李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266102

青島東部工礦廢棄地生態(tài)治理研究

李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266102

文章以青島東部廢棄建筑石材礦山治理工程為例，通過對植被系統(tǒng)中的植物生長勢、多樣性和蓋度，以及治理技術對土壤改良等方面的研究，對生態(tài)治理的效果進行評估。研究結果表明：坡面植被覆蓋達到95%以上，植物根部已經(jīng)深入營養(yǎng)基質(zhì)下部巖石裂縫；3個樣方的Simpson多樣性指數(shù)分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數(shù)較高且相差不大；植被恢復后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加。通過生態(tài)治理技術建立的植被總蓋度、植物密度和生長速度都高于自然植被；植物群落多樣性好，整體協(xié)調(diào)性高；該技術還能有效地改良土壤狀況，提高土壤生產(chǎn)力。

植被恢復，生態(tài)修復，群落，土壤改良

廢棄建筑石材礦山的植被系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境在工礦開采過程中被嚴重破壞，這不僅會造成粉塵污染、土壤污染、地下水污染，還會導致巖體滑坡、泥石流等嚴重自然災害。如何采取經(jīng)濟有效的措施恢復礦山區(qū)域的植被系統(tǒng)，治理廢棄采石礦山周邊遭到破壞的生態(tài)環(huán)境，已成為當前生態(tài)環(huán)境修復領域亟待解決的課題。采石場大部分區(qū)域都是坡比1∶0.75以上的邊坡，在這些條件惡劣、環(huán)境復雜的區(qū)域進行植被恢復和生態(tài)修復無疑增添了相關的技術難度[1]。

本研究提供的工礦廢棄地生態(tài)治理技術，優(yōu)化了噴播基質(zhì)的性能，該基質(zhì)具有結構穩(wěn)定性強、耐沖蝕程度高、保溫效果好等特點，能夠有效截留種植層的養(yǎng)分和水分，改良土壤狀況、極大提高植物的生長速度。該技術能使原有待修復區(qū)域形成喬、灌、草相結合的立體的、豐富的植物群落，可以取得良好的植被恢復效果。建立起的植被系統(tǒng)能為周圍生態(tài)環(huán)境增濕，以達到抑制揚塵、涵養(yǎng)水源的作用；植物根部還能分解或是提取場地的污染物質(zhì)；同時，植物根系扎根到巖石裂縫中，通過根系作用，固定坡面，減少山體自然災害的發(fā)生[2]。本文對形成的植物群落中的植物種類、數(shù)量、高度、植被蓋度以及土壤理化性質(zhì)進行研究，從物種多樣性、綠化效果和土壤改良幾個方面來證明工礦廢棄地生態(tài)性治理技術的可行性。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青島市嶗山區(qū)，該采石場已經(jīng)于多年前停止采石,由于受到人類采石的強烈干預,自然山體坡面的原有植被和土壤層遭到徹底清除,導致山體殘缺及功能缺失。大量的裸巖坡面破壞自然景觀的同時,已對生態(tài)環(huán)境構成嚴重威脅。本次治理工程包括坡面和坡面下部的區(qū)域，其中80%以上的坡面為巖質(zhì)坡面，山體坡度大于1∶0.75；坡面下部為坡面剝落的弱風化土壤層。本項目于2014年6月份團粒噴播適合植物生長的基質(zhì)層。

2 研究方法

2.1 邊坡清理與削坡工程

施工前對部分高險陡坡進行必要的清坡削坡處理,之后對山體敷設金屬網(wǎng)。對山體上的石渣及危石、浮石進行清理,保證金屬網(wǎng)鋪設的順利進行及施工安全。為了避免夏季集中降雨時山體匯水形成的水流對噴播土壤沖刷而導致的土壤流失問題，在山體頂部構筑截水溝,將夏秋季節(jié)因集中降雨而形成的匯水排離坡體,增加邊坡的安全性[3]。

