用半微量开氏法测定；总磷含量，按照《土壤总磷的测定碱熔-钼锑抗分光光度法》（HJ632—2011）测定；全钾含量，按照《土壤全钾测定法》（NY/T87—1988）采用原子吸收分光光度法测定。

采用MicrosoftExcel2010进行数据统计处理，采用SPSS21.0进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 煤矿废弃地土壤养分测定结果分析

由表2可知：1）从不同样地看，煤矿周边原地貌区各层土壤的大部分养分含量高于废弃地修复区的。植被调查时发现，煤矿周边原地貌区植被类型较丰富，生长有云杉天然林和多种灌草植物，腐殖质层较厚，这可能是其土壤有机质含量等指标高于废弃地修复区的主要原因。2）从同一样地不同土层看，废弃地修复区0～20cm土层的土壤养分含量大都高于20～40cm土层的，其中总磷和全钾含量显著高于20～40cm土层的，而原地貌区0～20cm土层和20～40cm土层土壤养分各指标均无显著差异，这表明废弃地在修复初期植被生长年限较短、根系尚不发达、凋落物积累量有限，其提供的养分多聚集于浅层土壤，对深层土壤的影响有限。

2.2 铜矿废弃地土壤养分测定结果分析

由表3可知：1）从不同样地看，铜矿废弃地修复区和周边原地貌区土壤养分含量指标中，除全氮含量外，周边原地貌区各层土壤的其他指标均高于修复区的，其主要原因是植被的差异导致土壤养分积累存在一定差异，且修复区植被生长年限较短、尚未有效提升客土土壤肥力。2）从同一样地不同土层看，废弃地修复区0～20cm土层的土壤养分含量各项指标均高于20～40cm土层的，而原地貌区不同土层的土壤养分含量指标无明显差异。

2.3 砂石矿废弃地土壤养分测定结果分析

由表4可知：1）从不同样地看，砂石矿周边原地貌区各土层的绝大部分土壤养分含量指标高于废弃地修复区的，其中有机质、有效磷和全钾含量显著高于修复区的。2）从同一样地不同土层看，修复区0～20cm土层的土壤速效钾、有效磷、全氮和全钾含量高于20～ 40cm土层的，而20～40cm土层土壤的有机质、水解性氮和总磷含量高于0～20cm土层的；原地貌区0～20cm土层的土壤有机质、速效钾、水解性氮和总磷含量高于20～40cm土层的，而20～40cm土层的土壤有效磷含量高于0～20cm的。

2.4 矿山废弃地土壤养分主成分分析评价

由上述3类矿区废弃地修复区及周边原地貌区土壤养分测定结果可知，3类矿区废弃地之间、各类矿区废弃地修复区与周边原地貌区之间各项土壤养分指标均存在一定差异。为分析造成差异的原因，对土壤养分指标进行主成分分析，按对总方差累计贡献率大于80%确定了4个主成分（见表5）。各指标在4个主成分的载荷见表6，其中：对主成分1影响较大（即载荷绝对值大于0.5）的指标有pH值及有机质、水解性氮、有效磷、全氮、全钾含量，对主成分2影响较大的指标有pH值和速效钾含量，对主成分3影响较大的指标为总磷含量，对主成分4影响较大的指标为水解性氮含量（其是主成分1和主成分4的公共决定因子）。

各样地4个主成分得分及综合评价指数见表7，用综合评价指数的大小反映土壤养分的优劣，各样地土壤养分优劣排序为煤矿原地貌区>砂石矿原地貌区>铜矿原地貌区>煤矿修复区>铜矿修复区>砂石矿修复区，表明3座废弃矿山周边原地貌区土壤养分状态优于废弃地修复区的、煤矿废弃地修复区土壤养分状态优于铜矿和砂石矿的。对比3座矿山废弃地修复区的植被类型，在废弃地修复措施基本一致且草本植物种类相似度较高的情况下，煤矿修复区人工栽植了云杉与刺柏混交林，而铜矿和砂石矿修复区人工栽植了云杉纯林，人工林树种组成不同或许是3类矿区废弃地修复区土壤养分存在差异的原因。

3 讨论

土壤修复是矿山废弃地生态修复的关键，直接影响植被恢复效果和植物群落的稳定性，而植被生长发育和群落演替可促进土壤肥力和理化性质的改善，二者是相互影响、相互作用的统一体[14-16]。上述矿山周边原地貌区和修复区土壤有机质、全氮等养分存在的“表聚现象”，与贺燕等[17-19]的研究结果一致。杨勤学等[20-21]的研究结果表明，选择适宜的植物种类进行植被恢复是重建矿山废弃地稳定生物群落的重要环节。在选择植物种类时，当地适生种（特别是优势种群）应作为植被重建或恢复的主要种类。本文研究的上述3座矿山废弃地修复区均选择了当地优势种云杉和乡土草种进行植被修复，且采取了相应的封育措施，使废弃地植被盖度、物种多样性和群落结构明显改善，但与周边原地貌相比仍存在较大差异。

