河北省主要鐵礦跡地復(fù)墾區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀調(diào)查分析

袁運(yùn)許，許永利，劉 碩，馬百衡，冀 廣，宋建偉，李小光

(1.河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，河北省地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050022；2.華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北省礦區(qū)生態(tài)修復(fù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063210)

礦產(chǎn)資源的開(kāi)采產(chǎn)生了大量的廢棄物，形成尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)、采坑等采礦跡地，造成了生態(tài)環(huán)境的破壞，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，占據(jù)大量土地的尾礦庫(kù)或排土場(chǎng)，造成揚(yáng)沙、潰壩等大氣、土壤等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題或安全隱患。因此，采礦跡地的植被恢復(fù)是礦山開(kāi)采后要解決的重要問(wèn)題。胡振琪與趙艷玲對(duì)于我國(guó)的生態(tài)恢復(fù)提出了三大要素：水、土、植物，圍繞三大要素的關(guān)鍵技術(shù)包括地貌重塑、土壤重構(gòu)和植被恢復(fù)。這三大要素之間相互作用、相互聯(lián)系[1]。植被恢復(fù)與土壤重構(gòu)兩者緊密聯(lián)系，植被恢復(fù)過(guò)程中會(huì)影響土壤的重構(gòu)。土壤有機(jī)質(zhì)和土壤速效鉀影響煤礦表層土壤重構(gòu)中的微生物的數(shù)量[2]。鐵礦廢棄地常常出現(xiàn)速效氮含量下降，但是速效磷和速效鉀含量較高的現(xiàn)象[3]。在鐵尾礦表面覆蓋蘑菇栽培基質(zhì)且覆蓋厚度為30 cm，以油松作為復(fù)墾植物的處理，復(fù)墾后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤pH值降低[4]。研究表明，砂鐵礦中采用半灌木+灌木+多年生草本+一年生草本混播后，土壤中有機(jī)質(zhì)含量最高，土壤細(xì)菌多樣性最高[5]。煤礦塌陷區(qū)復(fù)墾中，喬灌草復(fù)墾，增加了土壤有機(jī)碳與活性有機(jī)碳含量，且能較穩(wěn)定抵抗外界環(huán)境變化[6]。煤礦區(qū)復(fù)墾時(shí)，種植大豆、玉米幾年后發(fā)現(xiàn)施肥與輪作短期可以顯著提高煤礦區(qū)復(fù)墾土壤有機(jī)碳含量，且施用有機(jī)肥效果優(yōu)于單施化肥[7]。鋁礦區(qū)土地復(fù)墾后隨著復(fù)墾年限的增加，復(fù)墾土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷均呈逐年增加趨勢(shì)[8]?？梢?jiàn)，礦區(qū)植被恢復(fù)中，養(yǎng)分是非常重要的限制因子之一。

鐵礦是河北省的主要礦產(chǎn)資源，鐵礦開(kāi)采產(chǎn)生的尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)的復(fù)墾尤其重要。但是，鐵尾礦的養(yǎng)分含量極低，限制了鐵礦跡地的復(fù)墾。為了更好地規(guī)劃鐵礦跡地的復(fù)墾工作，對(duì)河北省主要鐵礦區(qū)域的復(fù)墾現(xiàn)狀尤其是養(yǎng)分現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，為鐵礦區(qū)植被生態(tài)恢復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 調(diào)查地點(diǎn)概況

河北省位于東經(jīng)113°04′至119°53′，北緯36°01′至42°37′之間，地勢(shì)西北高、東南低，由西北向東南傾斜。

調(diào)查地點(diǎn)：河北省內(nèi)主要鐵礦跡地。調(diào)查地點(diǎn)包括秦皇島、承德、唐山、張家口、保定、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲等8個(gè)地市的共計(jì)17個(gè)縣區(qū)的54個(gè)鐵礦區(qū)的采礦跡地。樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。調(diào)查位置包括礦區(qū)的排土場(chǎng)(邊坡和頂部平臺(tái))、尾礦庫(kù)(庫(kù)面和壩)、塌陷坑、原始地貌(鐵礦附近未開(kāi)采土地)等。

