楊鑫光，李希來，金立群，孫華方

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016)

煤炭作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生產(chǎn)生活的重要能源之一，其開采和利用一直備受關(guān)注[1]，一方面能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，其開采過程中也導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題[2]，極大地改變開采區(qū)域的物理和生物自然狀況[3]，特別是露天開采，能夠引起植被破壞、土壤腐蝕、微生物群落的改變、水污染、生物多樣性的破壞等[4-5]。通常，礦山自然演替過程比較緩慢[6-7]，如果沒有恢復(fù)措施甚至?xí)?dǎo)致環(huán)境惡化[5]。通過人工建植能夠促進(jìn)礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)[2]，植被恢復(fù)能夠不同程度上引起土壤性質(zhì)的改變，隨著植被的恢復(fù)，植被覆蓋度變大，枯葉和根系腐殖質(zhì)在土壤中增加，土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量不斷積累，進(jìn)而使土壤結(jié)構(gòu)得到改善，土壤質(zhì)量提高[8]，土壤理化特征的改善對(duì)于景觀和土壤自身的成功恢復(fù)極其重要[9]。

植物-土壤的相互作用是生態(tài)恢復(fù)學(xué)的主要研究方向之一，明確植被恢復(fù)對(duì)土壤性質(zhì)的影響程度，對(duì)于合理設(shè)計(jì)人工恢復(fù)措施等意義重大。就生態(tài)恢復(fù)過程中土壤和植被組分的改變而言，恢復(fù)年限大小往往是主要的驅(qū)動(dòng)因素[10]。有關(guān)研究表明，不同恢復(fù)時(shí)間下，地上植被種類往往發(fā)生很大的變化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、含水量等均增加，pH值減少，土壤性質(zhì)得到逐步改良[11]。近年來，對(duì)煤礦復(fù)墾和人工建植后的土壤恢復(fù)研究大部分集中于低海拔平原區(qū)[12-15]，對(duì)于高寒礦區(qū)煤矸石山復(fù)綠后的土壤變化特征研究少見報(bào)道。高海拔高寒地區(qū)特殊的地理及氣候環(huán)境條件，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)周期短、生長(zhǎng)緩慢，人工建植條件下土壤恢復(fù)改良過程具有較大不確定性。本研究通過研究高寒礦區(qū)不同恢復(fù)年限下煤矸石山土壤變化特征及其相互關(guān)系，探討短期植被恢復(fù)條件下的土壤性質(zhì)改良程度，旨在為高寒礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

圖1 試驗(yàn)區(qū)地理位置Fig.1 The geographical position of the study area

青海省木里地區(qū)位于祁連山中東段大通河谷地的山地多年凍土分布區(qū)，區(qū)內(nèi)分布有木里煤礦、江倉(cāng)煤礦、熱水煤礦、聚乎更煤礦等大型煤礦，是青海省煤炭資源的集中分布區(qū)之一[16]。聚乎更礦區(qū)位于天峻縣木里鎮(zhèn)境內(nèi)，是木里煤田重要組成礦區(qū)，原煤儲(chǔ)量達(dá)到13.79億t左右，地處祁連與剛察兩縣交界處的大通河上游地帶。試驗(yàn)區(qū)地理位置見圖1，區(qū)內(nèi)分布大量高寒草甸，草甸下富含凍土，采礦帶來的生態(tài)問題如永久凍土破壞、草甸退化、河流污染等，一旦破壞難以恢復(fù)[17]。選取木里煤田聚乎更礦區(qū)五號(hào)井周邊排土場(chǎng)(2.84 km2)作為試驗(yàn)地，地理坐標(biāo)99°08′ E，38°06′ N，海拔4130 m，年平均氣溫-5.0 ℃左右，區(qū)內(nèi)自然條件艱苦，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被和土壤恢復(fù)難度大。不同恢復(fù)年限下的試驗(yàn)地人工建植過程中，土壤表層均覆蓋25 cm左右周邊土壤，以保持試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)一致。人工種植的草種主要有垂穗披堿草(Elymusnutans)、冷地早熟禾(Poacrymophila)、星星草(Puccinelliatenuiflora)，分別于種植當(dāng)年(種植時(shí)間分別為2012、2014、2016年)5月下旬將相同播種量、播種比例(2∶1∶1)的草種混合撒播于樣地，播量300 kg·hm-2，播后覆蓋無紡布。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

