本文摘要：摘要：草原生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定中，土壤基線是重要的評價標(biāo)準(zhǔn)。如何確定土壤基線，尋找適宜的基線判定方法，進而判定草原土壤的受損害程度，已成為草原生態(tài)系統(tǒng)損害評估鑒定、生態(tài)系統(tǒng)保護及修復(fù)工作中的關(guān)鍵�；诳茖W(xué)、務(wù)實、準(zhǔn)確的原則，對內(nèi)蒙古2個草原
摘要：草原生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定中，土壤基線是重要的評價標(biāo)準(zhǔn)。如何確定土壤基線，尋找適宜的基線判定方法，進而判定草原土壤的受損害程度，已成為草原生態(tài)系統(tǒng)損害評估鑒定、生態(tài)系統(tǒng)保護及修復(fù)工作中的關(guān)鍵�；诳茖W(xué)、務(wù)實、準(zhǔn)確的原則，對內(nèi)蒙古2個草原礦區(qū)土壤的TOM、N、P、K含量進行采樣分析，采用歷史數(shù)據(jù)法、參考點位法和統(tǒng)計點位法來判定土壤基線。結(jié)果表明，勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分均值與參考點位法基線值差異較小，采礦對勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分含量未見直接的影響。寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM含量均值明顯低于3種方法得出的基線值，N、K均值與參考點位法基線值相似，P均值位于3種基線值之間�？梢姴傻V對寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM的含量造成了直接影響，對N、P、K含量未見直接的影響。最適宜該地區(qū)的方法取決于樣本質(zhì)量和評估尺度，建議以參考點位法為主，歷史數(shù)據(jù)法和統(tǒng)計點位法作為驗證工具，3種方法共同使用。
關(guān)鍵詞：草原土壤質(zhì)量;土壤基線;判定方法;生態(tài)損害;生態(tài)評價
黨的十九大報告指出，統(tǒng)籌“山水林田湖草”系統(tǒng)治理，實行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護制度[1]。內(nèi)蒙古大草原是我國重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，具有水土保持、固沙固碳、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、促進物質(zhì)能量循環(huán)等多種生態(tài)功能[2⁃3]，不僅是眾多動植物的棲息地，更是我國北方重要的生態(tài)屏障[4]。
近年來隨著過度放牧、私開濫墾、礦山開采、城鎮(zhèn)化擴展等人為干擾的不斷增加，水土流失、草原荒漠化、生物量減少等生態(tài)問題屢見不鮮[5⁃7]，如何評價草原生態(tài)系統(tǒng)的受損程度已成為草原保護管理和可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。生態(tài)環(huán)境損害是指因生態(tài)破壞、環(huán)境污染造成大氣、地表水、地下水、土壤等環(huán)境要素和植物、動物、微生物等生物要素的不利改變，及上述要素構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)功能退化的行為[8]。
隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對生態(tài)系統(tǒng)的干擾與日俱增，生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估的案件越來越多。2016年《生態(tài)環(huán)境損害鑒定評估技術(shù)指南總綱》及2017年《生態(tài)環(huán)境損害賠償制度改革方案》的頒布，明確了生態(tài)環(huán)境損害的賠償范圍、責(zé)任主體、索賠主體和損害賠償解決途徑等[9⁃10]，標(biāo)志著我國已逐步建立比較完善的生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定、修復(fù)和賠償制度�；�通常用于描述在生態(tài)破壞行為發(fā)生前，沒有人為干擾或不利改變情況下的狀態(tài)[11]。基線值可以是一組數(shù)值或一個區(qū)間值，是反映一個地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的綜合性指標(biāo)集，可用于判定人為干擾的程度[12]。
