草原礦區土壤環境損害基線評估判定的應用研究

　　摘要：草原生態環境損害評估鑒定中，土壤基線是重要的評價標準。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，已成為草原生態系統損害評估鑒定、生態系統保護及修復工作中的關鍵。基于科學、務實、準確的原則，對內蒙古2個草原礦區土壤的TOM、N、P、K含量進行采樣分析，采用歷史數據法、參考點位法和統計點位法來判定土壤基線。結果表明，勝利礦區土壤養分均值與參考點位法基線值差異較小，采礦對勝利礦區土壤養分含量未見直接的影響。寶日希勒礦區土壤中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。可見采礦對寶日希勒礦區土壤中TOM的含量造成了直接影響，對N、P、K含量未見直接的影響。最適宜該地區的方法取決于樣本質量和評估尺度，建議以參考點位法為主，歷史數據法和統計點位法作為驗證工具，3種方法共同使用。

　　關鍵詞：草原土壤質量;土壤基線;判定方法;生態損害;生態評價

　　黨的十九大報告指出，統籌“山水林田湖草”系統治理，實行最嚴格的生態環境保護制度[1]。內蒙古大草原是我國重要的陸地生態系統，具有水土保持、固沙固碳、維持生態系統平衡、促進物質能量循環等多種生態功能[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屏障[4]。

　　近年來隨著過度放牧、私開濫墾、礦山開采、城鎮化擴展等人為干擾的不斷增加，水土流失、草原荒漠化、生物量減少等生態問題屢見不鮮[5⁃7]，如何評價草原生態系統的受損程度已成為草原保護管理和可持續發展的重要內容。生態環境損害是指因生態破壞、環境污染造成大氣、地表水、地下水、土壤等環境要素和植物、動物、微生物等生物要素的不利改變，及上述要素構成的生態系統功能退化的行為[8]。

　　隨著我國經濟的高速發展，人們對生態系統的干擾與日俱增，生態環境損害鑒定評估的案件越來越多。2016年《生態環境損害鑒定評估技術指南總綱》及2017年《生態環境損害賠償制度改革方案》的頒布，明確了生態環境損害的賠償范圍、責任主體、索賠主體和損害賠償解決途徑等[9⁃10]，標志著我國已逐步建立比較完善的生態環境損害評估鑒定、修復和賠償制度。基線通常用于描述在生態破壞行為發生前，沒有人為干擾或不利改變情況下的狀態[11]。基線值可以是一組數值或一個區間值，是反映一個地區生態系統狀態的綜合性指標集，可用于判定人為干擾的程度[12]。

　　土壤損害基線是判斷生態環境損害發生的依據，也是確認生態環境損害的時空尺度、損害程度、確認生態環境損害修復的重要標準[13]。土壤基線目前在國內的生態環境損害評估鑒定研究中已得到開展和應用，如吉林省撫松縣落葉闊葉混交林土壤養分基線的判定[14]，內蒙古錫林浩特市勝利礦區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]，長沙市喬口鎮土壤重金屬基線值的厘定應用等[17]。

　　土壤基線因研究目標及研究區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據法、參考點位法、環境標準法、統計點位法、模型預測法和專家判別法等，各方法都有優缺點和使用的局限性，實際研究應用中只能根據評價區域的具體情況選擇最適合的方法[18]。內蒙古草原礦區的土壤基線因相關研究較少，目前尚未存在統一評價標準，如何判定土壤環境的基線在草原生態損害評估鑒定中顯得十分重要。土壤養分由于受人為干擾的高敏感性，可作為評價土壤質量和草原生態系統健康的重要指標[19⁃21]。

　　本研究以內蒙古2個典型的草原礦區為研究對象，采用歷史數據法、參考點位法和統計點位法來計算土壤養分基線。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果的差異;2)根據所得的基線值，分析采礦對周邊草原土壤養分的影響;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系統損害的評估鑒定、生態保護和污染防治提供數據支持和科學依據。

　　1材料與方法

　　1.1研究區概況及采樣調查

　　本研究以內蒙古草原礦區為例，選擇了位于典型草原的錫林郭勒盟勝利露天礦區、以及位于草甸草原的呼倫貝爾市寶日希勒露天礦區為研究對象，對草原礦區的土壤養分基線進行判定及分析。