在試驗(yàn)地中，雖然不同恢復(fù)年限下的樣地坡度、坡向不盡一致，但是通過人工覆土保持了地表土壤性質(zhì)的統(tǒng)一，在最大程度上避免坡度、坡向造成的土壤理化性質(zhì)差異。2016年7月，選擇不同恢復(fù)年限下的樣地，人工建植時(shí)間分別為2012、2014、2016年，所對(duì)應(yīng)的恢復(fù)時(shí)間分別是恢復(fù)4、2、0年(由于試驗(yàn)區(qū)海拔高，氣候寒冷，人工種植草種6月左右才開始萌芽，經(jīng)過1個(gè)多月的生長(zhǎng)，植被對(duì)土壤質(zhì)量不會(huì)造成較大影響，基于此，將2016年即恢復(fù)當(dāng)年樣地視為未人工建植下的空白樣地作為對(duì)照)。每個(gè)不同恢復(fù)年限樣地分別隨機(jī)選擇4個(gè)1 m×1 m樣方，每個(gè)樣方分別測(cè)定總蓋度。同時(shí)，在每個(gè)樣方內(nèi)部及周邊隨機(jī)取5個(gè)10 cm土層土壤，混合一起作為1個(gè)土壤樣品。土壤樣品均去除雜質(zhì)(石塊和植物殘根等)，裝入封口袋帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定土壤養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量及pH值。其中，全氮(total nitrogen，TN)采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；全磷(total phosphorus，TP)采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀(total potassium，TK)采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測(cè)定；堿解氮(available nitrogen，AN)采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷(available phosphorus，AP)采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀(available potassium，AK)采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定；土壤pH值(pH)采用電極法(水土比2.5∶1)測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter，SOM)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[18]。植被蓋度(vegetation coverage，VC)測(cè)定用直接目測(cè)法，樣方內(nèi)垂直投影面積占樣方面積的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運(yùn)用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)年限下土壤氮含量變化特征

土壤中的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，而土壤堿解氮反映土壤短期內(nèi)氮素供應(yīng)情況。由圖2可以看出，人工建植當(dāng)年與2、4年相比，隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤全氮含量呈現(xiàn)出先上升、后下降的變化趨勢(shì)?；謴?fù)當(dāng)年土壤全氮含量為(4.04±0.04) g·kg-1，恢復(fù)2年后上升為(4.55±0.06) g·kg-1，恢復(fù)4年后又下降為(4.00±0.12) g·kg-1。雖然短期內(nèi)(2年內(nèi))土壤全氮含量有一定幅度的上升(P<0.05)，但較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)(4年內(nèi))土壤全氮含量與恢復(fù)當(dāng)年相比差異不顯著(P>0.05)，短期植被恢復(fù)條件下土壤全氮含量基本維持在4 g·kg-1的水平。可見，在高寒礦區(qū)，植被恢復(fù)過程對(duì)土壤全氮含量的影響在短期內(nèi)不會(huì)有明顯的變化。

人工建植當(dāng)年與2、4年相比，堿解氮含量差異顯著(P<0.05)。隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，堿解氮含量逐步下降，恢復(fù)當(dāng)年為(276.75±2.22) mg·kg-1，恢復(fù)2年后下降為(252.00±3.56) mg·kg-1，恢復(fù)4年后進(jìn)一步降低為(139.25±21.22) mg·kg-1。與對(duì)照相比，恢復(fù)2年和恢復(fù)4年土壤堿解氮含量分別下降了8.94%、49.68%。由以上分析可見，高寒礦區(qū)煤矸石山人工建植過程中，短期內(nèi)植被恢復(fù)對(duì)土壤堿解氮含量產(chǎn)生較大影響，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤堿解氮被植物根系吸收利用，引起含量的顯著下降。

2.2 不同植被恢復(fù)年限下土壤磷含量變化特征

磷是植物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，全磷是指土壤磷的總貯量，而土壤速效磷是能被植物直接吸收和利用的無機(jī)磷或者小分子有機(jī)磷。由圖3可以看出，人工建植當(dāng)年與2、4年相比，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤全磷含量呈增加趨勢(shì)?；謴?fù)當(dāng)年土壤全磷含量為(1.61±0.04) g·kg-1，恢復(fù)2年后為(1.64±0.06) g·kg-1，與恢復(fù)當(dāng)年相比，增加趨勢(shì)不太明顯(P>0.05)?；謴?fù)4年后土壤全磷含量增加為(1.89±0.13) g·kg-1，與恢復(fù)當(dāng)年相比增加了17.39%，表現(xiàn)為顯著增加(P<0.05)。短期植被恢復(fù)能夠促進(jìn)土壤全磷的積累，引起含量在一定程度上增加，對(duì)植被的后續(xù)生長(zhǎng)產(chǎn)生有利的影響。

