張浩然， 楊 晴， 宋長明， 吳 華， 辜 彬　(四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610064)

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露采礦山生態(tài)恢復(fù)植被群落構(gòu)建策略研究

張浩然， 楊 晴， 宋長明， 吳 華， 辜 彬*(四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610064)

摘要以舟山慶豐采石場為研究對象，對人工恢復(fù)坡體2010年及2015年2個時間節(jié)點植被以及周邊自然坡體原生植被展開調(diào)查，分析各個階段植被資源的差異，結(jié)果表明：與自然坡體植被資源相比，恢復(fù)10 a的人工坡體物種豐富度更高。比較不同時期群落結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果表明：不同時期群落結(jié)構(gòu)均與最初設(shè)計群落有很大差別，與自然坡體群落結(jié)構(gòu)相比，恢復(fù)5 a的人工坡體群落結(jié)構(gòu)層次單一，可視為先鋒群落，恢復(fù)10 a的群落結(jié)構(gòu)層次更為復(fù)雜，穩(wěn)定性高?？偨Y(jié)10 a修復(fù)經(jīng)驗，提出植物群落構(gòu)建策略，為今后礦山生態(tài)恢復(fù)提供參考。

關(guān)鍵詞露采礦山；生態(tài)恢復(fù)；群落

Study on Opencast Mine Ecological Restoration Vegetation Community Construction Strategy

ZHANG Hao-ran,YANG Qing, SONG Chang-ming, GU Bin*et al

(College of Life Science, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610064)

AbstractTaking Qingfeng quarry in Zhoushan City as the study object, the artificial vegetation and surrounding natural native vegetation of artificial restoration slope were investigated in 2010 and 2015, the vegetation resources in different periods were also analyzed.The results showed that the decade artificial restoration slope has a higher species richness compared with the natural slope.Comparing the community structure changes in different periods, the results indicated the community structure in each period are very different from original designed community.What's more, when compared with the community structure of natural slope, the five years' restoration slope has simple community structure, which can be regarded as a pioneer community; when compared with the community structure of natural slope, the community structure of the decade artificial restoration slope is more complex and higher stability.Meanwhile, the restoration experiences in ten years were summarized, several plant communities building strategies were proposed, which can provide a reference for mine ecological restoration in the future .

Key wordsOpencast mine; Ecological restoration; Community

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度不斷加大，對各類礦產(chǎn)資源的需求急劇增加，露采礦山的數(shù)量和規(guī)模也迅速增加和擴(kuò)大，對環(huán)境和景觀造成了嚴(yán)重的破壞，因此對露采礦山的治理顯得急切而又必要。礦山生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵是植被恢復(fù)[1]，植被恢復(fù)的最終目的是構(gòu)建穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。深入研究礦山生態(tài)恢復(fù)過程中邊坡植被的群落結(jié)構(gòu)和演替過程，將有助于結(jié)合工程措施更好地進(jìn)行礦山生態(tài)恢復(fù)[2]，對工程設(shè)計、植物配置以及成效預(yù)判有著重要的指導(dǎo)意義。

我國露采礦山分布多，分布面廣，在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的省區(qū)，其多分布在城市邊、道路邊、湖邊和風(fēng)景名勝區(qū)[3]，而分布在城市邊的露采礦山對城市環(huán)境和景觀的影響尤為嚴(yán)重。城市邊緣區(qū)是城市化發(fā)展和城市土地開發(fā)中最活躍的區(qū)域，該區(qū)域的人類活動較其他地區(qū)更為復(fù)雜，景觀格局和生態(tài)過程更具有特殊性，景觀生態(tài)問題和生態(tài)安全問題也更為突出[4]。城市邊露采礦山是人類活動在城市邊緣區(qū)的特殊遺留，對其生態(tài)修復(fù)的研究顯得任重而道遠(yuǎn)。為此，筆者以舟山市定海區(qū)邊上的慶豐采石場為例，對城市邊露采礦山生態(tài)恢復(fù)群落構(gòu)建進(jìn)行研究，為實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)和景觀營造提供參考。