2.2 噴播工藝

本工程采用濕式噴播工藝，將植物營養(yǎng)基質(zhì)噴制在采石場坡面上，該基質(zhì)配方選取的組成材料主要有：粘土 50%～60%；有機質(zhì)25%～35%；粘合劑10%～15%；保水劑、調(diào)節(jié)劑1%～3%(質(zhì)量比)。坡面噴制植物營養(yǎng)基質(zhì)層的厚度為6～7 cm，種子層的厚度為1～2 cm；坡面下部噴制很薄的一層植物營養(yǎng)基質(zhì)層，種子層的厚度為1～2 cm。

2.3 植物種類的選擇

生態(tài)性治理的植物種類主要選擇耐瘠薄、生命力頑強、綜合抗性較強的荒山造林先鋒植物,盡量選擇具有一定固氮能力的豆科植物種類[3]。該工程所選用的植物種類包括刺槐、火炬樹、紫穗槐、胡枝子、馬棘、黑麥草。其中刺槐、火炬樹為喬木，紫穗槐、胡枝子、馬棘為灌木，黑麥草為草本植物。

2.4 植被恢復和生態(tài)修復效果評估

人工植被在第2～3個生長年以后的生長狀況基本能反映植被恢復的效果，因此,可以在人工植被建立2年后進行恢復效果的評價[4]。選擇坡面上3塊典型的20 m2的區(qū)域作為調(diào)查樣方，對樣方內(nèi)的植物進行跟蹤觀測，評價該區(qū)域的植被長勢和覆蓋效果，本研究采用Simpson指數(shù)對建立的植物群落進行植物多樣性分析[5-7]。為研究植物基質(zhì)和植物生長對下部土壤理化性質(zhì)的影響，在坡面下部選取3個采樣點，對基質(zhì)層下部土壤的理化性質(zhì)進行分析。本文調(diào)查評價在2016年9月份進行。

3 結果與討論

3.1 植物數(shù)量、高度

坡面上喬木、灌木長勢良好(表1，表2)，刺槐、火炬樹和紫穗槐是優(yōu)勢植物。刺槐的數(shù)量最多，高度最高，3個樣方中刺槐平均高度為195.9 cm；馬棘的高度最小，3個樣方中平均高度為81.47 cm。 相對于種植在普通土壤中相同生長年限的植物，本研究坡面上的植株高度增加較明顯，說明本技術提供的植物營養(yǎng)基質(zhì)能夠促進植物的快速生長。除噴播種植的植物以外，在研究樣方中還零星分布有其他的藤本、草本植物，但數(shù)量較少；黑麥草作為坡面快速覆綠的初期植物，在前期起到固土保水的作用，隨著生長期的延長數(shù)量逐漸減少，本研究對這些植物不進行統(tǒng)計。

3.2 植被群落多樣性指數(shù)

植物多樣性是評價一個植物群落是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的重要指標[8]，Simpson指數(shù)基于種的數(shù)目、所有種的個體總數(shù)及每個種的個體數(shù)的多樣性指數(shù)，綜合反映了群落中種的豐富度和均勻度。

其中，Pi為物種i的比例，即Pi=Ni/N，其中Ni為樣方中第i 種物種的個體數(shù)，N為全部種的個體總數(shù)。S為樣方面積群落中植物種數(shù)，群落中種數(shù)越多，各種個體分配越均勻，指數(shù)越高，指示群落多樣性越好。

經(jīng)計算本研究3個樣方的Simpson多樣性指數(shù)分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數(shù)較高且相差不大，表明通過該生態(tài)性治理技術建立的植被種多樣性好，整體協(xié)調(diào)性高[5-7]。刺槐、火炬樹、紫穗槐、胡枝子和馬棘均勻的分布在坡面；野生草、灌植物出現(xiàn)在坡面中，且植被恢復區(qū)域的邊緣部分已進入與周圍自然植物群落相融合的階段。