短期植被恢復(fù)條件下，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤速效磷含量與全磷含量相比趨勢(shì)相反，速效磷含量顯著下降(P<0.05)?；謴?fù)當(dāng)年土壤速效磷含量為(43.33±2.45) mg·kg-1，恢復(fù)2年后下降為(20.95±1.37) mg·kg-1，恢復(fù)4年后進(jìn)一步降低為(14.70±2.92) mg·kg-1。與對(duì)照相比，恢復(fù)2年和恢復(fù)4年土壤速效磷含量分別下降了51.65%、66.07%?？梢?，高寒礦區(qū)煤矸石山人工建植過程中，植物的生長(zhǎng)對(duì)土壤速效磷含量造成了較大影響，植物根系吸收土壤速效磷在短期內(nèi)得不到補(bǔ)充，短期植被恢復(fù)條件下，土壤速效磷含量下降明顯。

圖2 不同恢復(fù)年限土壤氮含量變化特征Fig.2 Variation of soil nitrogen with different restoration years 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。Different small letters indicate significant differences at P<0.05， the same below.

圖3 不同恢復(fù)年限土壤磷含量變化特征 Fig.3 Variation of soil phosphorus with different restoration years

2.3 不同恢復(fù)年限下土壤鉀含量變化特征

土壤中鉀元素是植物生長(zhǎng)3大營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)植物生長(zhǎng)代謝的調(diào)節(jié)起著重要作用，全鉀是指土壤中各種形態(tài)的鉀含量，速效鉀是土壤鉀元素有效供應(yīng)的重要指標(biāo)。由圖4可以看出，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤全鉀含量逐步下降。恢復(fù)當(dāng)年土壤全鉀含量為(19.18±0.51) g·kg-1，恢復(fù)2年后下降為(17.39±0.08) g·kg-1，恢復(fù)4年后進(jìn)一步降低為(16.73±0.46) g·kg-1。與對(duì)照相比，恢復(fù)2年和恢復(fù)4年土壤全鉀含量分別下降了9.33%、12.77%，下降幅度不是太明顯，但差異性顯著(P<0.05)。這表明短期植被恢復(fù)條件下，植物生長(zhǎng)過程對(duì)全鉀含量造成了一定程度影響，但是影響幅度不是太大。

與土壤全鉀含量相比，土壤速效鉀含量下降幅度在恢復(fù)2年后就表現(xiàn)的比較明顯(P<0.05)，恢復(fù)當(dāng)年土壤速效鉀含量為(143.25±9.14) mg·kg-1，恢復(fù)2年和恢復(fù)4年后分別下降為(114.50±8.81) mg·kg-1、(116.50±18.28) mg·kg-1，與對(duì)照相比，恢復(fù)2年和恢復(fù)4年土壤速效鉀含量分別下降了20.07%、18.67%?？梢钥闯?，恢復(fù)2年后土壤速效鉀含量基本維持在一定水平，變化幅度不是太明顯。總體上來看，高寒礦區(qū)煤矸石山人工建植過程中，在短期植被恢復(fù)條件下，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤全鉀、速效鉀含量均表現(xiàn)為一定程度下降。

圖4 不同恢復(fù)年限土壤鉀含量變化特征Fig.4 Variation of soil potassium with different restoration years

2.4 不同恢復(fù)年限下土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值變化特征

土壤有機(jī)質(zhì)含量大小是判斷土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)和有效保障。由圖5可以看出，隨著人工建植時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.05)。恢復(fù)當(dāng)年土壤有機(jī)質(zhì)含量為(191.56±4.73) g·kg-1，恢復(fù)2年后增加為(206.73±4.22) g·kg-1，恢復(fù)4年后進(jìn)一步增加為(273.97±10.88) g·kg-1。與恢復(fù)當(dāng)年相比，恢復(fù)2和4年后土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了7.92%、43.02%，特別是恢復(fù)4年后土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅度上升，這與植物的連續(xù)生長(zhǎng)能夠富集更多的土壤有機(jī)物質(zhì)關(guān)系密切。

