趙敏慧,楊禮攀,楊中寶,王 躍

(1.玉溪師范學(xué)院,云南 玉溪653100;2.云南中醫(yī)學(xué)院,昆明 650500)

磷礦是撫仙湖流域的重要資源,在澄江縣具有20余年的開采歷史。磷礦開采引發(fā)的水土流失成為撫仙湖的一個(gè)重要污染源。礦區(qū)水土流失這一面源污染的形式,除對(duì)本區(qū)域產(chǎn)生影響外,還會(huì)對(duì)更大范圍內(nèi)的土地利用、水文條件產(chǎn)生影響[1]。礦山廢棄地對(duì)土地的侵占和環(huán)境污染已成為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素[2-4],因此磷礦開采的植被和生態(tài)恢復(fù)是該區(qū)域環(huán)境治理的主要措施。

植被所表現(xiàn)出的固持土壤、保持水土、凈化環(huán)境是生態(tài)建設(shè)的重要目標(biāo),同時(shí)也產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,成為礦山生態(tài)恢復(fù)和重建的核心。竹林是易栽易管的一類經(jīng)濟(jì)林,在撫仙湖流域分布廣泛,生長良好,并具有較強(qiáng)的水土保持效能,可選作磷礦開采廢棄地的恢復(fù)林種[5-6]。而恢復(fù)林種內(nèi)物種的配置(選擇)適當(dāng)與否是植被恢復(fù)工作成敗的關(guān)鍵之一[7]。為恢復(fù)和改善撫仙湖磷礦開采區(qū)生態(tài)環(huán)境,提高地方民眾的經(jīng)濟(jì)收入,通過野外調(diào)查,對(duì)撫仙湖流域經(jīng)濟(jì)效益較高的竹林群落特征及群落內(nèi)物種地位進(jìn)行了分析,制定了磷礦開采廢棄地恢復(fù)竹林群落的最佳物種配置方案,以使竹林在恢復(fù)中通過合理的樹種配置,增加物種多樣性,在短期內(nèi)發(fā)揮最大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究區(qū)概況

撫仙湖磷礦開采區(qū)位于撫仙湖東北角,玉溪市澄江縣城東,東經(jīng) 102°56′-103°01′,北緯 24°37′-24°46′。開采區(qū)面積7 244.27 hm2,占流域總面積的10.28%,總儲(chǔ)量4億t,品位高,易開采。本區(qū)屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候,干濕季節(jié)分明,雨熱同季,年平均氣溫16.5℃,最冷月1月平均氣溫 8.3℃,最熱月 7月平均氣溫20.5℃,年降水量900～1 200 mm,年日照時(shí)數(shù)為2 141.8 h。土壤有紅壤、黃棕壤、水稻土,以紅壤為主。地帶性植被是以殼斗科(Fagaceae)、樟科(Lauraceae)、茶科(Theaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)植物為優(yōu)勢種的半濕潤常綠闊葉林。但該區(qū)由于開發(fā)時(shí)間較早,人為破壞嚴(yán)重,目前半濕潤常綠闊葉林僅殘留39.40 hm2,占整個(gè)開采區(qū)的0.54%,在磷礦開采區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)作用有限。目前地表植被以旱地栽培植被面積最大,為2 749.61 hm2,占磷礦開采區(qū)面積37.96%。其次是次生植被華山松林和云南松,兩者面積合計(jì)占開采區(qū)的31.71%,其它植被類型均面積較小,且呈零散分布狀態(tài)。磷礦開采廢棄地面積119.70 hm2,雖只占開采區(qū)面積的1.65%,但因常年深度剝離式的開采方式對(duì)地表植被破壞較大,又缺乏有利的開采面恢復(fù)措施,雨季表土隨徑流流失,增加了撫仙湖的污染負(fù)荷。

2 研究方法

依分散典型取樣原則,在研究區(qū)竹林群落成片分布的地段,選取樣地進(jìn)行群落調(diào)查。樣地形狀不限,依地形而定,共設(shè)置樣地3個(gè),單個(gè)面積25 m2(5 m×5 m)。在每個(gè)樣地內(nèi)每木調(diào)查喬木、灌木,并分別設(shè)置面積為1 m×1 m的小樣方5個(gè),調(diào)查草本植物。在設(shè)置的群落樣地內(nèi),用法瑞學(xué)派方法調(diào)查每個(gè)樣方的植物種類、每種植物的存在度、生活型、多優(yōu)度、群集度、高度及群落蓋度。存在度用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級(jí)表示。生活型采用Raunkiaer系統(tǒng)表示,即以休眠或復(fù)蘇芽所處的位置高低和保護(hù)的方式分為以下幾類:高位芽植物(Ph),地上芽植物(Ch),地面芽植物(H),地下芽植物(G)和一年生植物(T)[7]。