圖1 調(diào)研地點(diǎn)分布

調(diào)查時(shí)間：2020年7月至8月；2021年8月至9月。

土壤采集：調(diào)查過(guò)程中，采用S形采樣法隨機(jī)取樣，土壤深度0～20 cm，每10個(gè)樣點(diǎn)混合為一個(gè)樣品重復(fù)。四分法至1 kg，封口袋儲(chǔ)存(風(fēng)干用)，用于土壤養(yǎng)分測(cè)定。最終獲得原生地貌樣品共計(jì)32個(gè)、鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤樣品共計(jì)105個(gè)。

土壤樣品分析：土壤樣品各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定參考魯如坤[9]的方法。

pH值采用水浸提-pH計(jì)法：稱取過(guò)1 mm篩的風(fēng)干土樣10 g于燒杯中，量取25 mL無(wú)CO2的去離子水倒入燒杯中(水土比 2.5∶1)，攪拌10 min，靜置30 min后用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法。稱取過(guò)0.149 mm篩的土壤0.2 g左右，加入粉末狀硫酸銀0.1 g，準(zhǔn)確加入5 mL 濃度為0.80 moL/L的重鉻酸鉀溶液；5 mL濃硫酸，搖勻；瓶口上裝簡(jiǎn)易空氣冷凝管，放在預(yù)熱到220～230 ℃的電沙浴上加熱，使三角瓶中溶液微沸，當(dāng)冷凝器下端落下第一滴冷凝液開(kāi)始計(jì)時(shí)，消煮5 min。取下三角瓶冷卻片刻，用水洗冷凝器內(nèi)壁及下端外壁，洗滌液收集于原三角瓶中，瓶中液體總體積應(yīng)控制在60～80 mL為宜。加3～5滴鄰菲羅琳指示劑，用0.20 moL/L硫酸亞鐵滴定剩余的重鉻酸鉀。溶液顏色由橙黃-綠-棕紅為止，即為終點(diǎn)。

速效氮采用堿解擴(kuò)散法：稱取過(guò)1 mm篩風(fēng)干土2 g，置于潔凈的擴(kuò)散皿外室，輕輕旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散皿使土樣均勻地鋪平。取2 mL H3BO3-指示劑溶液于擴(kuò)散皿內(nèi)室，擴(kuò)散皿外室邊緣涂堿性膠液，蓋嚴(yán)毛玻璃，留出孔隙，迅速加入10 mL的濃度為1 moL/L的NaOH溶液，立即蓋嚴(yán)。輕輕旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散皿，讓堿溶液蓋住所有土壤；用橡皮筋勒緊皿蓋。置于(40±1)℃恒溫箱中，堿解擴(kuò)散(24±0.5)h后取出。內(nèi)室吸收液中的NH3用H2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。溶液由蘭色變?yōu)槲⒓t色到達(dá)滴定終點(diǎn)。

速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬藍(lán)比色法。稱取過(guò)1 mm篩風(fēng)干土2.5 g于150 mL三角瓶中，加入0.5 moL/L NaHCO3溶液50 mL，再加一勺無(wú)磷活性炭，塞緊瓶蓋，在振蕩機(jī)上振蕩30 min，立即用無(wú)磷濾紙過(guò)濾，濾液盛于100 mL三角瓶中，吸取濾液10 mL于150 mL三角瓶中，再用滴定管準(zhǔn)確加入蒸餾水35 mL，然后用吸管加入鉬銻抗試劑5 mL，搖勻。放置30 min后，在波長(zhǎng)700 nm處進(jìn)行比色。以空白液的吸收值為0，讀出待測(cè)液的吸收值(A)。

速效鉀的測(cè)定采用乙酸銨提取-火焰光度計(jì)法。稱取通過(guò)1 mm篩的風(fēng)干土樣5 g于200 mL三角瓶中，加入1 moL/L中性NH4OAc溶液50 mL，塞緊瓶蓋，震蕩30 min，用普通定性濾紙過(guò)濾。在火焰光度計(jì)上進(jìn)行測(cè)定，記錄檢流計(jì)讀數(shù)。