土壤損害基線是判斷生態(tài)環(huán)境損害發(fā)生的依據(jù)，也是確認生態(tài)環(huán)境損害的時空尺度、損害程度、確認生態(tài)環(huán)境損害修復(fù)的重要標(biāo)準(zhǔn)[13]。土壤基線目前在國內(nèi)的生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定研究中已得到開展和應(yīng)用，如吉林省撫松縣落葉闊葉混交林土壤養(yǎng)分基線的判定[14]，內(nèi)蒙古錫林浩特市勝利礦區(qū)土壤重金屬含量基線的研究[15]，新疆伊犁河流域土壤重金屬基線的研究及污染評價[16]，長沙市喬口鎮(zhèn)土壤重金屬基線值的厘定應(yīng)用等[17]。
土壤基線因研究目標(biāo)及研究區(qū)域的不同存在很大的差異，目前國際上尚未存在通用的判定方法，常見的方法包括歷史數(shù)據(jù)法、參考點位法、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)法、統(tǒng)計點位法、模型預(yù)測法和專家判別法等，各方法都有優(yōu)缺點和使用的局限性，實際研究應(yīng)用中只能根據(jù)評價區(qū)域的具體情況選擇最適合的方法[18]。內(nèi)蒙古草原礦區(qū)的土壤基線因相關(guān)研究較少，目前尚未存在統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，如何判定土壤環(huán)境的基線在草原生態(tài)損害評估鑒定中顯得十分重要。土壤養(yǎng)分由于受人為干擾的高敏感性，可作為評價土壤質(zhì)量和草原生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指標(biāo)[19⁃21]。
本研究以內(nèi)蒙古2個典型的草原礦區(qū)為研究對象，采用歷史數(shù)據(jù)法、參考點位法和統(tǒng)計點位法來計算土壤養(yǎng)分基線。本研究的目的是：1)用3種方法來判定草原土壤基線，檢驗不同方法所得結(jié)果的差異;2)根據(jù)所得的基線值，分析采礦對周邊草原土壤養(yǎng)分的影響;3)確定適合草原土壤基線判定的方法，并分析不同方法的適用范圍。以期更好的為草原生態(tài)系統(tǒng)損害的評估鑒定、生態(tài)保護和污染防治提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況及采樣調(diào)查
本研究以內(nèi)蒙古草原礦區(qū)為例，選擇了位于典型草原的錫林郭勒盟勝利露天礦區(qū)、以及位于草甸草原的呼倫貝爾市寶日希勒露天礦區(qū)為研究對象，對草原礦區(qū)的土壤養(yǎng)分基線進行判定及分析。
1.1.1錫林郭勒盟勝利礦區(qū)
勝利礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟(以下簡稱“錫盟”)，地處東經(jīng)115°13′—117°06′，北緯43°02′—44°52′，該地區(qū)氣候高寒干旱，無霜期短，具有寒冷、風(fēng)大、雨少、日照長、溫差大、蒸發(fā)力強的特點。平均氣溫為0—3℃，年平均風(fēng)速為4—5m/s，年均降水量為295mm[22]。區(qū)域內(nèi)以典型草原為主，土壤以風(fēng)沙土、栗鈣土、黑鈣土為主，偏堿性，全盟土壤總的養(yǎng)分狀況是缺磷、氮中等、鉀中等、有機質(zhì)中等偏高的水平[23]。
錫盟煤炭資源豐富，已探明儲量1448億t，褐煤總儲量在全國居第一位。錫盟煤電基地是國家“十二五”規(guī)劃中大力發(fā)展的7個以電力外送為主的千萬千瓦級清潔高效大型煤電基地之一[24]。勝利礦區(qū)西一號露天礦于2004年開始投產(chǎn)運營，目前生產(chǎn)能力約為2000萬t/a。在勝利礦區(qū)西一號露天礦的南、西和北3個方向進行樣本調(diào)查，采場東側(cè)為內(nèi)排土場未設(shè)置樣點。
根據(jù)礦區(qū)的實際情況，在礦區(qū)西向(開采推進方向)距采場外圍邊界0、0.25、0.7、1.5km處各設(shè)置1個調(diào)查樣地，在南側(cè)邊界0km、西南邊界0、0.5、3km處各設(shè)置1個調(diào)查樣地，在北排土場北側(cè)0.7、3km、沿幫排土場北側(cè)0.5、3.5km、沿幫與北排土場之間距采場1.5、3km處各設(shè)置1個調(diào)查樣地。同時在礦區(qū)南15km處未受采礦干擾的草原對照區(qū)設(shè)置1個調(diào)查樣地。
在每個5m×5m調(diào)查樣地隨機設(shè)置3個1m×1m樣方，每個樣方用直徑5cm土鉆按梅花法采集0—20cm混合土樣�；旌虾笱b入自密封塑料袋帶回實驗室風(fēng)干。采用半微量凱氏法(SemimicroKjeldahlmethod)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Inductivelycoupledplasmamassspectrometry)測定土壤中TOM、N、P、K的含量[25]。
