黃土高原礦區(qū)復(fù)墾土地土壤監(jiān)測分析

陳海濱

(臨汾市水土保持監(jiān)督監(jiān)測總站，山西 臨汾041000)

黃土高原礦區(qū)復(fù)墾土地土壤監(jiān)測分析

陳海濱

(臨汾市水土保持監(jiān)督監(jiān)測總站，山西 臨汾041000)

復(fù)墾土地；重構(gòu)土壤；跟蹤監(jiān)測；土壤特性；黃土高原礦區(qū)

隨著煤礦開發(fā)活動的加劇，礦區(qū)水土流失問題日益突出，對采空沉陷區(qū)、排矸場、廢棄廠區(qū)等區(qū)域進(jìn)行土地復(fù)墾和生態(tài)重建意義重大。重構(gòu)土壤是保障生態(tài)重建的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，以山西省鄉(xiāng)寧縣毛則渠礦區(qū)復(fù)墾土地為研究對象，分別對其中的耕地、林地、草地進(jìn)行了3個周期的監(jiān)測，從土壤水分、土壤容重、全氮、全磷、全鉀等方面分析和討論了重構(gòu)土壤特性在監(jiān)測周期內(nèi)的變化。總體而言，隨著復(fù)墾時間的延長，土壤含水量會逐漸增加且高于原地貌水平，土壤容重逐年降低，土壤中有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的增加，全磷、全鉀、全氮含量呈上升趨勢。

黃土高原地區(qū)的煤炭資源非常豐富，這里擁有我國一多半的大型、特大型煤田。而黃土高原土質(zhì)疏松，氣候比較特殊，雨季集中，全年平均氣溫在6 ℃左右且極端天氣比較常見，生態(tài)環(huán)境脆弱。煤礦的開采使得黃土高原的地形地貌遭到大面積破壞，植被退化甚至消失，滑坡、泥石流等災(zāi)害發(fā)生頻繁。目前，人們已認(rèn)識到煤礦開采帶來的一系列負(fù)面影響，政府也正努力采取措施進(jìn)行治理，而黃土高原礦區(qū)土地復(fù)墾是治理工作的重中之重。

國外土地復(fù)墾強(qiáng)調(diào)的不僅是將損毀和壓占的土地恢復(fù)到可利用狀態(tài)，而且使復(fù)墾后礦區(qū)環(huán)境更優(yōu)于開采前，另外還非常重視不同階段復(fù)墾效果的評價和監(jiān)管。我國復(fù)墾土地的監(jiān)管、驗收還未形成全國統(tǒng)一、系統(tǒng)的監(jiān)測體系，但這項工作也一直在努力進(jìn)行中，且在不斷進(jìn)步中。目前，科研人員正根據(jù)土地復(fù)墾的過程管理和目標(biāo)控制原則，不斷探索礦區(qū)復(fù)墾土地監(jiān)測的具體指標(biāo)，期望早日形成監(jiān)測評價技術(shù)規(guī)范，從而達(dá)到提高復(fù)墾質(zhì)量、預(yù)防復(fù)墾土地退化的目的。

1 重構(gòu)土壤監(jiān)測方法和流程

根據(jù)以往的經(jīng)驗，重構(gòu)土壤監(jiān)測通常選取農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量、植被覆蓋度和植被健康狀況作為復(fù)墾土地重建監(jiān)測指標(biāo)。結(jié)合山西省鄉(xiāng)寧縣毛則渠礦區(qū)的情況，對礦區(qū)復(fù)墾土地(重構(gòu)時間大致在2006年前后)進(jìn)行3個周期的監(jiān)測，第一個監(jiān)測周期是2006—2008年，第二個是2009—2012年，第三個是2013—2015年。在重構(gòu)土壤區(qū)域內(nèi)設(shè)置了多個具有代表性的采樣點，采集重構(gòu)土壤中的含水量、全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)，同時重點分析和討論重構(gòu)土壤特性在3個監(jiān)測周期內(nèi)的變化情況。

具體的監(jiān)測流程為：①土壤樣品采集。結(jié)合礦區(qū)土地復(fù)墾現(xiàn)狀、復(fù)墾工程措施、植被配置模式和3個監(jiān)測周期所對應(yīng)復(fù)墾土地的空間位置，設(shè)置了120個采樣點，采樣截至2015年5月，詳細(xì)記錄、描述采樣點的實地坐標(biāo)和相關(guān)特征，每個樣點采集的表層土壤厚度為0～20 cm，重復(fù)3次， 5天內(nèi)完成所有采樣。②樣品測試。將土壤帶回實驗室后，進(jìn)行風(fēng)干、過濾，分析其相關(guān)土壤特性。土壤容重采用環(huán)刀法測量；田間持水量采用威爾科克斯法；有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱K2CrO7容量法；全磷采用NaOH熔鉬銻抗比色法；全氮采用半微量凱氏定氮法；全鉀采用NaOH溶解，火焰光度法。③重構(gòu)土壤特性監(jiān)測分析。運用SPSS軟件對重構(gòu)土壤的監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差監(jiān)測和方差分析，分析各個監(jiān)測周期內(nèi)土壤養(yǎng)分監(jiān)測指標(biāo)的差異性。