然后參照表1對(duì)河北省采礦跡地的土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行分類。

表1 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)與豐缺指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 各城市主要鐵礦采礦跡地的土壤pH值變化

調(diào)研對(duì)各城市的鐵礦周邊的原生地貌土壤(為礦區(qū)周邊未開(kāi)采的土地的土壤樣品)及復(fù)墾礦區(qū)土壤進(jìn)行了采集。pH值測(cè)定結(jié)果表明(見(jiàn)圖2)，原生地貌土壤的平均pH值在7.44～7.86，變化范圍不大，但是張家口、石家莊及邢臺(tái)的土壤平均pH值顯著高于邯鄲；與其他城市土壤pH值之間沒(méi)有顯著差異。各城市的pH值變異系數(shù)存在較大差異。例如，原生地貌pH值的變異系數(shù)由高到低依次為保定(4.88%)>唐山(3.43%)>承德(3.22%)>秦皇島(2.02%)>邢臺(tái)(1.70%)>石家莊(1.47%)>張家口(1.23%)>邯鄲(0.56%)。變異系數(shù)較大的城市，主要與樣點(diǎn)的位置有關(guān)，如采樣點(diǎn)來(lái)自不同縣域或同一樣點(diǎn)的不同部位。

注：不同字母表示該區(qū)域的原生地貌與復(fù)墾區(qū)差異顯著(P<0.05)。

鐵礦經(jīng)過(guò)植物復(fù)墾后，不同城市之間的平均pH值在7.14～7.83，其中保定、石家莊、邢臺(tái)的pH值顯著低于邯鄲，與其他城市之間無(wú)顯著差異。各城市的土壤pH值變異系數(shù)由高到低依次為：張家口(5.45%)>唐山(5.35%)>保定(4.89%)>承德(4.86%)>秦皇島(2.85%)>石家莊(2.41%)>邢臺(tái)(1.39%)>邯鄲(0.54%)。

由圖2還可以看出，張家口、石家莊、邢臺(tái)礦區(qū)復(fù)墾的土壤pH值低于其原生地貌，植物復(fù)墾降低了土壤pH值；邯鄲的礦區(qū)復(fù)墾土壤pH值則高于原生地貌，可見(jiàn)該市礦區(qū)植物復(fù)墾提高了土壤pH值；其他幾個(gè)城市復(fù)墾與原生地貌土壤之間的pH值無(wú)顯著差異。

2.2 鐵礦跡地土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

有機(jī)質(zhì)的變化因地區(qū)差異、氣候差異、礦區(qū)管理措施等存在較大差異。

由表2可知，原生地貌的土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量表現(xiàn)為缺乏或極缺乏。最低的礦區(qū)原生地貌在承德，該地區(qū)鐵礦原生地貌的土壤有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)較大，達(dá)到了106.88%；說(shuō)明樣點(diǎn)之間的差異較大。然而，保定、石家莊、邢臺(tái)等地區(qū)的鐵礦原生地貌的有機(jī)質(zhì)含量變異系數(shù)較小?？梢?jiàn)，多年未曾擾動(dòng)的鐵礦周邊的原生地貌，有機(jī)質(zhì)含量仍然處于缺乏甚至極缺的最低水平。

表2 各區(qū)域鐵礦區(qū)原生地貌的有機(jī)質(zhì)含量與豐缺度

鐵礦跡地復(fù)墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的含量及豐缺度見(jiàn)表3。由表3可知，鐵礦復(fù)墾區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量均處于缺乏水平；稍缺的為秦皇島；張家口和保定樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)處于極缺水平；其他區(qū)域則處于缺乏水平?？梢?jiàn)，鐵礦開(kāi)采產(chǎn)生的跡地有機(jī)質(zhì)含量很低，與各地原始地貌的有機(jī)質(zhì)含量相比相差不大，這與采樣點(diǎn)的土壤狀況相關(guān)。