1研究背景

1.1慶豐露采礦山生態(tài)恢復(fù)工程概況慶豐采石場位于舟山市定海區(qū)東南部火龍崗山西麓。該采石場在極大地推動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時也嚴(yán)重破壞了自然山體環(huán)境，形成寬300 m以上、高近140 m的人工高陡邊坡，巖體裸露面積達(dá)7.0萬m2。該采石場生態(tài)恢復(fù)工程于2006年5月6日開始，至2007年7月28日完工。主體工程由下至上分為14級坡面。其中1～4級坡坡度較緩，坡比為1∶1；5～11級坡坡度最陡，坡比為1∶0.5；12～14級坡坡比為1∶0.75。筆者所在實驗室從工程設(shè)計伊始就參與到該項目中，自2006年5月至2015年5月對采石場生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行了長達(dá)10 a的跟蹤調(diào)查，取得了豐富的研究資料。

1.2慶豐露采礦山自然條件采礦邊坡區(qū)位于浙東沿海中生代火山巖帶的北段，外圍構(gòu)造以北東向斷裂為主，南北向、北西向斷裂為輔，距區(qū)域性深大斷裂較遠(yuǎn)。土壤以紅壤為主，屬北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋性氣候，冬暖夏涼，雨量充沛，年平均溫度為16.3 ℃，年平均降雨量為1 318.8 mm，年平均蒸發(fā)量為1 226.6 mm，全年平均風(fēng)速為3.4 m/s。

2植被群落恢復(fù)設(shè)計

人工恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的群落構(gòu)建是通過植物設(shè)計來實現(xiàn)的，設(shè)計主要遵循特殊生境相適應(yīng)、適地適樹、物種多樣性、坡度適宜、景觀性等原則，擬通過合理的植物配置設(shè)計構(gòu)建穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，完成礦山的生態(tài)恢復(fù)。具體的植物配置方案如表1、2所示。

表1　植物群落配置方案

表2　混合種植物配置

3人工坡體與自然坡體植物資源概況

2010年與2015年對慶豐采石場進(jìn)行了植被種類調(diào)查。2010年人工坡體共有植物42種隸屬于20科(表3)；2015年人工坡體共有植物46種隸屬于28科(表4)；慶豐采石場周邊同一朝向的相鄰自然坡體共有植物51種隸屬于31科[5](表5)。

表3　2010年人工坡體植被

表4　2015年人工坡體植被

4植被群落分析

4.1不同時期不同坡體植被資源差異群落演替初期，一年生草本植物(先鋒物種)占據(jù)優(yōu)勢，但隨著時間的推移和演替的進(jìn)行，植物種類和數(shù)量逐漸增加，群落結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，物種多樣性發(fā)生明顯的變化[6]。恢復(fù)5 a的人工坡體有植物42種(隸屬于20科)，其中草本18種，木本24種，草本與木本所占百分比分別為43%與57%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶1.3；恢復(fù)10 a的人工坡體有植物46種(隸屬于28科)，其中草本18種，木本28種，草本與木本所占百分比分別為40%與60%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶1.6；自然山體生長植物51種(隸屬于31科)，其中草本植物15種，木本植物36種，草本與木本所占百分比分別為29%與71%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶2.4(圖1)?；謴?fù)5 a與10 a相比，雖然種數(shù)差別只有4種，但差了8個科，植物的豐富度差距明顯；恢復(fù)10 a與自然山體植被相比，雖然物種豐富度已很接近，但草本植物與木本植物的比例相差很大，說明群落穩(wěn)定性還存在一定差距。

表5　2015年自然坡體植被

圖1　不同時期不同坡體木本植物與草本植物種類百分比Fig.1　Proportion of ligneous and herbal plants in different periods and slopes

4.2自然坡體與不同時段人工坡體植物群落構(gòu)成與最初的群落設(shè)計(表1)相比，恢復(fù)5 a(表6)和恢復(fù)10 a(表7)的人工坡體群落結(jié)構(gòu)有明顯的不同，群落形成過程均按設(shè)計的群落模式發(fā)展?；謴?fù)5a的植被群落結(jié)構(gòu)單一，以灌木和草本為主；植被豐富度低，基本以豆科和禾本科植物為主；植被活力不強(qiáng)?；謴?fù)10 a的植被群落有更復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)層次，即喬-灌-草結(jié)構(gòu)完整；植物豐富度更高，活力更強(qiáng)，有更多科屬的植物種類；植被生長茂盛，群落結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。相比而言，恢復(fù)10 a的人工坡體有更多的植物入侵，這對生態(tài)恢復(fù)大有益處，但與自然坡體的植被群落(表8)相比仍有差距，盡管恢復(fù)10 a的人工坡體植被群落的喬-灌-草結(jié)構(gòu)完整，但木本植物與草本植物的比例不夠合理，木本植物偏少；恢復(fù)10 a的植被群落物種豐富度雖已接近自然群落，但木本植物分布不均勻，且整體密實度低，可見生態(tài)恢復(fù)是一個漫長的過程。