表1 20 m2研究區(qū)域植物的數(shù)量 株

表2 20 m2研究區(qū)域植物的高度 cm

3.3 植物蓋度和坡面綠化效果

從圖1可以看出，在植被恢復的第4個月，喬、灌木植株逐漸增高，加上生長旺盛的黑麥草，使坡面快速覆綠，蓋度達到70%以上，顏色翠綠，取得較好的感官效果。圖1d為植被恢復與生態(tài)修復工程治理2年后坡面照片，喬、灌木快速生長，經(jīng)過2年的植被恢復，現(xiàn)有植物生長繁茂，顏色深綠，坡面植被覆蓋已達95%以上，整體協(xié)調(diào)性提高，形成了喬、灌、草共生的植被生態(tài)系統(tǒng)。

高植被覆蓋度有效地減少了雨水對坡面的沖刷，降低水土流失的程度，對部分刺槐和紫穗槐的調(diào)查表明，植物的根系已經(jīng)深入噴播基質(zhì)下層的巖石裂縫中，對坡面的固定起到積極的作用，有利于減少滑坡等地質(zhì)災害的發(fā)生。

3.4 對土壤理化性質(zhì)的影響

生態(tài)治理工程進行前土壤的容重較大，養(yǎng)分含量低，對水分的保持能力差，這都不利坡面的穩(wěn)定和植物的生長[9-10]。通過表3可以看出，與恢復前相比，治理工程開始2年后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加，特別是有效氮的含量增加明顯。現(xiàn)有土壤狀況已經(jīng)明顯改良，土壤生產(chǎn)力提升較大。

圖1 使用生態(tài)性治理技術治理前(a)與治理后2個月(b)、4個月(c)和2年(d)坡面植被效果比較

表3 土壤理化性質(zhì)變化對比

4 結論

通過工礦廢棄地生態(tài)治理技術建立的植被總蓋度、植物密度和生長速度都高于自然植被，形成了喬、灌、草共生的植被生態(tài)系統(tǒng)，植被恢復區(qū)域的邊緣已進入與周圍自然植物群落相融合的階段。坡面植被覆蓋達到95%以上，減少了水土流失，提高了坡面的穩(wěn)定性。該技術還能有效改良土壤理化性質(zhì)，實施治理后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加，有效地改良了土壤的狀況，提高了土壤的生產(chǎn)力。通過對青島東部廢棄建筑石材礦山修復效果進行評估，表明本研究提供的工礦廢棄地生態(tài)治理技術可以在條件惡劣、環(huán)境復雜的區(qū)域進行應用并取得良好的修復效果。

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Ecological Improvement of Industrial and Mining Wasteland in the East of Qingdao City

Li Chunlin Xu Jianping Qi Chuanlei Zang Xiaolong

(Qingdao Guanzhong Ecology Co , Ltd, Qingdao 266102, Shandong, China)

This paper took the abandoned quarry mine improvement project in the eastern part of Qingdao City as a case study to conduct the research on the growth potential, diversity and coverage of plant community as well as on the soil improvement technology and also evaluate the effect of ecological improvement. The result showed that more than 95% of slope area was covered by vegetation and plant roots went deep into the rock fracture; the Simpson diversity index of the three samples were 0.76, 0.76 and 0.75, respectively, which were relatively high and showed no big differences; soil bulk density decreased 17.61% after vegetation restoration, while the maximum water-holding capacity increased 15.07%, and nitrogen, phosphorus and potassium nutrient content increased significantly. The overall coverage, density and growth speed of plant community which was built with this improvement technology were higher than those of natural vegetation, and the diversity and overall coordination of this plant community is also high. In addition, this technology could also effectively improve the soil condition and increase the productivity of soil.

vegetation restoration, ecological rehabilitation, community, Soil improvement

2017-04-01

李春林(1967-)，男，高級工程師，從事植被恢復和生態(tài)修復工作，E-mail:kevinlee822@hotmail.com

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.04.013