汪慶 張治勝丁國(guó)民

(1.甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局哈溪保護(hù)站，甘肅 天祝 733206；2.甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 張掖 734000)

通過(guò)祁連山生態(tài)環(huán)境整治，實(shí)行嚴(yán)格的自然生態(tài)空間用途管制，祁連山保護(hù)區(qū)已清理退出了所有探采礦權(quán)，全面停止了探采礦活動(dòng)，但退化生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)并沒(méi)有終止。祁連山高海拔區(qū)域煤礦探采植被退化區(qū)由于地表破壞、土壤肥力差、原生植被生境被破壞、氣候冷涼植被生長(zhǎng)期短等因素，造成植被修復(fù)難度大。因此本文選擇祁連山東端雙龍煤礦整治區(qū)域作為祁連山典型高海拔煤礦植被退化區(qū)，通過(guò)試驗(yàn)分析制定科學(xué)合理的植被修復(fù)措施，對(duì)祁連山東段高海拔煤礦植被退化區(qū)植被修復(fù)提供重要參考。

1 試驗(yàn)地基本情況和植被退化特征

雙龍煤礦位于祁連山東端，水系為石羊河支流黃羊河上流源頭，礦區(qū)海拔3100～3400m，屬祁連山亞高山灌叢草原帶，年平均氣溫-1.5～0.7℃，≥10℃積溫為200℃，7月平均氣溫6～10℃，實(shí)際年降水量500mm左右。植被類(lèi)型為灌叢草原。在陰坡和半陰坡地區(qū)，生境濕潤(rùn)，適宜杜鵑灌木林和山柳灌木林生長(zhǎng)，是高山徑流形成區(qū)主要的水源涵養(yǎng)灌木林類(lèi)型，在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡以及河谷地區(qū)適宜金臘梅灌叢生長(zhǎng)。

在工礦區(qū)土地利用過(guò)程中，占用、表層開(kāi)挖、深層開(kāi)采，剝離物或廢棄物的堆排，都造成土壤和植被被排棄廢棄物壓埋，土壤、植被和水資源遭受破壞，使土地的生產(chǎn)和生態(tài)功能降低甚至喪失。同時(shí)，地表水流布局混亂而產(chǎn)生水土流失間接造成植被退化。工礦區(qū)土地?fù)p毀可分為直接破壞和間接破壞，直接破壞主要包括挖損、沉陷和壓占等類(lèi)型；間接破壞包括污染、開(kāi)采引起的水位變化造成的土地?fù)p毀及誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等。無(wú)論是直接破壞還是間接破壞，均造成土壤退化和植被退化。

前期通過(guò)充填重構(gòu)進(jìn)行了礦區(qū)整治，對(duì)地表水流布局進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)壓占和挖損區(qū)域通過(guò)用煤矸石和廢棄物充填的方式進(jìn)行了平整，既處理了廢棄物，又修復(fù)了礦區(qū)的微地貌，具有顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)地選擇位于雙龍煤礦植被退化瘡面東北角(N102°22′31″～102°22′56″，E37°22′20″～37°22′32″) ，面積6.67hm2，試驗(yàn)地內(nèi)不具備植被自然恢復(fù)的特征和趨勢(shì)。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過(guò)人工選種措施，使植被退化區(qū)初步形成地表植被，改善植物生長(zhǎng)的環(huán)境條件，促進(jìn)植被群落的穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)主要限制因子，確定礦區(qū)修復(fù)植被類(lèi)型；通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)區(qū)不同處理方式下人工和原生植被的生長(zhǎng)表現(xiàn)，對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并選擇出最適宜的修復(fù)方式；結(jié)合實(shí)際情況，在技術(shù)層面對(duì)植被修復(fù)的必要技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和完善，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

3 確定人工選種的植被類(lèi)型和種類(lèi)

