赵 雅，刘钟森，王骥博，岳晶晶，龚巍峥

（1.河南省地质环境规划设计院有限公司，河南郑州450007；2.郑州市土壤污染防治利用工程技术研究中心，河南郑州450007；3.河南省地质环境勘查院，河南郑州450007）

铝是国防建设和国民经济发展必不可少的金属材料，生产铝的主要原料是氧化铝[1-2]，赤泥是氧化铝在工业生产过程中的固体废弃物。由于赤泥强碱性（pH 值高达10～12）、高盐含量、缺乏有机质和养分，一般植物很难生长[3-4]，而且赤泥库的环境十分恶劣，对于周边生态环境具有严重危害。赤泥处置问题已成为国内外氧化铝行业亟待解决的问题之一。

赤泥的理化性质与普通土壤有很大不同，其物理结构较差，对植物根系的生长有着严重的影响[5]。因此，可以通过对赤泥的物理结构进行改良，使其成为一种类似土壤的生长基质。XUE 等[6]提出可以通过赤泥土壤化来解决赤泥规模化处置的问题，但目前相关研究还处于起步阶段，需加强环境风险防控管理。赤泥土壤化处理技术的研究以及赤泥场植被的重建和生态恢复的实现，是一种很有前景的赤泥规模化处置方法。研究发现，可以通过种植合适的植物来改善土壤性质、促进土壤发育、提高土壤肥力，这对于维持土壤生态系统的结构和功能很重要[7-8]。孟广涛等[9]研究发现，矿区植被恢复可以改善群落物种多样性。COURTNEY 等[10]发现，植被重建可以显著减少赤泥表层的风蚀和水蚀现象，减少环境污染，并促进赤泥建立有机碳库。

基质改良和筛选耐性植物对于赤泥堆场的植被重建具有基础性意义。尽管国内外学者对赤泥的生态化处置和土壤化进行了一些探索性研究，但是对赤泥堆场土壤有机质和微生物数量的系统研究还相对缺乏。

本试验以赤泥为研究对象，在氧化铝赤泥堆场上添加合适的改良剂进行土壤修复，并在改良后的土壤上种植不同的耐盐植物，3 a 后测定赤泥土壤化后植物根际土壤的有机质含量和土壤微生物数量，并分析土壤有机质含量与微生物数量之间的相关性，以期充分认识土壤有机质与微生物的相互作用机制，从生态重建角度考虑更适合的植物种类，为筛选能够适应强碱性环境的优良耐性植物、赤泥土壤化处置和植被重建提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究地区概况

试验区位于河南省焦作市修武县，属于暖温带大陆性季风气候，其特点是春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒少雪，年平均蒸发量2 040.8 mm，主要集中在夏季；赤泥粒径在0.02～2.00 mm 的占75%，孔隙度为58.20%。赤泥的物理化学性质列于表1。赤泥堆场周边为荒山，植被覆盖率较低，且以草本植物为主。该区域无地表水体，但在暴雨条件下较易形成洪水，平时干枯。

表1 赤泥的物理化学性质

试验场地位于坡面阶地上，面积约0.47 hm2，改良时间为3 a。2016 年8 月开始对试验区土壤进行基质改良（改良材料主要有秸秆、有机肥、生物锯末、FeSO4和脱硫石膏），并种植耐盐植物。由于赤泥的高碱性特征，试验场地无植被生长。场地上赤泥干结后龟裂分布，赤泥质地致密坚硬，返盐返碱现象严重。因此，坝体坡面和库顶的植被生态恢复是目前急需解决的问题。

1.2 耐盐植物的选择

选择适合的植物种类是保证氧化铝赤泥堆场植被恢复成功的重点工作，根据赤泥库和矿区附近的场地条件，并结合试验区域的天气、降水等因素，所选择的植物应具有适应能力强、生命力旺盛、根系发达、播种栽培较容易及成活率高等特点[11-12]。根据以上原则，初步选择的植物品种有柽柳、碱蓬、菌草和竹子。种植3 a 后，盖度高达95%以上，基本实现了氧化铝赤泥堆场的复绿。