多優(yōu)度采用+～5六級(jí)制[8],即蓋度-多度級(jí),以蓋度為主結(jié)合多度,各等級(jí)表示樣地內(nèi)某種植物的種蓋度大小值。各等級(jí)含義分別為:5:種蓋度在75%以上者;4:種蓋度在50%～75%以上者;3:種蓋度在25%～50%者;2:種蓋度在5%～25%者;1:種蓋度在5%以下,或數(shù)量尚多者;+:種蓋度很小,數(shù)量也少,或單株。根據(jù)蓋度等級(jí),同時(shí)體現(xiàn)了被調(diào)查的樣地總數(shù)和物種在樣地的出現(xiàn)次數(shù)計(jì)算得到蓋度系數(shù)。群聚度級(jí)采用5級(jí)制,以聚生狀況與蓋度相結(jié)合,各等級(jí)含義為:5:集成大片,背景化;4:小群或大塊;3:小片或小塊;2:小叢或小簇;1:個(gè)別散生或單生。

然后計(jì)算每個(gè)物種的綜合優(yōu)勢比,綜合優(yōu)勢比=(蓋度比+高度比)/2×100%,其中蓋度比=某一物種的蓋度/樣地中蓋度最大的物種蓋度×100%,高度比=某一物種的高度/樣地中高度最大的物種高度×100%。

3 竹林群落特征及各植物種在群落中的地位分析

3.1 竹林群落特征

自然竹子(Phyllostachys decora)種群多為森林下的伴生種類,隨著原生森林的毀壞逐漸發(fā)展成林,并能形成維持相當(dāng)時(shí)間的穩(wěn)定群落,或村寨附近由人工栽培自然發(fā)展成林。研究區(qū)竹林面積合計(jì)21.19 hm2,占該區(qū)域面積的0.29%,多為人工種植發(fā)展而來的單優(yōu)群落,生長迅速,3～5 a便可成林,總蓋度較高,多分布于水濕條件較好的溝箐中。調(diào)查樣地內(nèi)竹林高6～12 m,莖干粗1.5～4 cm,生長茂密,在25 m2的樣地內(nèi),竹子生長整齊,有62～150株,每公頃可達(dá)18 000～45 000株。林內(nèi)除建群種美竹及草本紫荊澤蘭外,其它物種均是樣地四周傳播進(jìn)來的本地鄉(xiāng)土種。調(diào)查樣地內(nèi)共有18種植物,總物種數(shù)較低,單個(gè)樣地5～12種,且各物種個(gè)體數(shù)少、多優(yōu)度-群聚度較低,介于+.1～2.2之間(見表1)。竹類因具有特殊的生活型,在植被分類中作為一個(gè)單獨(dú)的植被類型(見表1、表2)。

3.2 竹林群落樣地存在度4級(jí)及4級(jí)以上物種在群落中的地位

樣地1有物種9種,存在度4級(jí)及4級(jí)以上的6種,灌木層土茯苓、滇山茶綜合優(yōu)勢比0.75,巴豆藤0.69,在該層占相對(duì)優(yōu)勢,另外有梁王茶單株出現(xiàn);草本層存在度4級(jí)以上的只有沿階草1種出現(xiàn)。樣地2總物種數(shù)5種,存在度4級(jí)以上的除美竹外只有土牛膝1種以單株出現(xiàn)。樣地3有物種12種,存在度4級(jí)及4級(jí)以上的7種,其中灌木層中巴豆藤綜合優(yōu)勢比1,滇山茶0.91,土茯苓0.87,梁王茶0.62,優(yōu)勢比依次降低;草本層綜合優(yōu)勢比沿階草為1最占優(yōu)勢,其次是土牛膝0.56。因此竹林群落中除美竹之外優(yōu)勢度較高的物種是:灌木層:土茯苓、滇山茶、梁王茶和藤本植物巴豆藤,草本層:沿階草、土牛膝(見表3)。

表1 竹林群落樣地環(huán)境

表2 竹林群落樣地物種特征

表3 竹林群落樣地存在度四級(jí)及以上物種綜合優(yōu)勢比

4 竹林群落內(nèi)的物種配置

4.1 物種選擇原則

為使恢復(fù)后的竹林群落結(jié)構(gòu)合理、功能完善,物種多樣性豐富,群落內(nèi)物種的配置應(yīng)依待恢復(fù)地段的立地條件,按“喬灌草藤結(jié)合”的原則,選擇既要具有固坡、防止水土流失等生態(tài)防護(hù)作用,又要有利于景觀美化的樹種。具體的種類選擇則要考慮以下特點(diǎn):(1)根系發(fā)達(dá)、生長快;(2)適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性好;(3)具固氮能力;(4)當(dāng)?shù)貎?yōu)良的鄉(xiāng)土樹種和先鋒樹種;(5)種源易于人工繁殖,易栽易管;(6)樹種不僅經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,還具有多功能效益。