土壤pH值主要反映土壤的酸堿程度。本研究中，隨著人工建植時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤pH值增加趨勢(shì)明顯(P<0.05)?；謴?fù)當(dāng)年土壤pH值為(6.21±0.03)，恢復(fù)2年后增加為(6.50±0.07)，恢復(fù)4年后增加為(7.15±0.01)，土壤由酸性逐步向中性過渡，高寒礦區(qū)煤矸石山土壤性質(zhì)得到逐步改良。

圖5 不同恢復(fù)年限土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值變化特征 Fig.5 Variation of soil organic matter and soil pH value with different restoration years

2.5 不同恢復(fù)年限下植被蓋度變化特征

圖6 不同恢復(fù)年限植被蓋度變化特征 Fig.6 Variation of vegetation coverage with different restoration years

蓋度是反映植被群落結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要數(shù)量指標(biāo)，蓋度的大小與土壤、氣候等諸多環(huán)境因子密切相關(guān)，同時(shí)也受到人為因素、動(dòng)物活動(dòng)干擾等影響。在測(cè)定不同恢復(fù)年限下土壤化學(xué)性質(zhì)變化特征的同時(shí)，測(cè)定了相應(yīng)地上部分植被的總蓋度。從圖6中可以看出，隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，地上部分植被總蓋度略有下降，但是這一過程差異不顯著。人工建植2、4年后蓋度與恢復(fù)當(dāng)年蓋度相比變化不大，基本維持在76%左右水平。在環(huán)境因子基本相同以及沒有受到人為因素、動(dòng)物活動(dòng)干擾的背景下，高寒礦區(qū)煤矸石山人工建植混播群落數(shù)量短期內(nèi)能夠保持穩(wěn)定。

2.6 土壤各養(yǎng)分含量和蓋度之間的相關(guān)性分析

對(duì)不同恢復(fù)年限下土壤中的氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)、pH值以及地上部分植物總蓋度之間進(jìn)行相關(guān)性分析(表1)。從結(jié)果中可以看出，全氮含量與各指標(biāo)之間均無顯著相關(guān)(P>0.05)，全氮含量的變化沒有受到其他土壤指標(biāo)的影響。堿解氮含量與速效磷、全鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與全磷、有機(jī)質(zhì)含量及pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。全磷含量與有機(jī)質(zhì)含量、pH值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與速效磷、全鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與堿解氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。速效磷含量與堿解氮、全鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與有機(jī)質(zhì)、pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。全鉀含量與堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與全磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與有機(jī)質(zhì)、pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。速效鉀含量與速效磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與全鉀含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。有機(jī)質(zhì)含量與全磷含量、pH值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與堿解氮、速效磷、全鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。pH值與全磷、有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與堿解氮、速效磷、全鉀含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。植被總蓋度僅與pH值之間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與其他指標(biāo)之間均無顯著相關(guān)(P>0.05)。

總體上來看，高寒礦區(qū)煤矸石山短期植被恢復(fù)條件下，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，除全氮含量以外，土壤各元素含量之間均具有一定的相關(guān)性；短期內(nèi)地上部分植被總蓋度僅與土壤pH值之間具有一定的負(fù)相關(guān)性，而暫時(shí)沒有受到其他土壤化學(xué)指標(biāo)的影響。在混播群落中，由于土壤各元素含量大小與各物種間的蓋度不是相互獨(dú)立的，對(duì)于土壤養(yǎng)分含量與群落中各物種蓋度的相關(guān)性分析需要進(jìn)一步深入研究。

表1 不同恢復(fù)年限土壤各養(yǎng)分和蓋度之間的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between different soil nutrients and vegetation coverage with different restoration years

**表示P<0.01水平上顯著相關(guān)，*表示P<0.05水平上顯著相關(guān)，n=12。

** indicates the correlation is significant at the 0.01 level；* indicates the correlation is significant at the 0.05 level，n=12.

