寻乌县稀土尾矿区不同植被恢复措施对土壤硫酸铵消除效果研究

毛 俊

（樟树市生态林场保护中心，江西省樟树 331200）

1 寻乌县区域概况

研究区位于江西省寻乌县双茶亭废弃稀土矿区（E115°42′14″～115°44′12″,N 24°52′40″～24°54′17″），距离寻乌县城东南方12km；属亚热带季风气候区，年平均气温18.9℃，年均降雨量1650.3mm；雨季主要集中于4-6 月份，全年温暖湿润，雨量充沛。乔木以人工种植的小叶桉树（Eucalyptus grandis）为主，草本植物有宽叶雀稗（Paspalum wettstresnst）、狗尾草[Setaria viridis (L.) Beauv]、百喜草（Paspalum natatu）等。

2 样地选择及实验方法

2.1 样地的选择

本研究样地分为2009 年桉树种植林、2010 年桉树种植林、2010 年桉树毛竹混交林、毛竹林以及2～3年生的桉树林。由于2009 年的桉树林内枯枝落叶较厚，林间的灌木目前较少，故只在枯枝落叶下取点；另在自然生长植被的红壤区域选取一块样地作为空白对照。所有处理采样的土层厚度为0～20cm、20～40cm，每块样方面积均为10m×10m。

2.2 试验方法

2.2.1 pH 值测定。将土样与蒸馏水1∶2.5 完全混合后，搅拌过滤，得到滤液。将pH 计的探头用氯化钾润洗后擦干放入标准液中，校准pH 计度数，再将pH 计用蒸馏水润洗擦干，放入待测液中，待pH 计读数稳定后记录数据。

2.2.2 铵态氮的测定。土壤浸出液中铵在强碱性介质中与次氯酸盐和本酚作用，生成水溶性染料靛酚蓝，溶液的蓝色很稳定，在铵态氮浓度为0.05～0.5mg/L 范围内，其深浅与铵态氮含量成正比。

反应体系的pH 值应为10.5～11.7 硝普钠[硝基铁氰化钠,或称亚硝基酰基五氰基合铁（Ⅲ）酸钠]，Na2Fe(CN)5NO]是此反应的催化剂能加速显色，增强蓝色及其稳定性。在20℃左右室温时一般需放置1h 后比色，完全显色约需2～3h。生成的蓝色很稳定，24h 内吸收值无显著变化。比色时在625nm 处测量吸收值。待测液中如有干扰的金属离子，可用EDTA 等螯合剂掩蔽。

2.2.3 硫酸根离子的测定。选用EDTA 间接滴定法，先用过量的氯化钡将溶液中硫酸根沉淀完全，过量钡在pH10 时加钙镁混合指示剂，用EDTA 标准溶液滴定。

2.2.4 速效磷、速效钾的测定。采用TFC 土壤化肥速测仪测定。TFC 土壤化肥速测仪的原理与分光光度计类似，即根据比尔定律，当某单色光通过溶液时，其能量就会被吸收而减弱，光能量减弱程度和物质浓度有一定的比例关系。将取得的样品自然晾干后，根据TFC土壤化肥速测仪操作手册进行测定。

2.2.5 土壤自然含水率的测定。土壤含水量通常用烘干法测定。将采集的新鲜土样用环刀装好、称重，并且在105℃的恒温干燥箱中烘干8h，待自然冷却后称重，天平显示读数不变后记录数据。

试验的数据计算方式如下：

其中m1为湿土与环刀重，m2为烘干后的干土与环刀重，m3为环刀重量。

3 结果与分析

3.1 稀土尾矿区硫酸根离子的分布特征

3.1.1 不同土层下硫酸根离子的对比。在同一种植被下，对比不同土层之间硫酸根离子含量可以发现，0～20cm 土层比20～40cm 土层的含量更少。原因是在尾矿区采用硫酸铵提取稀土后土壤的粒径、容重、含水量等发生了变化，从而导致土壤蓄水能力减弱；土壤中物质通过下渗到达下层土壤，从而导致硫酸根离子聚集，使得下层土壤含量更多。

3.1.2 不同林地之间硫酸根离子含量变化。由表1 可以看出，不同的林地都能吸收消除一定量的硫酸根离子，但吸收量又不相同。其中，桉竹林对硫酸根离子吸收最为明显，土壤中的硫酸根离子含量已经接近正常水平。对比桉竹林、毛竹林和2009 年桉树林，可以发现单一桉树林或者毛竹林都没有桉树毛竹混交林吸收作用明显。但是桉树林又比毛竹林的作用明显，毛竹林具有一定的吸收作用，但效果不大。对比2009 年桉树林和10 年桉树林以及2～3 年生桉树林发现，2009 年桉树林土壤中的硫酸根含量最少，2010 年桉树林次之，2～3 年生含量最多，说明随着种植年限的增长，土壤中硫酸根离子含量越来越少。

表1 不同土层下SO42-的浓度 单位：g/kg

3.2 土壤中铵根离子的变化

由图1 可以看出，土壤中铵态氮含量最高的是裸地，也就是稀土尾矿裸露区域，其次是2～3 年生的桉树林，其余林地中铵态氮都有一定减少。从整体上来看，0～20cm 土层铵态氮含量要高于20～40cm 土层，对比桉树林、毛竹林和桉树毛竹混交林，都是土层20～40cm 铵根离子含量更低，这说明桉树、毛竹的越往下越发达，吸收生长所必备的元素氮更多，从而这一土层下铵根离子含量更低。