朱小强等[22]的研究结果表明，油松纯林与松栎混交林的土壤养分存在明显差异，混交林因能够积累较多的有机质而更有利于改善土壤肥力；常旭等[23]的研究结果表明，与落叶松纯林相比，落叶松与白桦混交林的土壤理化性质明显改善；冯健等[24]的研究结果表明，与落叶松纯林相比，营造落叶松与水曲柳混交林更有利于提高土壤肥力。与纯林相比，适宜的乔灌草配置可提高植物群落的生物多样性，促进植被生长发育和群落演替，其凋落物组成、土壤微生物种类和数量更加丰富，更有利于改善土壤养分循环和土壤肥力。受地理位置和气候条件的影响，祁连山区植被类型具有明显的垂直带谱和群落特征[25]。本文研究的上述3座矿山废弃地虽均选用优势种群云杉进行复绿，但种植时未充分考虑局地地理环境，部分云杉栽植于阳坡上（而其通常自然分布于海拔2400～3200m的阴坡、半阴坡上），其长势较差；此外，未进行合理的混交及乔灌草配置，影响了复绿效果，进而影响废弃地土壤养分的积累和生态修复效果。因此，后续的植被恢复应充分考虑区域地理、气候条件等因素，因地制宜选择适应当地环境条件的优势种并合理配置乔灌草比例，避免盲目复绿。

4 结论

1）祁连山区煤矿、铜矿、砂石矿周边原地貌区土壤养分状态优于废弃地修复区的，其中有机质、全钾等养分含量差异显著。

2）煤矿废弃地修复区土壤养分状态优于铜矿和砂石矿废弃地修复区的，其原因可能与生态修复中的人工林树种组成不同有关。

3）研究区0～20cm土层的土壤有机质、全氮等养分含量普遍高于20～40cm土层的，存在“表聚现象”。

4）在后续的植被恢复中，应根据局地地理、气候环境条件，因地制宜选择适宜修复区生长的乡土优势植物种并进行乔灌草合理配置，以提高生态修复效果。

参考文献：

[1] 闫美芳，王璐，郝存忠，等.煤矿废弃地生态修复的土壤有机碳效应[J].生态学报，2019，39（5）：1838-1845.

[2] 郭鑫，高永，张超，等.不同植被恢复类型对煤炭物流园区废弃地土壤理化性质的影响[J].水土保持通报，2022，42（2）：67-73.

[3] 李艺，张海春，刘媛，等.泗顶矿区剖层土固氮微生物群落结构和丰度[J].中国环境科学，2022，42（4）：1819-1828.

[4] 董炜华，李晓强，宋扬.土壤动物在土壤有机质形成中的作用[J].土壤，2016，48（2）：211-218.

[5] 胡宜刚，张鹏，赵洋，等.植被配置对黑岱沟露天煤矿区土壤养分恢复的影响[J].草业科学，2015，32（10）：1561-1568.

[6] 卞正富，雷少刚，金丹，等.矿区土地修复的几个基本问题[J].煤炭学报，2018，43（1）：190-197.

[7] 姚文艺，王文彪，申震洲，等.砒砂岩区生态治理-生态衍生产业协同发展关键技术与模式[J].人民黄河，2024，46（5）：1-10.

[8] 孙琛梅，程冬冬，杨越超，等.土壤肥力质量与苹果生长、产量及品质关系的研究进展[J].中国土壤与肥料，2022（2）：207-215.

[9] HALER，REICHP，DANIELT，etal.ScalesthatMatter：GuidingEffectiveMonitoringofSoilPropertiesinRestored RiparianZones[J].Geoderma，2014（228-229）：173-181.

[10] 王亮，李瑞祥，王华.高寒地区生态护坡施工技术[J].人民黄河，2023，45（增刊2）：25-26.

[11] 刘帅，熊涛，孙浩，等.高原高寒木里矿区生态治理中土壤重构治理效果研究[J].中国煤炭地质，2021，33（11）：77-80，86.

[12] 丁文广，勾晓华，李育.祁连山生态绿皮书：祁连山生态系统发展报告[M].北京：社会科学文献出版社，2018：1-14.

[13] 刘娟.甘肃祁连山地区矿山遥感监测与生态恢复治理评价[D].兰州：西北师范大学，2020：1-4.

[14] 周华坤，赵新全，温军，等.黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征[J].草业学报，2012，21（5）：1-11.

[15] 濮阳雪华，王月玲，赵志杰，等.陕北黄土区不同植被恢复模式植被与土壤耦合关系研究[J].草业学报，2021，30（5）：13-24.

[16] 李中恺，李小雁，周沙，等.土壤-植被-水文耦合过程与机制研究进展[J].中国科学：地球科学，2022，52（11）：2105-2138.

[17] 贺燕.祁连山区中西部土壤质量及侵蚀特征研究[D].兰州：兰州大学，2020：15-38.

[18] 姜红梅，李明治，王亲，等.祁连山东段不同植被下土壤养分状况研究[J].水土保持研究，2011，18（5）：166-170.

[19] 马剑，刘贤德，李广，等.祁连山中段青海云杉林土壤肥力质量评价研究[J].干旱区地理，2019，42（6）：1368-1377.

[20] 杨勤学，赵冰清，郭东罡.中国北方露天煤矿区植被恢复研究进展[J].生态学杂志，2015，34（4）：1152-1157.

[21] 杨鑫光，李希来，王克宙，等.煤矸石山生态恢复的主要路径[J].生态学报，2022，42（19）：7740-7751.

[22] 朱小强，张亚雯，王英宏，等.秦岭山区油松纯林与松栎混交林下土壤养分状况分析[J].辽宁林业科技，2007（4）：33-34.

[23] 常旭，邱新彩，刘欣，等.塞罕坝华北落叶松纯林和混交林土壤肥力质量评价[J].北京林业大学学报，2021，43（8）：50-59.

[24] 冯健，王骞春，陆爱君，等.辽东山区落叶松-水曲柳混交林植物多样性和土壤特性研究[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2021，49（6）：27-37.

[25] 冯相艳，赵文智，蔺鹏飞，等.祁连山北坡主要木本植物功能性状及其海拔分异[J].生态学报，2022，42（23）：9726-9735.

【责任编辑 张智民】