表3 各區(qū)域鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量與豐缺度

2.3 鐵礦跡地土壤堿解氮含量變化

鐵礦跡地原生地貌土壤的堿解氮含量大多處于極缺水平(表4)，如唐山、保定、石家莊、邢臺(tái)等地；邯鄲鐵礦跡地原生地貌的堿解氮處于稍缺水平；承德和張家口處于中等水平，但是承德和張家口的堿解氮含量的變異系數(shù)較大，分別達(dá)到了73.51%和81.49%，說(shuō)明鐵礦跡地的土壤異質(zhì)性較大；堿解氮含量最高的地區(qū)為秦皇島，達(dá)到豐富的水平。

表4 各區(qū)域鐵礦原生地貌土壤堿解氮含量與豐缺度

可見(jiàn)，即使沒(méi)有人為干擾的鐵礦區(qū)原生地貌在自然恢復(fù)中，其土壤的堿解氮含量大多數(shù)地區(qū)都處于極其缺乏的水平。說(shuō)明，在礦區(qū)自然恢復(fù)中如果要提高土壤肥力，需要額外增加養(yǎng)分輸入。

表5為復(fù)墾區(qū)土壤堿解氮含量的變化。復(fù)墾區(qū)土壤的堿解氮含量仍然很低，處于缺乏或極缺的水平。同時(shí)，各地復(fù)墾礦區(qū)的土壤堿解氮含量的變異系數(shù)較大，大部分的變異系數(shù)在50%以上；邢臺(tái)和唐山的堿解氮含量的變異系數(shù)甚至超過(guò)了100%，可見(jiàn)復(fù)墾區(qū)域自身的土質(zhì)以及復(fù)墾植物的種類等均會(huì)影響堿解氮的含量。

表5 各區(qū)域鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤堿解氮含量與豐缺度

2.4 鐵礦跡地土壤速效磷含量變化

鐵礦跡地的原生地貌土壤中的速效磷含量大部分達(dá)到中等水平，而保定、石家莊、邢臺(tái)的原生地貌土壤速效磷含量處于稍缺水平，但是地區(qū)之間差異較小(表6)。說(shuō)明自然條件下的植物生長(zhǎng)，可以促進(jìn)土壤中磷的釋放。

表6 各區(qū)域鐵礦原生地貌土壤速效磷含量變化與豐缺度

表7為復(fù)墾區(qū)土壤的速效磷含量的變化與豐缺。由表7可知，復(fù)墾區(qū)土壤的速效磷表現(xiàn)出較高的數(shù)值，說(shuō)明礦區(qū)植物復(fù)墾有利于提高土壤速效磷含量。這可能是植物根系在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于根系分泌作用而向環(huán)境中釋放有機(jī)酸等物質(zhì)，從而促進(jìn)了土壤磷的釋放。

表7 各區(qū)域鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤速效磷含量變化與豐缺度

2.5 鐵礦跡地土壤速效鉀含量變化

表8為各地原生地貌的速效鉀含量變化與豐缺情況。由表8可知，秦皇島原生地貌的土壤速效鉀含量處于豐富水平；邯鄲原生地貌土壤則處于稍豐水平。承德、張家口、邢臺(tái)的原生地貌土壤的速效鉀含量為中等水平；唐山和石家莊的原生地貌土壤的速效鉀稍缺；保定原生地貌土壤的速效鉀含量則為極缺水平。

表8 各區(qū)域鐵礦原生地貌土壤速效鉀含量變化與豐缺度

表9為復(fù)墾區(qū)土壤速效鉀含量的變化與豐缺情況。由表9可知，復(fù)墾區(qū)的速效鉀因?yàn)橹参锏南亩档?，除了秦皇島的采礦跡地復(fù)墾區(qū)土壤的速效鉀含量處于稍豐水平，其他區(qū)域復(fù)墾區(qū)土壤的速效鉀含量均處于4～6級(jí)的稍缺、缺乏、極缺的水平。表明植物的生長(zhǎng)會(huì)不斷消耗土壤的鉀，進(jìn)而導(dǎo)致鉀素含量降低。