表6　2010年人工坡體植物群落構(gòu)成

從現(xiàn)場調(diào)研來看，就整個人工坡體而言，雖然整體復(fù)綠已達(dá)100%，但不同坡度的群落結(jié)構(gòu)層次不同：1～4級坡坡度較緩，喬-灌-草群落結(jié)構(gòu)完整，且密實度較高；5～14級坡坡度較陡，且越往上風(fēng)害越強(qiáng)，水土保持難度越大，故該區(qū)位草本植被生長茂盛，喬灌類相對較少，群落密實度低，可見工程措施與植被群落的構(gòu)建有很大關(guān)系。此外，人工坡體鮮有高大成熟植株，因此仍需更長時間的恢復(fù)、生長以形成自然、穩(wěn)定的基礎(chǔ)骨架，從而實現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)的動態(tài)平衡。

表7　2015年人工坡體植物群落構(gòu)成

表8　2015年自然坡體植物群落構(gòu)成

5露采礦山生態(tài)修復(fù)植物群落構(gòu)建策略

城市邊露采礦山生態(tài)修復(fù)的植物群落構(gòu)建應(yīng)主要考慮兩個方面的功能：生態(tài)性和景觀性。其中，生態(tài)性是基礎(chǔ)，即改善環(huán)境，調(diào)節(jié)小氣候，維持生態(tài)平衡；景觀性是目的，即營造宜人的自然景觀，美化環(huán)境，豐富人們的視覺體驗并提供良好的文化娛樂場所。合理的植物配置是形成穩(wěn)定群落的關(guān)鍵，也是形成長期景觀效果和發(fā)揮持續(xù)生態(tài)效益的前提[7]。為此，筆者總結(jié)慶豐采石場10 a修復(fù)經(jīng)驗，提出以下幾種植物群落構(gòu)建策略。

5.1礦山生態(tài)恢復(fù)分階段實施對慶豐采石場10 a跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，礦山的生態(tài)恢復(fù)是一個漫長的過程。參考慶豐采石場10 a恢復(fù)過程中植物群落的演替過程，可進(jìn)行分階段設(shè)計演替，即通過前期的植物設(shè)計先構(gòu)建先鋒群落，然后逐漸過渡到近自然的穩(wěn)定群落結(jié)構(gòu)。

5.2優(yōu)化植被種類可適當(dāng)增加豆科、禾本科植物。豆科植物有較強(qiáng)的固氮能力，引入豆科植物，利于改良土壤并促進(jìn)其他植物的生長；禾本科植物抗耐性好，生長能力強(qiáng)，適宜早期群落的構(gòu)建。植物群落的構(gòu)建受當(dāng)?shù)貧夂蚺c環(huán)境的影響非常大，鄉(xiāng)土植物能更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，提高苗木的成活率及群落的建成度并具有較高的辨識度，形成突出的地域特色。應(yīng)充分利用篩選優(yōu)化的鄉(xiāng)土樹種作為群落構(gòu)建的骨干樹種或基調(diào)樹種，優(yōu)先占有生長空間，并相應(yīng)營造出適宜其他植物生存的空間，利用這些環(huán)境條件栽植適應(yīng)性較差的景觀樹種，逐步演替形成群落多樣性和物種多樣性[8]。

5.3考慮植物間的化感作用及協(xié)同生長效應(yīng)化感作用是植物間相互作用的一種，指一種植物通過向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)對另一種植物(包括微生物) 所產(chǎn)生的直接或間接的傷害或促進(jìn)作用[9]。如檸檬桉皮、葉和根系分泌物中含有的水溶性或揮發(fā)性化感物質(zhì)能抑制其周圍灌草的生長[10]；丁香、薄荷、刺槐、月桂分泌的芳香物質(zhì)會影響相鄰植物的生長；榆樹分泌的化感物質(zhì)會使櫟樹發(fā)育不良；菊科植物的化感物質(zhì)在對受體植物表現(xiàn)出促進(jìn)生長作用的同時也會抑制某些雜草的生長[11]。此外，一些植物聚居會表現(xiàn)出協(xié)同生長的效應(yīng)，如普陀樟常和紅楠、珊瑚樹、野梧桐、蚊母樹等混生，表現(xiàn)出協(xié)同生長的效應(yīng)。在構(gòu)建植物群落的時候應(yīng)充分考量植物間的相互作用，去弊存利，合理地安排植物間的組合。

