吳劍英

(長汀縣林業(yè)局，福建 龍巖 366300)

稀土礦開采過程中最重要的步驟是稀土資源提取(浸礦)。早期稀土提取工藝落后，使用“堆浸工藝”來開挖礦山，堆渣區(qū)砂土經(jīng)過溶礦試劑浸蝕，土壤結(jié)構(gòu)遭受破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)闆]有粘性、疏松的砂土，產(chǎn)生大量極易被雨水沖刷流失的不穩(wěn)定邊坡，呈現(xiàn)土壤侵蝕、沖溝、切溝等地貌特征，發(fā)生大量的崩塌、滑坡、泥石流等礦山次生地質(zhì)災(zāi)害，削減耕地面積，危害居民生命財(cái)產(chǎn)安全。福建省稀土礦廢棄地最突出的生態(tài)環(huán)境問題在于提取稀土離子的置換過程中采用了大量的硫酸銨等強(qiáng)電解質(zhì)溶液，稀土提出后，廢礦中殘留了大量的被土壤吸附的銨離子與游離狀的硫酸根離子，造成土壤酸性增強(qiáng)、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變差和板結(jié)硬化，引發(fā)植物毒害，制約礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)，造成水土流失區(qū)周圍生物多樣性的減少和生態(tài)平衡的失調(diào)[1-2]。在堆浸稀土的林地，一定時(shí)期內(nèi)土壤中的硫酸根離子濃度較高，特別是沉積在地表以下60～80 cm深處，當(dāng)深根系植物根系長到60 cm深時(shí)，因吸收的硫酸根在植物體內(nèi)累積量過大，會對植物造成毒害，輕則影響植物正常生長，重則造成植株死亡。另外，廢礦中也殘留了大量被土壤吸附的銨離子，造成土壤富營養(yǎng)化，影響植物生長。因此在堆浸池地塊，應(yīng)采用喬草模式，選擇耐酸耐水肥的喬木樹種，如千年桐、杜英、楓香等，草本植物如寬葉雀稗、百喜草、香根草、五節(jié)芒等[3]。本文以千年桐、楓香、杜英為研究對象，測定樹種生長情況和土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量，初步探究適宜稀土廢礦區(qū)堆浸土壤的造林樹種，以期更好地加快植被恢復(fù)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建省龍巖市長汀縣河田鎮(zhèn)窯下村鉤子坑山場，氣候?qū)賮啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，雨量充沛，冬冷無嚴(yán)寒，夏熱無酷暑，氣候溫暖，春夏多雨，秋冬少雨；年平均氣溫18.4 ℃，極端最高氣溫37.3 ℃，極端最低氣溫-2.9 ℃；平均終霜期在3月13日左右，無霜期300 d；多年平均降雨1 940.7 mm，多年平均風(fēng)速12.3 m/s。區(qū)域土壤為花崗巖發(fā)育形成的紅壤，土壤中粗晶粒砂粒含量高，pH值4.4～5.5，林地立地條件差，現(xiàn)有植被主要為零星分布的天然更新馬尾松幼樹。試驗(yàn)地選擇在山坡下部較平緩的丘陵山地原稀土堆浸廢礦區(qū)，面積10.8 hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年3月，在稀土堆浸廢礦區(qū)裸露地采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，分別設(shè)置種植千年桐(A1)、楓香(A2)、杜英(A3)的2年生帶土球苗，共3個(gè)處理，分析不同樹種的生長情況和林下植被恢復(fù)情況。設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)地，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地20 m×20 m。三個(gè)樹種均選擇地徑0.9 cm、高135 cm的壯苗，采用塊狀整地、挖明穴，穴規(guī)格60 cm×50 cm×40cm，株行距2.5 m×3.0 m，套種密度1 350株/hm2。種植時(shí)每穴施放硫酸鉀型復(fù)合肥0.25 kg做為基肥。栽植完成后對幼林連續(xù)進(jìn)行三年撫育和管護(hù)。造林當(dāng)年5月苗木定根后對新植喬木追肥1次，6月再追肥1次；造林第二年4—5月對新植喬木擴(kuò)穴松土1次，同時(shí)追肥1次，6月再追肥1次；造林第三年5月對新植喬木追肥1次，6月再追肥1次。2019年3月，在楊梅坑礦區(qū)，設(shè)置100 m2樣地2塊，分別種植1年生千年桐苗20株進(jìn)行植被修復(fù)。進(jìn)行2組施肥試驗(yàn)。地塊1施有機(jī)肥2.5 kg，地塊2施有機(jī)肥1kg，測試不同施肥量對千年桐生長的影響。

1.3 群落調(diào)查與多樣性分析方法

2020年12月調(diào)查不同試驗(yàn)處理的林分生長情況，包括地徑、樹高、冠幅、保存率、林下灌木和草本種類數(shù)量。在20 m×20 m的樣方內(nèi)布設(shè)5個(gè)5 m×5 m的小樣方，調(diào)查草灌的株數(shù)，叢生草以叢數(shù)代替。采用Margalef、Simpson指數(shù)分析群落多樣性[3-4]。