3 討論

3.1 不同恢復(fù)時(shí)間對(duì)土壤氮磷鉀含量的影響

土壤作為植物生長(zhǎng)的基質(zhì)，其養(yǎng)分含量是地形、氣候及生物因素等相互作用的結(jié)果[19]。在其他因素相對(duì)穩(wěn)定，特別是人工覆土后表層土壤性質(zhì)保持一致情況下，生物因素將作為主導(dǎo)因素影響土壤性質(zhì)的改變。在煤礦開采區(qū)開展人工建植能夠有效改善土壤性質(zhì)[10]，并且隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量會(huì)發(fā)生不同的變化規(guī)律。對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)露天煤礦人工建植20年后的土壤養(yǎng)分含量開展研究，相比于自然恢復(fù)，人工植被的重建加速了全氮、硝態(tài)氮的積累，但是并沒有改變土壤全磷、全鉀和銨態(tài)氮的含量[20]。在黃土高原區(qū)不同恢復(fù)年限下的露天煤礦土壤性質(zhì)研究中表明，不同土地利用類型土壤性質(zhì)變化不同，在耕地中恢復(fù)時(shí)間和全氮、全磷、速效磷含量呈正相關(guān)；在林地中全氮含量表現(xiàn)為相反的趨勢(shì)；在草地中全磷和恢復(fù)時(shí)間呈正相關(guān)，全鉀和速效鉀含量下降[9]，相似地區(qū)做進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，堿解氮含量顯著增加[13]。從本研究中可以看出，在高寒煤礦區(qū)，煤矸石山經(jīng)過4年多的短期恢復(fù)，土壤中的全氮含量變化不明顯，全磷含量略有增加，而全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的下降。土壤全氮含量未發(fā)生明顯改變，主要可能由于恢復(fù)時(shí)間較短，植被蓋度沒有明顯增加造成。土壤磷素含量主要受土壤母質(zhì)的影響，生物因素影響不大[21]，因此，土壤全磷含量雖有所增加，但是增幅不大。鉀在土壤中的流動(dòng)性強(qiáng)，植物對(duì)鉀的需求量也較大[22]，因此土壤全鉀含量逐步下降。堿解氮、速效磷、速效鉀含量的下降主要由于地上植物根系的吸收利用造成，高寒礦區(qū)溫度低，有機(jī)質(zhì)分解速度緩慢，地上植物對(duì)土壤速效養(yǎng)分的吸收利用得不到及時(shí)補(bǔ)充，導(dǎo)致土壤速效營(yíng)養(yǎng)成分下降明顯。為此，在高寒礦區(qū)人工建植過程中，需適時(shí)補(bǔ)充氮、磷、鉀等速效肥料，以滿足地上植被生長(zhǎng)的需要。

3.2 不同恢復(fù)時(shí)間對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、pH值的影響

土壤有機(jī)質(zhì)、pH值等指標(biāo)是影響土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素[23]。煤礦開采過程造成的植被破壞、土壤環(huán)境的改變等顯著地影響生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程。許多研究表明，隨著植被重建時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤有機(jī)質(zhì)(土壤有機(jī)碳)含量能夠顯著增加[6，13，24-25]。從本研究結(jié)果可以看出同樣的趨勢(shì)，并且恢復(fù)4年后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加幅度明顯，與恢復(fù)當(dāng)年相比增加了43.02%。土壤有機(jī)質(zhì)是植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)的源泉，是形成土壤結(jié)構(gòu)的重要因素之一，直接影響土壤的耐肥、保墑和緩沖性等[24]，土壤有機(jī)質(zhì)增加通常被認(rèn)為是土壤肥力增加的一個(gè)重要判斷依據(jù)。在高寒礦區(qū)煤矸石山人工建植后，由于氣候嚴(yán)寒，地上植被枯落物不斷積累，土壤有機(jī)質(zhì)分解緩慢，在短期內(nèi)引起了土壤有機(jī)質(zhì)的較大增加，提高了土壤肥力。雖然高寒礦區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)被分解轉(zhuǎn)化的過程較為緩慢，地上植被難以吸收有效成分并快速利用，但是減少土壤有機(jī)質(zhì)的損失、增強(qiáng)其儲(chǔ)存積累仍然被認(rèn)為是礦山生態(tài)恢復(fù)成功的一個(gè)重要標(biāo)志[26]。土壤 pH 值在生態(tài)恢復(fù)過程中扮演重要角色，通過調(diào)節(jié)植物營(yíng)養(yǎng)有效性，影響土壤微生物活性，改變土壤可溶性養(yǎng)分含量，引起土壤性質(zhì)的變化[9，27]，煤礦區(qū)植被恢復(fù)過程中，土壤 pH 值表現(xiàn)出上升[23]、下降[2，10]、沒有顯著變化[6]和無規(guī)律變化[28]等趨勢(shì)，在本研究中，土壤 pH 值隨著植被恢復(fù)年限的增加而增加，土壤由酸性逐步向中性過渡，以更好適應(yīng)植被恢復(fù)生長(zhǎng)。煤礦區(qū)植被恢復(fù)引起土壤 pH 值的變化，不同的植被類型往往差別很大[9，28]，但是，總體上朝有利于地上植被良好生長(zhǎng)的趨勢(shì)變化。

