辽西半干旱地区不同树种造林对矸石废弃地土壤化学性质的影响

于海菁

（阜新市林业局，辽宁 阜新 123000）

煤矸石简称矸石，是在煤炭开采、洗选及加工过程中产生的与煤层伴生的各种含碳量低、坚硬的黑色或黑灰色岩石，属于煤矿的固体废弃物。在煤炭开采、洗选、加工过程中均会排出煤矸石，煤矸石不断堆积，形成矸石废弃地。废弃地的立地条件极为恶劣，由于缺乏土壤基本结构、养分贫瘠、极端酸碱性、重金属元素含量较高、种子库缺失等原因，植被的自然恢复是非常缓慢的。本文旨在通过对不同造林树种煤矸石废弃地土壤化学性质进行研究，得出造林树种对矸石土壤的化学性质的影响。

1 研究区概况

阜新市位于辽宁省西北部，地理坐标为120°00′10″—122°58′10″E，41°41′30″—42°50′26″N。气候属北温带半干旱大陆性季风型，气候特点为四季分明，雨热同季，日照充足，日温差较大，降雨集中。本区长年多风，且频率较高，年均风速3.2～4m·s－1，最大瞬时风速可达25m·s－1，6级以上大风日70.8d。年均气温7.6℃，有效积温（≥10℃）3 377～3 299℃，日照时数2 673～2 762h，年降水量300～500mm，大水面蒸发量1 554～1 800mm，无霜期154d。土壤以褐土、棕壤土、草甸土、风沙土为主。本区处在华北植物区系、蒙古植物区系和长白山植物区系交错地带，适宜生长的代表植物有杨树、柳树、油松、樟子松、刺槐、紫穗槐、荆条及经济树种大扁杏、山杏；沙地代表植物有家榆、胡枝子、百里香、差巴嘎蒿、卫矛、沙打旺、隐子草等。

2 研究方法

在废弃地不同位置挖土壤剖面，分别记录土层厚度、颜色、质地、结构、湿度、根系分布特征等，同时各样地分别选取10个采样点采集矸石风化物，取样层次为0～20cm（表层）和20～40cm（下层），每个样点设置3次重复，将3次重复的基质样去除植物根系，充分混匀并用四分法取大约1kg的土样带回实验室风干处理，以备测定土壤理化性质之用。

土壤化学分析项目为土壤有机质、全N、全P、全K、速效N、速效P和速效K，pH值，重金属元素等。具体分析方法为：

有机质：重铬酸钾－外加热法；

全N：重铬酸钾－硫酸消化法；

全P：碱熔－钼锑抗比色法；

全K：火焰光度法；

速效N：碱解扩散法；

速效P：碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法；

速效K：醋酸按－火焰光度计法；

pH值：电位法，使用pHS－3B型精密pH值计测定；

使用SPSS软件对试验数据进行处理分析。

3 结果与分析

研究不同植被根际土壤理化性质的变化规律，对于分析矸石废弃地人工植被恢复，进行矿山废弃地生态恢复与重建有着重要的意义。

3.1 Ⅰ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质分析

对Ⅰ类矸石废弃地人工林土壤化学性质差异性检验分析见表1。矸石风化物总体养分状况较差，特别是矸石风化样品的全氮与有效氮含量很低，土壤呈偏碱性，从各造林树种根际土壤养分状况来看，各个树种对于土壤的pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷都有改善作用，其中紫穗槐、锦鸡儿在改善全氮、全磷、速效氮、速效磷方面较其他树种差异性显著；白榆在改善全氮方面较显著，而对于速效钾影响不大，这是因为矸石废弃地本身速效钾养分含量处于较高值。

表1 Ⅰ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质差异性检验

3.2 Ⅱ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质分析

对Ⅱ类矸石废弃地人工林根际土壤化学性质差异性检验分析见表2。矸石风化物养分状况略有改善，各个树种对于土壤的pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷都具有较好的改善作用，其中白榆、刺槐对于速效氮改善差异性显著。紫穗槐、锦鸡儿在改善全氮、全磷、速效磷方面较其他树种差异性显著，紫穗槐、锦鸡儿在改善速效氮方面差异性极显著，白榆在改善全氮方面较显著。

表2 Ⅱ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质差异性检验

3.3 Ⅲ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质分析

对Ⅲ类矸石废弃地人工林根际土壤化学性质差异性检验分析见表3。矸石风化物总体养分状况较差，特别是矸石风化样品的全氮与有效氮含量仍很低，从各造林树种根际土壤养分状况来看，土壤较Ⅰ类碱性减弱，各个树种对于土壤的pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷都有改善作用，其中臭椿、火炬树在改善全氮、全磷、速效氮、速效磷方面较其他树种差异性显著，刺槐在改善全磷、速效氮方面较显著，而对于全氮、速效钾影响不大。

表3 Ⅲ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质差异性检验

3.4 Ⅳ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质分析

对Ⅳ类地区矸石废弃地人工林不同造林树种土壤化学性质差异性检验见表4。由于排矸年限较长，矸石风化物总体养分状况较之前3种类型已经有了很大程度的改观，土壤pH值中性偏酸，正在往有利于其他乔木树种生长的生境转变，各树种对养分的改良作用逐步体现。其中火炬树、刺槐、臭椿在改良土壤养分状况方面较之其他树种差异性显著，但各类型废弃地对速效K的差异性均不显著。

表4 Ⅳ类矸石废弃地不同造林树种根际土壤化学性质差异性检验

4 结论

4.1 在Ⅰ类矸石废弃地上，土壤pH值呈碱性，养分匮乏，各个树种对于土壤的pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷都有改善作用，其中紫穗槐、锦鸡儿在改善全氮、全磷、速效氮、速效磷方面较其他树种差异性显著，白榆在改善全氮方面较显著，而对于速效钾影响不大。

4.2 在Ⅱ类矸石废弃地上，各个树种对于土壤的pH值、全氮、全磷、速效氮、速效磷都具有较好的改善作用，其中白榆、刺槐对于速效氮改善作用差异性显著。紫穗槐、锦鸡儿在改善全氮、全磷、速效磷方面较其他树种差异性显著，紫穗槐、锦鸡儿在改善速效氮方面差异性极显著，白榆在改善全氮方面较显著。

4.3 在Ⅲ类矸石废弃地上，臭椿、火炬树在改善全氮、全磷、速效氮、速效磷方面较其他树种差异性显著，刺槐在改善全磷、速效氮方面较显著，而对于全氮、速效钾影响不大。

4.4 在Ⅳ类地区的矸石废弃地上，根际土壤pH值中性偏酸，正在往有利于其他乔木树种生长的生境转变，各树种对养分的改良作用逐步体现。其中火炬树、刺槐、臭椿在改良土壤养分状况方面较之其他树种差异性显著，但各类型废弃地对速效K的差异性均不显著。

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