試驗(yàn)區(qū)植被修復(fù)主要的限制因子有氣候特征、所處植被分布帶、土壤特征、成本。表1為試驗(yàn)區(qū)植被修復(fù)主要限制因子及適宜的植被類(lèi)型情況。根據(jù)環(huán)境因子條件分析，雙龍煤礦植被退化區(qū)適宜的植被類(lèi)型為耐寒、耐貧瘠，對(duì)土壤條件適應(yīng)性強(qiáng)的灌木和草本。從減少成本的角度考慮，可運(yùn)用微地形整地覆土和人工施肥技術(shù)降低覆土厚度，種植草本植被，從而有效降低成本。

表1 試驗(yàn)區(qū)植被修復(fù)主要限制因子及適宜的植被類(lèi)型

根據(jù)陳桂琛等人采用垂穗披堿草恢復(fù)青藏鐵路取土場(chǎng)植被的試驗(yàn)研究，高寒地區(qū)取土過(guò)程破壞了原生植被以及正常的土層結(jié)構(gòu)，致使植被恢復(fù)難度進(jìn)一步增加。2002—2005年進(jìn)行垂穗披堿草種植試驗(yàn)表明，其生長(zhǎng)狀況良好，植株高度、根長(zhǎng)從植物開(kāi)始返青到枯黃，不斷增大，植株高度在2005年平均達(dá)到50cm以上；植株分蘗數(shù)也在持續(xù)增加，平均每植株可達(dá)到25個(gè)以上，群落蓋度季節(jié)動(dòng)態(tài)變化明顯，已超過(guò)原生高寒草原45%的蓋度水平，自然狀態(tài)下出苗率可達(dá)60%以上，越冬率達(dá)50%，說(shuō)明垂穗披堿草在海拔4560m的高寒草原取土場(chǎng)可以正常萌發(fā)并安全越冬。采用垂穗披堿草以及地表適度平整→表層翻耕→磨耙開(kāi)溝→種子播種→磨耙覆土鎮(zhèn)壓等植被恢復(fù)工藝措施，對(duì)快速恢復(fù)青藏鐵路取土場(chǎng)次生裸地的植被是有效和可行的。綜合上述條件和原因分析，種植適宜的耐寒、耐貧瘠，對(duì)土壤條件要求不嚴(yán)的草本植被是試驗(yàn)區(qū)人工修復(fù)植被的最優(yōu)選擇。通過(guò)篩選，確定垂穗披堿草為人工選種植被。

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4. 1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按照人工措施的不同程度共設(shè)計(jì)4個(gè)處理。原生群落，指實(shí)驗(yàn)區(qū)外沒(méi)有采取任何人工措施的礦區(qū)植被。人工選種群落，指在植被退化區(qū)撒播垂穗披堿草種子但不采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。覆土、施肥加人工選種群落，指在植被退化區(qū)撒播垂穗披堿草種子并且采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。覆土、施肥加原生群落，指在植被退化區(qū)不撒播草種，只采取覆土、施肥措施條件下的植被群落。通過(guò)對(duì)比人工選種的草本植物和原生植被在有無(wú)覆土、施肥條件下的生長(zhǎng)效果，覆土、施肥條件下人工選種植被與原生植被的生長(zhǎng)效果，分析實(shí)驗(yàn)地植被修復(fù)的限制因素，對(duì)人工采取“覆土、施肥加人工選種”等措施的早期干預(yù)在促進(jìn)礦區(qū)植物群落形成的作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)現(xiàn)地氣候特征，試驗(yàn)從2019年5—9月進(jìn)行，于10月中旬進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查采集數(shù)據(jù)。