3.3 不同恢復(fù)時(shí)間對(duì)地上植被蓋度的影響

植被蓋度受自然條件、人類活動(dòng)、動(dòng)物采食等多種因素干擾發(fā)生變化。在其他因素相對(duì)穩(wěn)定情況下，隨著植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)蓋度逐步增加[29-30]，本研究結(jié)果與此不盡相同。青海木里煤田高寒礦區(qū)人工建植的地表是由大型機(jī)械耙機(jī)進(jìn)行處理，加大植被恢復(fù)播量(退化人工草地播量的10倍)，同時(shí)覆蓋無紡布以利于種子萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)，植被恢復(fù)當(dāng)年蓋度能夠達(dá)到81.25%，經(jīng)過4年多的短期恢復(fù)，植被蓋度并沒有明顯的增加。主要原因可能有2個(gè)方面，一方面由于人工建植時(shí)間較短，加之后續(xù)未開展播種、施肥及覆蓋無紡布等人工干預(yù)措施，使得植被蓋度沒有增加。同時(shí)，高寒礦區(qū)人工復(fù)綠植被自然更新過程困難，由于高寒低溫，人工復(fù)綠植被種子不能夠完全成熟，野外觀察結(jié)果來看，種子大部分不飽滿，同時(shí)，恢復(fù)4年植被中很少有植物幼苗存在，人工植被的自疏現(xiàn)象同樣不利于植被蓋度的增加。鑒于恢復(fù)植被自然成活率低的現(xiàn)狀，應(yīng)從植被恢復(fù)的翌年開始進(jìn)行補(bǔ)播、施肥及覆蓋無紡布等處理，改善土壤、溫度等環(huán)境條件，以加大高寒礦區(qū)人工復(fù)綠植被自我更新及恢復(fù)進(jìn)程。

3.4 不同恢復(fù)時(shí)間下的植被與土壤環(huán)境關(guān)系

隨著高寒礦區(qū)煤矸石山植被恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤除全氮含量以外，各元素含量之間均具有一定的相關(guān)性，表明高寒礦區(qū)植被恢復(fù)過程中，土壤各營(yíng)養(yǎng)元素之間的復(fù)雜關(guān)系。由于未考慮植被吸收而對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行研究，存在一定局限性[31]，下一步應(yīng)該從高寒礦區(qū)植物、土壤養(yǎng)分含量的交互協(xié)同作用等方面開展研究。植被總蓋度與土壤 pH 值之間負(fù)相關(guān)，表明植被對(duì)土壤 pH 值的調(diào)節(jié)作用在加強(qiáng)。

高寒礦區(qū)植被恢復(fù)過程復(fù)雜，短期內(nèi)土壤變化特征研究具有一定局限性。而較長(zhǎng)時(shí)間尺度下的土壤改良狀況、土壤和植物之間的營(yíng)養(yǎng)成分轉(zhuǎn)變過程、地上群落結(jié)構(gòu)變化特征等需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

1) 在高寒煤礦區(qū)，煤矸石山經(jīng)過人工建植后較短時(shí)間的恢復(fù)，土壤中的全氮含量變化不明顯，全磷含量略有增加，而全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均有不同程度的下降。因此，在高寒礦區(qū)人工建植過程中，需及時(shí)補(bǔ)充氮、磷、鉀速效肥料，以滿足地上植物生長(zhǎng)。

2) 高寒礦區(qū)煤矸石山經(jīng)過植被恢復(fù)后，土壤有機(jī)質(zhì)有較大幅度增加，提高了土壤肥力。土壤 pH 值隨著恢復(fù)年限的增加而增加，土壤由酸性逐步向中性過度，土壤性質(zhì)得到改良。高寒礦區(qū)植被恢復(fù)過程中，除全氮之外，絕大部分土壤營(yíng)養(yǎng)元素之間相關(guān)性顯著，植被總蓋度與土壤 pH 值之間呈負(fù)相關(guān)。

3) 高寒礦區(qū)植被恢復(fù)過程困難，短期內(nèi)植被總蓋度沒有得到增加。通過春季補(bǔ)播+施肥+覆蓋無紡布處理，以利于加快高寒礦區(qū)人工植被自我更新及恢復(fù)進(jìn)程。

致謝：在野外的調(diào)查中得到了青海省農(nóng)牧廳、木里煤田管理局、青海興青工貿(mào)工程集團(tuán)有限公司等單位領(lǐng)導(dǎo)和工作人員的大力支持，一并致謝。