1.3 土壤样品采集

供试土样选取的地块为赤泥直接堆放地（原状土）和种植耐盐植物的区域，在所选取的6 个具有代表性的样地上进行取样。其中包括赤泥直接堆放地（实验室中原状土的取样地，CK）、种植4 种耐盐植物（柽柳、碱蓬、菌草和竹子）的地块（采取植物根际土壤）和仅经过基质改良不种植植物的空地。

采用多点混合采样法采集0～20 cm 耕层土壤，样品质量约1 kg。将采集到的土壤样品称质量，记录后带回室内，将样品分为2 份，其中一份用于测定微生物数量，样品需放冰箱保存（0～5 ℃），另一份样品风干后，挑去植物细根后研磨、过筛，密封放置，备测。

1.4 测定项目及方法

土壤的有机质含量采用文献[13]的方法进行测定；土壤微生物数量采用文献[14]的方法进行测定。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Office Excel 2007 进行处理，采用IBMSPSS 22.0 进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 种植耐盐植物对赤泥库土壤有机质含量的影响

本研究测定了基质改良和种植4 种不同耐盐植物3 a 后土壤的有机质含量，其测定结果见表2。由表2 可知，种植不同植物的土壤中有机质含量大小顺序为竹子＞碱蓬＞柽柳＞菌草＞空地＞赤泥。其中，种植竹子和碱蓬的土壤有机质含量提高较为明显，与赤泥（CK）相比，土壤有机质含量分别提高103.80%和101.27%；与不种植植物的空地相比，土壤有机质含量分别提高99.38%和96.90%。土壤有机质主要来自动植物残体以及植物生长过程中的根系分泌物。种植竹子和碱蓬的土壤有机质含量较高，是由于竹子和碱蓬的根系发达，改善了土壤的通气状况，使得植物枯落物及根系残体更易转化为有机质；种植柽柳和菌草的土壤有机质含量较低，可能是由于柽柳树冠较大，阻挡了部分光照和降水，地面凋落物形成有机质的必要条件不足，菌草的枯枝落叶等凋落物较少，所以造成了有机质含量较低。

表2 种植不同植物的土壤有机质含量比较

2.2 种植耐盐植物对赤泥库土壤微生物数量的影响

本研究表明，氧化铝赤泥堆场通过基质改良和种植耐盐植物能够增加土壤养分，改善其生态环境，促进土壤微生物活动。由表3 可知，与对照土壤相比，种植耐盐植物的土壤根系微生物数量增加了几倍甚至几十倍。种植不同植物的土壤中细菌数量大小顺序为碱蓬＞竹子＞空地＞柽柳＞赤泥＞菌草；真菌数量大小顺序为碱蓬＞柽柳＞空地＞菌草＞竹子＞赤泥；放线菌数量大小顺序为碱蓬＞竹子＞柽柳＞空地＞菌草＞赤泥；微生物总数大小顺序为碱蓬＞竹子＞空地＞柽柳＞赤泥＞菌草。

表3 种植不同植物的土壤微生物数量比较

微生物总数为细菌、真菌和放线菌的总和。由表3 可以看出，细菌数量在微生物总数中所占比例最大。细菌是土壤中的主要微生物类群，个体小，繁殖方法简单，速度快，耐高温、耐酸碱、抗逆性强。本研究于4 月末采集根系土壤进行研究，适宜的水热条件为细菌的生长发育提供了良好环境。

未种植耐盐植物的裸地土壤，微生物数量较少，经过对基质改良和种植4 种不同耐盐植物3 a后，土壤微生物总量和细菌、真菌、放线菌的数量均有不同程度的增加，碱蓬在提高土壤微生物数量上有明显优势。种植碱蓬的土壤中，细菌数量达1.20×108个/g，真菌数量达1.70×106个/g，放线菌数量达2.90×107个/g，微生物总数达1.507×108个/g。与赤泥（CK）相比，分别提高164.90%、942.94%、244.01%和179.59%；与不种植植物的空地相比，分别提高83.21%、301.89%、215.90%和100.67%。影响土壤微生物生长活动的重要因素为温度、水分和土壤通气性。碱蓬生长密集且根系较发达，改善了土壤的通气透水性，增加了有机质的积累。死亡的根系和根系分泌物可以作为微生物生长所需的能源物质，促进微生物的生长。且种植碱蓬的土壤盐分含量低，更适宜微生物生长。微生物数量的变化反映了土壤的理化性质和微生物环境得到了改善，这些变化也有利于植物的生长。