表9 各區(qū)域鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤速效鉀含量變化與豐缺度

表10匯總了各地區(qū)的土壤養(yǎng)分在復(fù)墾區(qū)與原生地貌之間的變化。由表10可知，礦區(qū)復(fù)墾土壤因植物吸收養(yǎng)分導(dǎo)致有些地區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量下降，如保定、石家莊及邢臺(tái)等地的復(fù)墾區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量比原生地貌分別下降了21.31%～33.06%。其他幾個(gè)地區(qū)的復(fù)墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量則比原生地貌土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅增加，增加幅度較高的如秦皇島和承德分別達(dá)到了6.4倍和6.3倍；邯鄲也增加了近1.5倍。但是，這些地區(qū)的有機(jī)質(zhì)水平依然處于缺乏的水平，僅秦皇島處于稍缺的水平。由此看來(lái)，礦區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的恢復(fù)單純依靠植物的恢復(fù)需要漫長(zhǎng)的過(guò)程與時(shí)間，必須要通過(guò)外源有機(jī)質(zhì)的輸入，才能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，同時(shí)在土壤中積累大量的有機(jī)質(zhì)，從而加快土壤的恢復(fù)進(jìn)程。

表10 鐵礦土壤養(yǎng)分由原生地貌到復(fù)墾區(qū)的變化

堿解氮也多數(shù)下降；降幅最高的區(qū)域?yàn)榍鼗蕧u，堿解氮含量由1級(jí)降低到5級(jí)，表明復(fù)墾區(qū)的土壤堿解氮含量盡管經(jīng)過(guò)復(fù)墾，但是其含量依然遠(yuǎn)低于原生地貌。速效鉀也表現(xiàn)出復(fù)墾區(qū)低于原生地貌的趨勢(shì)，降幅較大的為張家口和邢臺(tái)，土壤速效鉀級(jí)別降低了3個(gè)等級(jí)，說(shuō)明即使經(jīng)過(guò)復(fù)墾修復(fù)，土壤的速效鉀含量依然遠(yuǎn)低于原生地貌的土壤。加之，大部分區(qū)域的原生地貌的速效鉀含量處于中等以下水平(邯鄲除外)，因此采礦導(dǎo)致的礦區(qū)跡地速效鉀含量更低，即使植物復(fù)墾依然不會(huì)在短期內(nèi)促進(jìn)土壤中鉀的釋放。

但是，速效磷含量的變化表現(xiàn)出與其他三種養(yǎng)分的不同，有些城市的復(fù)墾區(qū)土壤速效磷含量高于原生地貌，如秦皇島、承德及邯鄲，速效磷含量由原生地貌的中等水平提升到稍豐的水平，說(shuō)明植物復(fù)墾增加了植物根系的分泌作用，根系產(chǎn)生的有機(jī)酸類可能促進(jìn)了土壤中難溶性磷的釋放。表現(xiàn)最為明顯的是保定地區(qū)，其速效磷增加了270.67%，由稍缺水平提高到稍豐水平，可見(jiàn)復(fù)墾有利于礦區(qū)磷素的釋放。

2.6 鐵礦跡地土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析

表11為鐵礦跡地原生地貌的土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析。

表11 鐵礦區(qū)原生地貌土壤養(yǎng)分因素間的Pearson相關(guān)系數(shù)

由表11可知，原生地貌土壤中有機(jī)質(zhì)含量與堿解氮含量呈現(xiàn)極顯著的強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.637**)；與速效磷及速效鉀之間呈現(xiàn)極顯著中等負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.481**與-0.566**。這說(shuō)明有機(jī)質(zhì)含量高的土壤，會(huì)因?yàn)橹参飳?duì)養(yǎng)分的吸收而導(dǎo)致速效養(yǎng)分含量的下降。堿解氮含量與速效磷含量呈現(xiàn)顯著弱正相關(guān)(r=0.394*)；其與速效鉀含量呈現(xiàn)中等強(qiáng)度的極顯著正相關(guān)(r=0.577**)。速效磷與速效鉀之間也呈現(xiàn)極顯著的強(qiáng)正相關(guān)(r=0.767**)。

pH值與四個(gè)養(yǎng)分參數(shù)之間沒(méi)有表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。