5.4綜合利用植物生長習(xí)性與特殊地形慶豐采石場作為城市邊露采礦山有其特殊的地形條件，即山高坡陡。這種特殊的地形條件在構(gòu)建植物群落進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的時候相較于平穩(wěn)的地形條件有著明顯的劣勢——不利于保持水土，無法為植物創(chuàng)造理想的生境條件，進(jìn)而增加生態(tài)恢復(fù)的難度，但不利的地形特征又彰顯出獨特的優(yōu)勢，即有較好的層次感，景觀的可塑性強(qiáng)，透氣、透光性好，有益于初始群落的建成。普通平緩地形條件下群落的構(gòu)建易出現(xiàn)極端化現(xiàn)象，一是木本喬灌的生長致使草本植物光照資源匱乏，最終導(dǎo)致草本植物生長不良，甚至缺失；二是草本植物的瘋狂生長強(qiáng)占了木本喬灌的生態(tài)位，最終造成喬灌層稀缺，這兩種極端都不能形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。在進(jìn)行特殊地形群落構(gòu)建的時候應(yīng)抓住其優(yōu)勢，利用植物自身的生長習(xí)性，選擇耐旱、耐貧瘠，對土壤要求不苛，深根性的植物種類。

5.5 前養(yǎng)后放，進(jìn)行科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)管理植被種植前期，由于水肥、土體、根系等尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其抵抗力不強(qiáng)、扎根生長的能力不足，故在初期需要較多的人為干預(yù)，應(yīng)“精于養(yǎng)”。但就長遠(yuǎn)來看，“養(yǎng)”只是一時，最終還是“放”。所謂“放”，即在土體、根系穩(wěn)定之后采取粗放式管理，減少直至消除人為干預(yù)，保證植物自由生長，提高植株自身的抗性，同時提供一個開放的空間，增加群落的豐富度和穩(wěn)定性，促進(jìn)其恢復(fù)至近自然狀態(tài)。

5.6采取適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)措施采取適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)措施以達(dá)到滿足植被生長基礎(chǔ)的物理和化學(xué)條件[12]，物理條件：具有透水性、適當(dāng)?shù)挠捕?、適度的保水性、具有與植物種類和

大小相應(yīng)的深度與廣度；化學(xué)條件：無有害物質(zhì)、適當(dāng)?shù)耐寥浪岫取⒁欢ǖ酿B(yǎng)分。此外，采取創(chuàng)新型工程技術(shù)措施也是構(gòu)建植被群落的關(guān)鍵，如在硬度較大的土質(zhì)邊坡或穩(wěn)定巖質(zhì)邊坡上打生態(tài)孔，這是一種按一定平面布置在邊坡上鉆孔，然后在孔體內(nèi)填土進(jìn)行綠化的方法[13]。該方法在保持坡體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上充分?jǐn)U大了植物根系延伸的深度和廣度，縮短了植被生根固體的時間，利于群落的建成。

6結(jié)語

采礦廢棄地的生態(tài)恢復(fù)是環(huán)境治理利用的重點工程，該研究總結(jié)了慶豐采石場10 a生態(tài)恢復(fù)的成果，分析了植被群落的演替過程，并提出了露采礦山生態(tài)恢復(fù)植物群落構(gòu)建策略，以期為今后的礦山生態(tài)恢復(fù)提供參考。但考慮到城市邊露采礦山特殊的地理位置，其生態(tài)恢復(fù)在群落構(gòu)建的基礎(chǔ)上又多了更高層次的景觀需求，目前該領(lǐng)域的研究尚顯不足，未來應(yīng)在加強(qiáng)理論研究的基礎(chǔ)上積極地進(jìn)行實踐探索，促使露采礦山的生態(tài)恢復(fù)工作再上新臺階。

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中圖分類號S 731.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-191-06

收稿日期2016-02-14

作者簡介張浩然(1989- )，男，河南開封人，碩士研究生，研究方向：植物景觀配置。*通訊作者，教授，博士，從事邊坡生態(tài)工程研究。