　　1.1.1錫林郭勒盟勝利礦區

　　勝利礦區位于內蒙古自治區錫林郭勒盟(以下簡稱“錫盟”)，地處東經115°13′—117°06′，北緯43°02′—44°52′，該地區氣候高寒干旱，無霜期短，具有寒冷、風大、雨少、日照長、溫差大、蒸發力強的特點。平均氣溫為0—3℃，年平均風速為4—5m/s，年均降水量為295mm[22]。區域內以典型草原為主，土壤以風沙土、栗鈣土、黑鈣土為主，偏堿性，全盟土壤總的養分狀況是缺磷、氮中等、鉀中等、有機質中等偏高的水平[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”規劃中大力發展的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]。勝利礦區西一號露天礦于2004年開始投產運營，目前生產能力約為2000萬t/a。在勝利礦區西一號露天礦的南、西和北3個方向進行樣本調查，采場東側為內排土場未設置樣點。

　　根據礦區的實際情況，在礦區西向(開采推進方向)距采場外圍邊界0、0.25、0.7、1.5km處各設置1個調查樣地，在南側邊界0km、西南邊界0、0.5、3km處各設置1個調查樣地，在北排土場北側0.7、3km、沿幫排土場北側0.5、3.5km、沿幫與北排土場之間距采場1.5、3km處各設置1個調查樣地。同時在礦區南15km處未受采礦干擾的草原對照區設置1個調查樣地。

　　在每個5m×5m調查樣地隨機設置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。混合后裝入自密封塑料袋帶回實驗室風干。采用半微量凱氏法(SemimicroKjeldahlmethod)和電感耦合等離子體質譜法(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

　　寶日希勒礦區位于內蒙古自治區呼倫貝爾市，地理坐標為東經115°31′—126°04′，北緯47°05′—53°20′。該區域屬于溫帶大陸性季風氣候，冬季嚴寒漫長，夏季溫涼短促，春秋風多而干燥。年平均氣溫⁃1℃，年平均降水量398mm[26]。區域內以草甸草原為主，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年開始投產運營，目前生產能力約為3000萬t/a。在呼倫貝爾草原寶日希勒礦區周圍共采集了112個土壤樣點。

　　在礦區的東、東北、北、西北、西和南方向共設置了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，采樣區包括草原的原狀區和復墾區，盡可能避開牧區、河流、道路和人為設施，但有個別樣點位于農業區(小麥種植)旁側。同時在礦區南10km處未受采礦干擾的草原對照區設置1個調查樣地。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干。采用半微量凱氏法和電感耦合等離子體質譜法測定土壤中TOM、N、P、K的含量。

　　1.2研究方法

　　草原生態環境損害評估鑒定工作包括評估準備、損害確認調查、因果關系和機理分析、生態環境損害量化評估和損害賠償及修復共6個方面。土壤基線的判定在草原生態環境損害評價中至關重要，是草原生態損害量化的前提[28]。通過確定損害區域的土壤基線，再與當下生態環境狀態進行比較，通過兩者的差異來判定損害程度，繼而為后續的生態損害量化評估和責任判定提供依據[29]。

　　本研究采用歷史數據法、參考點位法、統計點位法共3種方法判定礦區周邊草原土壤養分基線，包括土壤中TOM、N、P、K的含量，研究采礦對周邊草原土壤養分的影響程度，并分析3種基線判定方法的科學性與適用性。

　　歷史數據法選用中國土壤數據庫中錫盟、呼倫貝爾市1998⁃2010年的土壤養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的樣本平均值作為基線值。統計點位法包括群體分布法和三分位法。群體分布法(PopulationDistributionMethod)由美國環保署(U.S.EPA)提出，用于研究人類干擾較強地區基線的方法[31]。該方法以評價區內全部有效樣點(去除已知損害嚴重的樣點)為樣本集，選擇每個指標數據頻數分布的后25%作為該地區的基線值[32]。

　　本研究將采集的土壤樣本各養分指標值按從大到小順序排列，預設含量高為土壤質量良好，排除約10%受損樣本，選擇每個指標值最高四分位的數值作為基線值。三分位法(TrisectionMethod)也是由美國環保署提出，用于研究受人類干擾程度較小地區基線的方法[33]。該方法使用全部樣本數據，將各指標值按從大到小順序排列，選擇指標數值最大的前三分之一的中位數作為基線值[34]。