1.1.2呼倫貝爾市寶日希勒礦區(qū)
寶日希勒礦區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市，地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°31′—126°04′，北緯47°05′—53°20′。該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，冬季嚴(yán)寒漫長，夏季溫涼短促，春秋風(fēng)多而干燥。年平均氣溫⁃1℃，年平均降水量398mm[26]。區(qū)域內(nèi)以草甸草原為主，其他草類包括森林草原和沙地草原。土壤類型以黑鈣土為主，其他包括栗鈣土和暗栗鈣土等[27]。該地區(qū)自然資源豐富，已探明煤炭儲量580億t。寶日希勒露天礦于2001年開始投產(chǎn)運營，目前生產(chǎn)能力約為3000萬t/a。在呼倫貝爾草原寶日希勒礦區(qū)周圍共采集了112個土壤樣點。
在礦區(qū)的東、東北、北、西北、西和南方向共設(shè)置了7條采樣帶，每條樣帶至少15個采樣點，樣點之間的距離為400m至1000m，采樣區(qū)包括草原的原狀區(qū)和復(fù)墾區(qū)，盡可能避開牧區(qū)、河流、道路和人為設(shè)施，但有個別樣點位于農(nóng)業(yè)區(qū)(小麥種植)旁側(cè)。同時在礦區(qū)南10km處未受采礦干擾的草原對照區(qū)設(shè)置1個調(diào)查樣地。每個土壤樣地為1m×1m方格，采用五點法取0—20cm層土樣500g，混合后裝入自密封塑料袋帶回實驗室風(fēng)干。采用半微量凱氏法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定土壤中TOM、N、P、K的含量。
1.2研究方法
草原生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定工作包括評估準(zhǔn)備、損害確認調(diào)查、因果關(guān)系和機理分析、生態(tài)環(huán)境損害量化評估和損害賠償及修復(fù)共6個方面。土壤基線的判定在草原生態(tài)環(huán)境損害評價中至關(guān)重要，是草原生態(tài)損害量化的前提[28]。通過確定損害區(qū)域的土壤基線，再與當(dāng)下生態(tài)環(huán)境狀態(tài)進行比較，通過兩者的差異來判定損害程度，繼而為后續(xù)的生態(tài)損害量化評估和責(zé)任判定提供依據(jù)[29]。
本研究采用歷史數(shù)據(jù)法、參考點位法、統(tǒng)計點位法共3種方法判定礦區(qū)周邊草原土壤養(yǎng)分基線，包括土壤中TOM、N、P、K的含量，研究采礦對周邊草原土壤養(yǎng)分的影響程度，并分析3種基線判定方法的科學(xué)性與適用性。
歷史數(shù)據(jù)法選用中國土壤數(shù)據(jù)庫中錫盟、呼倫貝爾市1998⁃2010年的土壤養(yǎng)分平均值作為基線值[30]。參考點位法選用未受采礦干擾對照區(qū)的樣本平均值作為基線值。統(tǒng)計點位法包括群體分布法和三分位法。群體分布法(PopulationDistributionMethod)由美國環(huán)保署(U.S.EPA)提出，用于研究人類干擾較強地區(qū)基線的方法[31]。該方法以評價區(qū)內(nèi)全部有效樣點(去除已知損害嚴(yán)重的樣點)為樣本集，選擇每個指標(biāo)數(shù)據(jù)頻數(shù)分布的后25%作為該地區(qū)的基線值[32]。
本研究將采集的土壤樣本各養(yǎng)分指標(biāo)值按從大到小順序排列，預(yù)設(shè)含量高為土壤質(zhì)量良好，排除約10%受損樣本，選擇每個指標(biāo)值最高四分位的數(shù)值作為基線值。三分位法(TrisectionMethod)也是由美國環(huán)保署提出，用于研究受人類干擾程度較小地區(qū)基線的方法[33]。該方法使用全部樣本數(shù)據(jù)，將各指標(biāo)值按從大到小順序排列，選擇指標(biāo)數(shù)值最大的前三分之一的中位數(shù)作為基線值[34]。
2草原礦區(qū)土壤損害基線的判定與討論
2.1土壤基線的判定結(jié)果與分析
首先通過群體分布法、三分位法計算得出勝利礦區(qū)、寶日希勒礦區(qū)的土壤養(yǎng)分基線值，再將兩種方法所得的數(shù)值取平均值，作為統(tǒng)計點位法得出的基線值。
勝利礦區(qū)的TOM、P、K樣本均值與3種方法所得的基線值都較為相似，N的樣本均值與參考點位法基線值較為相似，但低于統(tǒng)計點位法基線值、明顯低于歷史數(shù)據(jù)法基線值�？梢妱倮V區(qū)總體土壤養(yǎng)分與參考點位法中未受采礦干擾的草原對照區(qū)差異相對較小，但土壤的平均N含量與歷史數(shù)據(jù)值的差異較大，說明目前的礦區(qū)草原及對照區(qū)草原的土壤環(huán)境已與歷史狀態(tài)發(fā)生了變化，如自然演變等原因，導(dǎo)致了土壤中N含量的下降。對勝利礦區(qū)樣本與對照區(qū)進行差異顯著性檢驗，發(fā)現(xiàn)TOM、N、P差異都不具有顯著性(P>0.05)，但K差異具有顯著性(P<0.05)，說明礦區(qū)周邊土壤中K的含量受到了采礦的干擾，但K平均含量與3種方法所得的基線值相比，尚未有明顯下降。