2 試驗區(qū)土壤狀況

毛則渠礦區(qū)地帶性土壤是當(dāng)?shù)胤植甲顝V的褐土，土壤剖面中黏化、鈣積明顯，鈣積層多出現(xiàn)在黏化層，黏化層較厚且硅鋁鐵率較低，土體中碳酸鈣分異明顯。由于地形切割破碎，水土流失嚴(yán)重，成土過程不連續(xù)，土壤發(fā)育較差，母質(zhì)特征較明顯。該區(qū)域土壤共同特點是質(zhì)地較粗，結(jié)構(gòu)不良，且有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的含量均較低，因此植物生長嚴(yán)重受限。梁峁、傾斜平地和河谷溝地，絕大多數(shù)為農(nóng)耕地，少數(shù)為林地和荒地。土壤侵蝕類型主要是水力侵蝕、重力侵蝕，侵蝕模數(shù)為6 250 t/(km2·a)。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從重構(gòu)土壤特性的基本描述來看，將各個監(jiān)測周期中的監(jiān)測指標(biāo)、原地貌的相應(yīng)指標(biāo)總體水平進(jìn)行K-S檢驗，結(jié)果顯著性水平都大于給定的0.05，符合正態(tài)分布。

連續(xù)幾個監(jiān)測周期內(nèi)，復(fù)墾耕地含水量、全磷、全鉀3個監(jiān)測指標(biāo)逐漸提高，第三個監(jiān)測周期的監(jiān)測值已經(jīng)優(yōu)于原地貌；有機(jī)質(zhì)、全氮兩個監(jiān)測指標(biāo)先降低后增加，但第三個監(jiān)測周期沒有達(dá)到原地貌的水平；隨著復(fù)墾時間的延長，土壤容重不斷降低，但離自然土壤容重還有一定差距，土壤容重偏大的原因可能是斜坡為土石混排，石礫含量高，用傳統(tǒng)方法測定的容重可能與實際情況有偏差。6個監(jiān)測指標(biāo)在3個監(jiān)測周期內(nèi)的變異系數(shù)基本高于原地貌，且第二個監(jiān)測周期的變異系數(shù)普遍高于第一和第三個監(jiān)測周期。通過LSD方差分析進(jìn)行多重比較(見表1)，發(fā)現(xiàn)3個監(jiān)測周期內(nèi)，只有土壤含水量有顯著性差異，其余皆不明顯。第三個監(jiān)測周期的土壤含水量明顯高于原地貌和第一、第二個監(jiān)測周期，其余監(jiān)測指標(biāo)沒有顯著差異。

表1 復(fù)墾耕地不同監(jiān)測周期土壤特性差異性分析

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著，下同。

復(fù)墾林地重構(gòu)土壤特性的多重比較分析見表2。3個監(jiān)測周期內(nèi)，復(fù)墾林地土壤含水量表現(xiàn)出顯著差異性，第三個監(jiān)測周期與第一、第二個監(jiān)測周期存在顯著性差異，其余監(jiān)測指標(biāo)無顯著性差異。隨著監(jiān)測周期的延長，容重逐漸降低，重構(gòu)土壤的物理性狀在一定程度上有所改善。土壤含水量、全氮、全磷、全鉀監(jiān)測指標(biāo)均有隨監(jiān)測周期遞增而逐漸提高的趨勢，說明復(fù)墾林地的土地質(zhì)量有較明顯的改善。

表2 復(fù)墾林地不同監(jiān)測周期土壤特性差異性分析

復(fù)墾草地重構(gòu)土壤特性的多重比較分析見表3。3個監(jiān)測周期內(nèi)，也只有土壤含水量表現(xiàn)出顯著性差異，第三個監(jiān)測周期與第一、第二個監(jiān)測周期差異顯著，其余監(jiān)測指標(biāo)無明顯差異。隨著監(jiān)測周期的增長，復(fù)墾草地的土壤容重有了明顯改善，第三個監(jiān)測周期的土壤容重已經(jīng)達(dá)到自然土壤的正常水平，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮監(jiān)測指標(biāo)有了明顯的提高，其余監(jiān)測指標(biāo)則在3個監(jiān)測周期內(nèi)出現(xiàn)了一定的波動。

表3 復(fù)墾草地不同監(jiān)測周期土壤特性差異性分析

4 結(jié) 語

總體而言，隨著復(fù)墾時間的延長，土壤含水量會逐步增加且高于原地貌水平，土壤容重逐年降低，復(fù)墾后土壤的物理特性有很大程度的改善，但是相同復(fù)墾年限的平臺與斜坡差異較大，這與斜坡和平臺不同的排土工藝形成背景存在密切聯(lián)系。因為平臺形成初期表層土壤被嚴(yán)重壓實，而邊坡相對比較疏松，同時斜坡還可能為土石混排，土壤中混有大量的煤矸石。同樣，隨著復(fù)墾時間的延長，土壤中有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的增加。在3個連續(xù)監(jiān)測周期內(nèi)，全磷、全氮、全鉀的含量總體呈上升趨勢，第三個監(jiān)測周期的結(jié)果均已高于原地貌。

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

國家自然科學(xué)基金項目(2009011041-1)

TD88

A

1000-0941(2015)12-0077-02

陳海濱(1973—)，男，山西臨汾市人，工程師，學(xué)士，主要從事水土保持監(jiān)測及研究工作。

2015-08-15