　　2草原礦區土壤損害基線的判定與討論

　　2.1土壤基線的判定結果與分析

　　首先通過群體分布法、三分位法計算得出勝利礦區、寶日希勒礦區的土壤養分基線值，再將兩種方法所得的數值取平均值，作為統計點位法得出的基線值。

　　勝利礦區的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，但低于統計點位法基線值、明顯低于歷史數據法基線值�？梢妱倮�礦區總體土壤養分與參考點位法中未受采礦干擾的草原對照區差異相對較小，但土壤的平均N含量與歷史數據值的差異較大，說明目前的礦區草原及對照區草原的土壤環境已與歷史狀態發生了變化，如自然演變等原因，導致了土壤中N含量的下降。對勝利礦區樣本與對照區進行差異顯著性檢驗，發現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土壤中TOM、N、P、K養分含量未見明顯的影響。寶日希勒礦區土壤中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據法基線值和統計點位法基線值，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。

　　對寶日希勒礦區樣本與對照區進行差異顯著性檢驗，發現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，但低于歷史數據法和統計點位法所得的基線值�？梢姴傻V對寶日希勒礦區土壤中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，但結果之間存在差異，3種方法各有優缺點。歷史數據法反映了研究區草原的歷史真實狀態，可作為生態環境損害評估鑒定的重要標準[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。統計點位法所采用的群體分布法和三分位法由于對數據的篩選、計算方式的不同，導致結果不同。本研究中，由于樣點選取的隨機性以及土壤空間異質性，個別樣點的某些指標異常，如寶日希勒礦區分布在西南方向農田區域的部分樣點，由于受到農業活動干擾，養分含量極高，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]，其判定標準比群體分布法更為嚴格，保留所有樣本數據，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果差異不大。綜上而述，統計點位法的計算過程簡單便捷，對數據的利用度高，適合在人為干擾程度較低的草原區使用。

　　環境論文投稿刊物：《農業資源與環境學報》(雙月刊)創刊于1984年，是由農業部主管，農業部環境保護科研監測所、中國農業生態環境保護協會聯合主辦的科技期刊。主要報道交流農業資源、農業環境等領域新理論新技術新方法和實踐經驗，為促進農業資源與環境學科發展提供理論技術支持。

　　3結論

　　本研究以內蒙古錫盟勝利礦區、呼倫貝爾市寶日希勒礦區為研究對象，對礦區土壤中TOM、N、P、K含量進行采樣分析和基線判定。結果表明，勝利礦區土壤養分值與參考點位法基線值差異較小，采礦對勝利礦區土壤養分含量未見直接的影響。寶日希勒礦區土壤中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。對于草原礦區的土壤基線判定，建議優先采用參考點位法，同時將歷史數據法和統計點位法用于檢驗對比。

　　參考文獻(References)：

　　[1]成金華，尤喆.“山水林田湖草是生命共同體”原則的科學內涵與實踐路徑.中國人口·資源與環境，2019，29(2)：1⁃6.

　　[2]XuYQ，WanSQ，ChengWX，LiLH.ImpactsofgrazingintensityondenitrificationandN2Oproductioninasemi⁃aridgrasslandecosystem.Biogeochemistry，2008，88(2)：103⁃115.

　　[3]CostanzaR，d′ArgeR，deGrootR，FarberS，GrassoM，HannonB，LimburgK，NaeemS，O′NeillRV，ParueloJ，RaskinRG，SuttonP，vandenBeltM.Thevalueoftheworld′secosystemservicesandnaturalcapital.Nature，1997，387(6630)：253⁃260.

　　[4]白永飛，趙玉金，王揚，周楷玲.中國北方草地生態系統服務評估和功能區劃助力生態安全屏障建設.中國科學院院刊，2020，35(6)：675⁃689.

　　[5]BalvaneraP，PfistererAB，BuchmannN，HeJS，NakashizukaT，RaffaelliD，SchmidB.Quantifyingtheevidenceforbiodiversityeffectsonecosystemfunctioningandservices.EcologyLetters，2006，9(10)：1146⁃1156.

　　[6]WangLY，XiaoY，RaoEM，JiangL，XiaoY，OuyangZY.AnassessmentoftheimpactofurbanizationonsoilerosioninInnerMongolia.InternationalJournalofEnvironmentalResearchandPublicHealth，2018，15(3)：550.

　　作者：張軼群1，2，吳迪3，李嘉珣4，付曉1，∗，吳鋼1，

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