4.2 微地形整地覆土技術(shù)措施

本試驗(yàn)為了減少覆土厚度,降低覆土成本，針對(duì)試驗(yàn)地覆土環(huán)節(jié)，延伸了常規(guī)的微地形整地技術(shù)。技術(shù)環(huán)節(jié)依次為：對(duì)地表進(jìn)行初步平整；用機(jī)械耙除地表粗大的石礫并進(jìn)行深埋；鎮(zhèn)壓地表；用機(jī)械對(duì)近地表層(10cm范圍內(nèi))進(jìn)行二次耙地處理，使地表凹凸不平；撒播草種后覆土。由于地表凹凸不平，大多數(shù)草種和土壤將自然集中到凹處，并且隨著后期的雨水沖刷、風(fēng)力、風(fēng)化等自然力作用，地表部分細(xì)碎物也將進(jìn)一步匯集。這樣可在減少覆土厚度的同時(shí)提高覆土效果，降低覆土成本。

4.3 人工施肥技術(shù)措施

試驗(yàn)地地表為煤矸石、砂礫、煤粉和其它剝離物的混合物，土壤肥力低。在沒(méi)有條件采取客土、大量覆土和其它土壤改良措施的情況下，人工施肥能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，彌補(bǔ)覆土量不足的問(wèn)題。人工施肥包括基肥和追肥，基肥選用磷酸二銨；追肥選用硝酸銨?；适┓释霾ゲ葑淹瑫r(shí)進(jìn)行，按照450kg·hm-2的標(biāo)準(zhǔn)均勻撒施；追肥在草高2～3cm時(shí)進(jìn)行，按照200kg·hm-2的標(biāo)準(zhǔn)均勻撒施。

5 數(shù)據(jù)與分析

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，每種處理設(shè)4個(gè)100cm×100cm的調(diào)查樣方進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查記錄，同種處理的各樣方相同物種的數(shù)據(jù)取平均數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

表2 不同處理方式下植被群落物種組成及表現(xiàn)對(duì)比

上述4種處理結(jié)果，其單位面積均產(chǎn)生了一定的生物量，相比試驗(yàn)區(qū)外未采取人工措施的區(qū)域，生物量明顯增加。同時(shí)處理3通過(guò)覆土、施肥加人工選種措施具有最大的生物量，是效果最好的處理方式。

從處理1、處理2、處理4的對(duì)比看，人工選種的垂穗披堿草生物量和密度大于人工促進(jìn)和未促進(jìn)條件下的原生群落。通過(guò)觀察，垂穗披堿草生物量大，植被生長(zhǎng)發(fā)育完善，種子飽滿，具有自然下種的能力，表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。說(shuō)明原生植被對(duì)試驗(yàn)地礦區(qū)的適應(yīng)性較差，人工選種措施是非常必要的。并且采取覆土、施肥措施的處理4比沒(méi)有采取覆土、施肥措施的處理1具有更多的植物種類(lèi)、更大的蓋度、密度和生物量，覆土和施肥的效果比較明顯。

通過(guò)以上4個(gè)處理的總體情況來(lái)看，試驗(yàn)地自然繁殖的原生植物中冷地早熟禾、匍枝委陵菜為生長(zhǎng)表現(xiàn)最好的草本植物。

從覆土的效果講，覆土能有效增加地表土壤含量，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力，使種子與土壤、水分充分接觸，提高發(fā)芽率和保存率。通過(guò)觀測(cè)，本試驗(yàn)微地形整地覆土和施肥措施有效提高了種子發(fā)芽率和保存率，促進(jìn)了植被生物量的增加，同時(shí)有效降低了覆土成本。

6 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，祁連山東端高海拔煤礦植被退化區(qū)限制植被生長(zhǎng)的因素主要還是土壤的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，同時(shí)原生植被生境被破壞，對(duì)退化環(huán)境的適應(yīng)性較差。植被群落的建立必須以人工選種、土壤改良為基礎(chǔ)。前期采取人工選種、覆土、施肥等措施對(duì)試驗(yàn)地植被恢復(fù)是非常必要的，為試驗(yàn)地植被群落的建立發(fā)展塑造了基礎(chǔ)條件。覆土、施肥加人工選種條件下地表植被生物量最大，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和肥力的改良及土壤腐殖質(zhì)的積累效果最好，更有利于試驗(yàn)地植被恢復(fù)和植被群落穩(wěn)定發(fā)展。