鐵礦復(fù)墾區(qū)土壤養(yǎng)分的相關(guān)關(guān)系見(jiàn)表12。由表12可知，鐵礦跡地復(fù)墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤pH值有中等強(qiáng)度的極顯著正相關(guān)(r=0.449**)；與速效鉀含量呈現(xiàn)較弱的極顯著正相關(guān)(r=0.353**)。土壤堿解氮含量與速效鉀含量也呈現(xiàn)極顯著的弱正相關(guān)(r=0.350**)。土壤速效鉀與土壤pH值(r=0.340**)、有機(jī)質(zhì)、堿解氮均有弱的極顯著正相關(guān)。鐵礦跡地土壤經(jīng)過(guò)復(fù)墾以后，土壤的養(yǎng)分之間的相關(guān)性逐漸變?nèi)?，說(shuō)明人為的干擾影響了養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系，其恢復(fù)過(guò)程與自然狀態(tài)下的恢復(fù)存在較大的差異。

3 討論

研究中的原生地貌為采礦點(diǎn)周邊未受人為擾動(dòng)的土地，其土壤基質(zhì)受成土母質(zhì)及土壤類型的影響較大。原生地貌樣點(diǎn)因?yàn)槎嗄甑淖匀恢脖换謴?fù)，植物的落葉、根系的分泌物等在地表堆積，隨著常年累月的降解，會(huì)提高土壤中的養(yǎng)分。但是，單純依靠自然植被恢復(fù)，復(fù)墾的進(jìn)度會(huì)非常緩慢。孫曉兵等研究表明，耕地土壤肥力受到自然本底特征與人為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的共同影響，有效地平衡與協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分元素含量有助于提升耕地土壤肥力以及土地資源的可持續(xù)利用程度[10]。影響土壤肥力狀況的因素分為結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素。結(jié)構(gòu)性因素是地形、成土母質(zhì)、土壤類型、土壤質(zhì)地等導(dǎo)致耕地土壤肥力集聚或分散的因素。隨機(jī)性因素是耕作方式、土地利用、施肥狀況以及種植制度等集聚或分散的因素[11-12]。采礦活動(dòng)后的土地受到了破壞，形成了采礦跡地如：尾礦庫(kù)、排土場(chǎng)、采坑等。其中，尾礦庫(kù)的顆粒一般細(xì)小，以砂粒為主，但是其養(yǎng)分含量非常低，限制了復(fù)墾植物的生長(zhǎng)。因此，植物的復(fù)墾需要進(jìn)行基質(zhì)的改良，改良劑一般可以是提供養(yǎng)分的有機(jī)物質(zhì)或肥料，可為尾礦中植物的生長(zhǎng)提供必需的養(yǎng)分；還可以促進(jìn)尾礦中養(yǎng)分的儲(chǔ)存與積累，培肥尾礦。復(fù)墾植物的生長(zhǎng)可以提高尾礦的養(yǎng)分含量，改善pH環(huán)境[13]。復(fù)墾植物的根系會(huì)分泌一些有機(jī)酸、酚酸等物質(zhì)，促進(jìn)尾礦中潛在養(yǎng)分的釋放；植物的凋落物，會(huì)在尾礦表面形成一層覆蓋層，經(jīng)過(guò)微生物的分解會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存在尾礦中。