Margalef豐富度指數(shù)D=(S-1)/lnN

式中S是物種數(shù)，pi為第i種在群落中所占比例，ni為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)量，N為所有物種的個(gè)體總和。

1.4 土壤取樣與測定方法

在每一標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)按梅花型挖取3個(gè)土壤剖面，分別在每個(gè)土壤剖面采集0～5 cm的樣品1 kg，同一標(biāo)準(zhǔn)地的土樣按四分法混合均勻后取1 kg帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)風(fēng)干研磨后過2 mm孔徑的尼龍篩，用于土壤化學(xué)性質(zhì)分析，每個(gè)樣品重復(fù)3次。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定[3-4]；pH值采用電位法測定[3-4]；硫酸根離子采用重量法測定[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各樹種生長情況分析

2020年11月觀測各樹種保存率、地徑、高度、冠幅生長(表1)。對不同樹種的保存率進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示3個(gè)樹種間的平均保存率差異達(dá)極顯著水平，F(xiàn)(2，4)=21.637 1**，高于臨界值F0.01(2，4)=18.00。不同樹種中千年桐的平均地徑、樹高、冠幅和保存率均為最高，特別是地徑生長和保存率尤為突出，表現(xiàn)出很好的耐酸性、耐肥性，適應(yīng)性強(qiáng)。楓香和杜英的地徑、樹高、冠幅生長也較好，但保存率很低，均低于50%。地表寬葉雀稗適應(yīng)性強(qiáng)，當(dāng)年蓋度達(dá)到85%，能有效防止水土流失。

表1 不同鄉(xiāng)土闊葉樹種的生長狀況

2.2 千年桐施肥效果分析

2020年7月對不同施肥處理的千年桐生長情況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)處理1與處理2在地徑差異極顯著，冠幅差異顯著，樹高差異不顯著。處理1地塊的千年桐生長情況明顯優(yōu)于處理2(表2)。

表2 不同施肥處理油桐生長狀況差異

2.3 千年桐、楓香、杜英3樹種林下植物物種多樣性分析

通過營造鄉(xiāng)土闊葉樹，提高了稀土廢礦區(qū)地表覆蓋度，改善了林地土壤的水熱條件，促進(jìn)了先鋒植物的入侵，提高了林分的生物物種多樣性(表3)。多重比較結(jié)果表明不同套種模式下Margalef指數(shù)與Simpson指數(shù)均表現(xiàn)為A1>A3>A2>CK。但是，三種樹種造林模式下物種Margalef指數(shù)總體不高，原因可能是稀

表3 3種闊葉樹造林模式林下植物物種多樣性

土廢礦區(qū)土壤經(jīng)過浸提后，養(yǎng)分流失嚴(yán)重，砂礫含量太高，在短期植被恢復(fù)過程中土壤肥力恢復(fù)有限，導(dǎo)致地表植被的生長受到明顯抑制。

2.4 堆浸區(qū)修復(fù)前后土壤理化性質(zhì)分析

經(jīng)過植被修復(fù)2年后，堆浸區(qū)土壤酸度有所改善，pH由2018年的平均4.94提升為2020年的平均5.35(表4)。土壤營養(yǎng)物質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量由2.90 mg/kg提升為4.86 mg/kg，全氮提升0.21 mg/kg，速效鉀下降14.24 mg/kg。硫酸根離子濃度下降了0.09 g/kg，其中濃度較高的60 cm深度土層含量下降顯著。

3 小結(jié)與討論

堆浸區(qū)裸露地，在一定時(shí)期內(nèi)堆浸地的硫酸根離子濃度較高，應(yīng)采用喬草模式，選擇耐酸耐水肥的喬木樹種。研究結(jié)果表明，千年桐的平均地徑、樹高、冠幅和保存率均為最高，特別是地徑生長和保存率尤為突出，表現(xiàn)出很好的耐酸性和速生性。施肥試驗(yàn)表明，多施有機(jī)肥能夠大幅度提高千年桐生長量。草本植物寬葉雀稗適應(yīng)性強(qiáng)，當(dāng)年蓋度達(dá)到85%，能有效防止水土流失。堆浸區(qū)土壤酸度有所改善，有機(jī)物有所增加。總之，初步篩選出千年桐為稀土廢礦區(qū)堆浸區(qū)快速綠化喬木樹種，寬葉雀椑為適宜草種。在進(jìn)行礦區(qū)植被修復(fù)后，堆浸區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量增加，且各土層的硫酸根含量劇減，營養(yǎng)元素氮鉀含量上升，土壤性質(zhì)得到了明顯修復(fù)和改良，土壤污染基本得以治理。

表4 堆浸區(qū)修復(fù)前后土壤理化性質(zhì)測定