4.2 物種配置方案

竹林由于受到較多人為干擾,物種多樣性低,但竹林更多是作為經(jīng)濟(jì)的考慮而栽培的,因此為了提高人工竹林群落的物種豐富性和穩(wěn)定性,可適當(dāng)配置竹林樣地內(nèi)存在度4級(jí)及以上物種。同時(shí)可在林內(nèi)適當(dāng)?shù)呐渲玫針?、黃連木(Pistacia chinensis)等常綠闊葉林的優(yōu)良喬木樹種,火棘(Pyracantha f ortuneana)、常綠薔薇(Rosa longicuspis)等適應(yīng)性較強(qiáng)的灌木,以及地石榴(Ficus ticoua)、葛根(Pueraria lobata)等具不定根,有較強(qiáng)萌生性,能在較短時(shí)間內(nèi)覆蓋大面積地表,護(hù)坡,護(hù)土效果良好的藤本植物。這樣既可以增加竹林的物種豐富度和覆蓋度,也可使作為經(jīng)濟(jì)林使用的竹林也不至于因竹子的砍伐而破壞群落結(jié)構(gòu)。

具體的物種配置在礦區(qū)土地復(fù)墾后分3個(gè)地段來施行:在開采斜坡區(qū)、平臺(tái)區(qū)、集水區(qū)、表土堆積區(qū),沿等高線帶狀整地,選種研究區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的闊葉樹種和竹林群落內(nèi)的美竹和優(yōu)勢灌木樹種,以起到構(gòu)建群落的作用;在開采陡坎區(qū),選用研究區(qū)廣泛分布的耐貧瘠、干旱、萌生性強(qiáng)、護(hù)坡,護(hù)土效果良好、生長迅速的藤蔓植物,如地石榴、葛根、巴豆藤等,以提高土壤的保水性和快速改善干旱、貧瘠的小環(huán)境;在待恢復(fù)地段附近劃出小片水肥條件較好的區(qū)域做補(bǔ)植區(qū),并在其上栽種待恢復(fù)優(yōu)勢喬木種和成活率高、具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、美化效果的火棘、常綠薔薇做后備補(bǔ)充,同時(shí)在廢棄平臺(tái)區(qū)植入美竹、慈竹(Af f inis(Rendle)McClure)、滇樸、黃連木。這樣,通過營造喬灌草藤復(fù)層林,將對(duì)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)起到較好的作用。

5 結(jié)語

竹林青翠挺拔、冠形優(yōu)美,生長迅速,是優(yōu)良的庭院綠化樹種,也是高山風(fēng)景區(qū)之優(yōu)良風(fēng)景林樹種,也是當(dāng)?shù)厝罕娤矏鄣慕?jīng)濟(jì)林,易栽易管,具較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)在水源涵養(yǎng)、提高土壤抗蝕性和土壤營養(yǎng)成分含量方面效果較優(yōu)。因此竹林是磷礦開采廢棄地上做植被恢復(fù)的理想林種。但竹林生長需要較好的水分條件,只適宜在水分條件較好的山坳種值,而在水分條件較差的山坡上則不易成活。因此為了兼顧生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益,磷礦開采形成的低洼積水地帶可選竹子做植被恢復(fù),附近地帶可依具體地段的小生境差異,配置群落和研究區(qū)優(yōu)勢喬灌樹種及研究區(qū)耐貧瘠、干旱、萌生性強(qiáng)、護(hù)坡,護(hù)土效果良好、生長迅速的藤草植物。這將縮短群落從廢棄地到經(jīng)濟(jì)林的恢復(fù)和演替時(shí)間,使恢復(fù)后的竹林群落結(jié)構(gòu)合理、物種多樣性豐富,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,以盡快發(fā)揮磷礦開采區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 卞正富,張國良,胡喜寬.礦區(qū)水土流失及其控制研究[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1998,4(4):31-36.

[2] 藍(lán)崇鈺,束文圣,孫慶業(yè).采礦地的復(fù)墾[M]//陳昌篤.持續(xù)發(fā)展與生態(tài)學(xué).北京:中國科技出版社,1993:132-138.

[3] Dudka S,Adriano D C.Environmental impacts of metal ore mining and processing:a review[J].Journal of Environmental Quality,1997,26:590-602.

[4] Wong M H.Environmental impacts of iron ore tailings,the case of Tolo Harbour,HongKong[J].Environmental M anagement,1981,5:135-145.

[5] 趙敏慧,楊禮攀.基于現(xiàn)狀植物群落特征的東大河磷礦開采區(qū)植被恢復(fù)研究[J].玉溪師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,23(8):46-51.

[6] 張建萍,楊樹華,王寶榮.撫仙湖流域磷礦區(qū)主要植物群落水土保持效應(yīng)研究[J].西部林業(yè)科學(xué),2004,33(2):76-80.

[7] 呂福軍,王曉輝,劉成,等.通遼市科爾沁區(qū)適宜林種結(jié)構(gòu)和樹種配置的探討[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2003,18(1):50-52.

[8] 云南大學(xué)生態(tài)地植物研究室.昆明西山青崗櫟群叢的初步研究[C]//云南大學(xué)學(xué)術(shù)論文集.第五輯(生物分冊(cè)).1965.