与赤泥（CK）相比，仅进行基质改良的空地微生物总数提高39.33%。这是由于改良剂中的有机肥等物质为微生物的生长繁殖提供了所需的营养物质，使土壤中的微生物活性增强[15]，同时也调控了土壤的微生物区系，从而促进植物对土壤中营养物质的吸收与利用。

2.3 土壤微生物数量与土壤有机质含量之间的相关性分析

土壤中有机质的含量与土壤中微生物数量之间有一定的相关性，土壤中微生物的数量在一定程度上受到土壤中有机质含量的影响。土壤质量取决于土壤理化性质、矿物质营养成分和微生物特性，且两两之间的相关系数超过0.98[16]。

由图1 可知，不同处理的土壤有机质含量与微生物总数的变化趋势基本一致。其中，种植碱蓬的土壤有机质含量和微生物总数最高，种植菌草的土壤有机质含量和微生物数量较低。

由表4 可以看出，有机质含量与细菌、真菌、放线菌数量和微生物总数的相关系数分别为0.893、0.397、0.755 和0.875，呈现正相关性。这主要是由于植物在土壤中生长时，产生的凋落物、残留根系及其分泌物增加了土壤有机质含量，土壤N 素和土壤微生物数量也随之增加；土壤微生物的活动增强，植物根部呼吸产生的CO2形成的碳酸以及植物根系分泌的柠檬酸等有机酸促进了P、K、Ca 和其他盐类的溶解，从而提高了土壤肥力并促进了植物的生长，整个微生态系统处于良性循环中。

表4 有机质含量与微生物数量的相关性分析

3 结论与讨论

土壤有机质作为衡量土壤质量的重要指标之一，是土壤生态系统的物质基础，对土壤肥力具有重要影响。它与土壤的物理、化学、生物学性质及良好的生产力有关。土壤有机质是一种稳定长效的N源物质，能够为植物和微生物的生长提供所需的多种营养元素，增强土壤的保肥、供肥能力和土壤养分的有效性，改善土壤的通气透水性和蓄水能力，增强土壤的缓冲性等。

土壤微生物作为生态系统的重要组分之一，是土壤生命活体的重要组成部分，主要包括细菌、真菌和放线菌，其参与了大部分的土壤活动，在土壤中主要起分解作用。微生物可以将土壤上枯枝落叶中的有机物分解成无机物，并向土壤中释放一定量的营养物质，以维持土壤养分和植物生长。

微生物数量受温度、湿度、土壤养分、植物凋落物、枯死根系、根系活动及分泌物等以及人为因素的影响，并且随季节变化而变化。本次采样时间处于春末夏初，温度升高且降水增加，植被生长旺盛，根系微生物活动增强，大量的根系分泌物促进了土壤微生物的生长和繁殖，是一年中微生物数量增长最快的时期[17-18]。因此，在最适宜的温度和湿度条件下，有机质含量与细菌、真菌、放线菌和微生物总数之间就呈现显著相关。

土壤微生物的数量不仅反映了土壤的养分和通气透水性，其也是土壤中微生物活性[19-20]的具体体现。土壤有机质影响着土壤结构、土壤肥力和土壤微生物的特性，它提供了土壤微生物生命活动所需的养分和能量，也参与了土壤中所有动植物以及微生物的生物化学过程。但是，土壤有机质含量和微生物数量会受到季节等条件的不同程度的影响，因此，不同季节条件下，有机质含量与微生物数量的相关性还有待进一步研究。

本研究结果表明，通过对氧化铝赤泥堆场进行基质改良和种植不同耐盐植物，土壤有机质含量和微生物数量总体上比赤泥（原状土）有明显的提高。种植不同植物的土壤中有机质含量大小顺序为竹子＞碱蓬＞赤泥＞空地＞柽柳＞菌草；微生物总数大小顺序为碱蓬＞竹子＞空地＞柽柳＞赤泥＞菌草。其中，种植碱蓬和竹子的土壤，有机质含量和微生物数量有较为明显的提高。有机质含量与微生物数量呈显著相关。有机质含量与细菌、真菌、放线菌数量和微生物总数的相关系数分别为0.893、0.397、0.755 和0.875，呈现正相关性。