有研究表明，復(fù)墾后鐵尾礦廢棄地土壤質(zhì)量綜合值大于裸尾礦，鐵尾礦廢棄地土壤質(zhì)量隨著恢復(fù)年限的增加而增加[14]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河北省鐵礦跡地?zé)o論原生地貌還是復(fù)墾區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量大多處于4～6級(jí)水平，屬于稍缺、缺乏或極缺水平。原生地貌堿解氮含量除了秦皇島(1級(jí))、承德和張家口(3級(jí))外，其他城市處于稍缺以下。原生地貌土壤的速效磷含量中等或稍缺；速效鉀含量在區(qū)域間差別較大，如秦皇島(1級(jí))、邯鄲(2級(jí))、保定(2級(jí))；其他幾個(gè)城市處于中等與稍缺水平。鐵礦復(fù)墾后的土壤各地區(qū)的堿解氮水平處于缺乏與極缺水平；速效磷含量處于稍豐與中等水平；速效鉀含量除了秦皇島屬于稍豐水平外其他城市均處于4～6級(jí)?？梢?jiàn)，有機(jī)質(zhì)在原生地貌和復(fù)墾后的礦區(qū)土壤中含量都很低，如果要維持植物的生長(zhǎng)，需要額外施加有機(jī)物，增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量。復(fù)墾后土壤的速效養(yǎng)分依然很低，礦區(qū)跡地養(yǎng)分的恢復(fù)需要更長(zhǎng)年限。因此，可以通過(guò)增加復(fù)墾植物種類，尤其是增加固氮植物的種類，在氮素缺乏的環(huán)境中，植物會(huì)提高與根瘤菌的共生作用，緩解氮素供應(yīng)不足的問(wèn)題[15]。

總之，如果要提高礦區(qū)跡地土壤的肥力，必然要添加增加土壤有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)；盡量種植能夠固氮的植物種類；或者添加生物菌劑，促進(jìn)其在植物根際的定殖。多種措施同步進(jìn)行，并且長(zhǎng)久堅(jiān)持下去，礦區(qū)復(fù)墾方能見(jiàn)效。

4 結(jié)論

依據(jù)調(diào)查結(jié)果，得出如下結(jié)論：

1)河北省各區(qū)域主要鐵礦區(qū)的土壤pH值在7～8，屬于中性偏堿，適合多數(shù)植物的生長(zhǎng)，有利于植物復(fù)墾。無(wú)論是鐵礦的原生地貌還是采礦跡地復(fù)墾后的土壤，其有機(jī)質(zhì)含量均非常低，處于稍缺水平以下。土壤速效養(yǎng)分含量與地域、土壤來(lái)源等具有一定的相關(guān)性。如原生地貌的堿解氮含量在地域之間差異較大，豐富、中等、缺乏、極缺各水平都存在。但是，采礦跡地復(fù)墾后土壤的堿解氮含量在各地區(qū)均屬于缺乏、極缺的水平。原生地貌的速效磷含量各地區(qū)處于中等與稍缺水平；復(fù)墾后的土壤速效磷含量則處于稍豐與中等水平，說(shuō)明植物復(fù)墾提高了土壤中磷的釋放。原生地貌土壤的速效鉀含量在地區(qū)間差異較大，豐富(秦皇島)、稍豐、中等、稍缺、極缺各水平均存在；復(fù)墾后的土壤速效鉀含量除了秦皇島依然稍豐外，其他均處于稍缺到極缺水平。

2)鐵礦跡地原生地貌土壤的養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)含量與堿解氮含量呈現(xiàn)極顯著的強(qiáng)負(fù)相關(guān)；而與其速效磷含量、速效鉀含量等呈現(xiàn)極顯著的中等強(qiáng)度的負(fù)相關(guān)。堿解氮含量與速效鉀呈現(xiàn)極顯著的中等強(qiáng)度的正相關(guān)；速效磷與速效鉀呈現(xiàn)極顯著的強(qiáng)正相關(guān)。各養(yǎng)分因子與pH值相關(guān)性不顯著。復(fù)墾區(qū)土壤的養(yǎng)分之間相關(guān)性減弱，如有機(jī)質(zhì)含量與土壤pH值呈現(xiàn)極顯著中等強(qiáng)度的正相關(guān)；與速效鉀含量之間呈現(xiàn)極顯著弱正相關(guān)。堿解氮含量?jī)H與速效鉀之間呈現(xiàn)極顯著弱正相關(guān)。