表2 不同树林下的NH4+的浓度 单位：mg/kg

裸露地区与2～3年生桉树林0～20cm下与20～40cm 铵根离子含量略少一点，原因在于土地裸露没有植被覆盖，裸露地区的含水量非常多，部分铵根离子挥发，从而造成这一现象。

对比不同时间段种植桉树林可以发现，时间越长，土壤中铵根离子越少，说明桉树对铵根离子的吸收是有效的。同时，2009 年桉树林的铵态氮含量少于正常红壤区的含量，说明2009 年桉树林铵态氮含量已经偏低，如不适当补充氮肥，可能会影响桉树林正常生长。

3.3 土壤中的pH 值

由表3 可知，土层0～20cm 比20～40cm 的pH 值更低。通常情况下，土壤中NH4+会发生水解，使得土壤变为酸性，在比较不同土层下NH4+的浓度时可以发现，0～20cm 的NH4+浓度比20～40cm 的更高，这与pH 值大小关系是吻合的。表明铵根离子浓度越高，pH 数值越小，土壤的酸性越强。

表3 不同林地下土壤的pH 值

3.4 速效磷、速效钾的含量分析

对比图2、3 可知，土壤中速效钾含量更高，裸地、红壤区桉树毛竹混交林的速效钾含量明显低于2009年、2010 年桉树林和2～3 年生桉树林，原因是桉树林中土壤的理化性质发生改变，减少了水土流失，增加了土壤中的养分含量。2009 年桉树林和2～3 年桉树林速效磷含量偏低，是2009 年桉树林枯枝落叶层较厚，土壤已经明显改良，桉树林的养分被植物吸收，含量较低。2～3 年桉树林含量较低，原因是桉树林改良土壤效果不明显，仍然存在水土流失。

3.5 土壤容重的测定及含水率分析

由图4 可知，不同林地土壤中含水率都比裸地的更高，说明土壤团粒之间孔隙更多，能够持有较多水分，也说明了土壤物理性质发生了改变，提高了土壤蓄水能力。此外，随着桉树林年限增长，土壤中含水量逐渐增多，含水量最高的是2009 年桉树林，其次是2010年桉树林，再是2～3 年生桉树林，含水量分别为16.89%、16.81%、14.97%，分别比裸地提高了3.52、3.44、1.60 个百分点。

由图4 可知，所有林地容重均小于裸地容重，这说明经过一段时间植被恢复治理，土壤中水分逐渐增多，使得土壤容重变小，也说明了植被根系深入到土壤中后，改变了土壤紧实程度，使土壤更为疏松。理论上，正常红壤区容重远小于裸地，然而红壤区容重与裸地容重大致相同，原因在于红壤区的取样点是在无植被覆盖情况下取得，这是本实验的不足之处。

3.6 桉树及其混交林对改善土壤的效果评价

在稀土尾矿区，土壤为砂质土，土质疏松，土壤中残留了大量硫酸铵，水土流失严重。通过分析土壤中硫酸铵的残留量与土壤容重含水量，综合分析桉树混交林对土壤的改良效果。

由表5 可知，红壤区也存在硫酸根离子，消除率是与裸地硫酸根离子相比较的（背景值0.089g/kg）。通过桉树林种植年限比较得知，时间越长，硫酸根离子消除量越多；除了红壤区，消除率最高是桉树毛竹林，原因在于桉树毛竹根系发达，毛竹在20～40cm 土层的根系特别多。对比桉树毛竹林和桉树林，桉树毛竹林的消除率更高，说明消除硫酸根离子可以选择种植深根系的植物。

表5 不同混交林对硫酸根离子的消除率 单位：%

对土壤pH、容重、自然含水率的研究发现，桉树林地随着时间增长，林地中铵根离子逐渐减少，pH 值增大，且土壤中物理性质已经发生了明显改变，土壤容重变小，含水量增多。

4 结论

4.1 桉树林对硫酸铵的消除影响

经过研究发现，土壤中硫酸根离子的20～40cm 土层含量更多，铵根离子含量在0～20cm 土层更多。桉树林对土壤中硫酸铵具有消除作用，且随着种植年限增长，桉树林硫酸铵越来越少。在桉树混交林中，桉树毛竹混交林的消除作用最大，因而在稀土尾矿区种植深根系植物可以有效地消除硫酸铵。

4.2 土壤中物理性质变化

与尾矿区裸露地块相比，土壤中自然含水率在不同林地中都得到了不同程度提高，容重均有一定下降，pH 值在0～20cm、20～40cm 的土层都上升了。从这3 个层面可以得出，土壤的团粒结构发生了改变，植被生长环境正在好转，且桉树林种植时间越长，土壤改良效果越明显。

综合结果表明，桉树以及桉树混交林对硫酸铵具有一定消除作用，土壤中自然含水量增加，容重减小、pH 值增大，速效磷和速效钾的分布不一，但整体表明，随着种植年限的变化，土壤已经得到了改良，能够生长铁芒萁这类植物，并且在尾矿区种植桉树、毛竹等深根系的植物，能够有效地减少硫酸铵的含量，增加土壤含水量。

（收稿：2022-01-27）