可見采礦對勝利礦區(qū)土壤中TOM、N、P、K養(yǎng)分含量未見明顯的影響。寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM平均含量明顯低于3種方法得出的基線值，土壤中N、K平均含量雖然低于歷史數(shù)據(jù)法基線值和統(tǒng)計點位法基線值，但與參考點位法中未受采礦干擾的草原對照區(qū)差異較小。P平均含量位于3種方法所得基線值之間。
對寶日希勒礦區(qū)樣本與對照區(qū)進行差異顯著性檢驗，發(fā)現(xiàn)TOM和P的差異顯著性非常顯著(P<0.01)，N和K差異都不具有顯著性(P>0.05)，說明礦區(qū)周邊土壤中TOM和P的含量受到了采礦的干擾。P平均含量高于對照區(qū)，但低于歷史數(shù)據(jù)法和統(tǒng)計點位法所得的基線值�？梢姴傻V對寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM的含量造成了明顯的下降，對土壤中N、P、K含量未見明顯的影響。
2.23種基線判定方法的差異與適用性討論
3種判定方法均可用于確定草原土壤基線，但結(jié)果之間存在差異，3種方法各有優(yōu)缺點。歷史數(shù)據(jù)法反映了研究區(qū)草原的歷史真實狀態(tài)，可作為生態(tài)環(huán)境損害評估鑒定的重要標(biāo)準(zhǔn)[18]，但缺乏對自然演變等因素的考慮，僅可作為評判參考，不建議單獨使用。統(tǒng)計點位法所采用的群體分布法和三分位法由于對數(shù)據(jù)的篩選、計算方式的不同，導(dǎo)致結(jié)果不同。本研究中，由于樣點選取的隨機性以及土壤空間異質(zhì)性，個別樣點的某些指標(biāo)異常，如寶日希勒礦區(qū)分布在西南方向農(nóng)田區(qū)域的部分樣點，由于受到農(nóng)業(yè)活動干擾，養(yǎng)分含量極高，群體分布法排除了這些異常樣本(占樣本總量的10%)。
而三分位法作為群體分布法的補充方法[31]，其判定標(biāo)準(zhǔn)比群體分布法更為嚴(yán)格，保留所有樣本數(shù)據(jù)，不做任何排除，所以三分位法所得的基線值高于群體分布法。勝利礦區(qū)由于不存在采礦外的其他人為干擾，異常樣本較少，所以群體分布法和三分位法的結(jié)果差異不大。綜上而述，統(tǒng)計點位法的計算過程簡單便捷，對數(shù)據(jù)的利用度高，適合在人為干擾程度較低的草原區(qū)使用。
環(huán)境論文投稿刊物：《農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1984年，是由農(nóng)業(yè)部主管，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所、中國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護協(xié)會聯(lián)合主辦的科技期刊。主要報道交流農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)環(huán)境等領(lǐng)域新理論新技術(shù)新方法和實踐經(jīng)驗，為促進農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)科發(fā)展提供理論技術(shù)支持。
3結(jié)論
本研究以內(nèi)蒙古錫盟勝利礦區(qū)、呼倫貝爾市寶日希勒礦區(qū)為研究對象，對礦區(qū)土壤中TOM、N、P、K含量進行采樣分析和基線判定。結(jié)果表明，勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分值與參考點位法基線值差異較小，采礦對勝利礦區(qū)土壤養(yǎng)分含量未見直接的影響。寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM含量明顯低于3種方法得出的基線值，N、K含量與參考點位法基線值相似，P均值位于3種基線值之間�？梢姴傻V對寶日希勒礦區(qū)土壤中TOM的含量造成了明顯下降，對N、P、K含量未見明顯的影響。對于草原礦區(qū)的土壤基線判定，建議優(yōu)先采用參考點位法，同時將歷史數(shù)據(jù)法和統(tǒng)計點位法用于檢驗對比。
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作者：張軼群1，2，吳迪3，李嘉珣4，付曉1，∗，吳鋼1，
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