楊生權(quán)

(山西省生物研究所，太原 030006)

基于礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的土著樹種生態(tài)適宜性分析

楊生權(quán)

(山西省生物研究所，太原 030006)

晉北地區(qū)年降水量少且分布不均，長(zhǎng)期以來(lái)高強(qiáng)度的煤炭資源開采，給當(dāng)?shù)卦斐蓢?yán)重的生態(tài)破壞，形成許多難以恢復(fù)的植被和再利用的廢棄荒地。因此，選擇耐旱、抗逆、適生的樹種是植被恢復(fù)的關(guān)鍵。本文采用樣方法，分析了檸條、刺槐、榆樹、沙棘、檉柳和沙棗6個(gè)樹種在不同植物配置模式中經(jīng)過(guò)10年自然演替樹種的生態(tài)適宜性。結(jié)果表明：檸條×沙棗×刺槐混交模式是最適宜于當(dāng)?shù)刂脖换謴?fù)的配置模式，檸條和榆樹可作為排土場(chǎng)植被恢復(fù)的推廣樹種。

礦山廢棄地；土著樹種；生態(tài)適宜性；配置模式；死亡率

煤炭露天開采造成了土地挖損、土地壓占、土壤和植被破壞、水土流失和土地沙漠化[1]等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。除采場(chǎng)破壞大片植被或耕地外，排土場(chǎng)覆蓋了大片的植被或耕地，對(duì)礦山固有的生態(tài)系統(tǒng)造成了大面積的破壞。排土場(chǎng)對(duì)植被和土壤的破壞數(shù)量大，面積廣，解決煤礦廣泛開采所遺留的生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題便在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)中顯現(xiàn)出了特殊的重要性和緊迫性。植被恢復(fù)是露天煤礦進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的核心，植被恢復(fù)不僅起著構(gòu)建排土場(chǎng)初始植被的作用，還能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)與肥力及土壤微生物與動(dòng)物的恢復(fù)，從而促進(jìn)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的恢復(fù)與重建[2]。選擇適宜高效的植物物種和植物配置模式對(duì)解決目前礦區(qū)損毀土地生態(tài)重建問(wèn)題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以平朔安太堡露天煤礦排土場(chǎng)為研究對(duì)象，對(duì)6種土著樹種在排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的生態(tài)適宜性進(jìn)行了比較分析，以期為半干旱區(qū)露天煤礦排土場(chǎng)植被重建樹種選擇和配置模式優(yōu)化提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

平朔露天煤礦地處黃土高原東部，山西省朔州市平魯區(qū)與朔城區(qū)交界處，行政區(qū)劃隸屬于朔州市平魯區(qū)，地理坐標(biāo)為112°10′～ 113°30′E，39°23′～ 39°37′N，是我國(guó)典型的農(nóng)牧交錯(cuò)生態(tài)過(guò)渡區(qū)。該區(qū)屬典型的溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，夏季溫?zé)岫嘤辏矣炅考?，平均年降雨量?18.7mm，其中65%集中在7、8月份，年蒸發(fā)量為2008～2580mm。年均氣溫在3.6～7.3℃，全年無(wú)霜期為118～154d，年平均風(fēng)速為2.5～4.2m/s[3]。礦區(qū)地帶性土壤為栗鈣土或栗褐土，地帶性植被在中國(guó)植被區(qū)劃中屬溫帶草原類型。

1.2 研究方法

2010年7月，在平朔安太堡露天礦區(qū)復(fù)墾地內(nèi)，以平臺(tái)人工植被為研究對(duì)象，在南排和內(nèi)排土場(chǎng)，根據(jù)不同植物配置模式，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地5個(gè)(表1)，樣地面積均為30m×30m，復(fù)墾時(shí)間同為2000年，除定植期進(jìn)行澆水外，至今均未采取人工澆水與施肥等管理措施。野外調(diào)查時(shí)，將每個(gè)樣地再劃分為36個(gè)5m×5m的樣方，共144個(gè)樣方，記錄每個(gè)樣方內(nèi)所有喬木和灌木植物的個(gè)體數(shù)、胸徑(或基徑)、高度、冠幅等。

表1 樣地基本情況

1.3 數(shù)據(jù)處理

(1)總死亡率計(jì)算方式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(2)單種死亡率計(jì)算方式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(3)強(qiáng)度比計(jì)算公式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

2 結(jié)果與分析

本文以各樹種在生態(tài)恢復(fù)10年間總死亡率和單種死亡率，分析5種配置模式內(nèi)各樹種的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)弱或相互的適應(yīng)、協(xié)調(diào)能力，通過(guò)對(duì)不同配置模式下相同樹種生命力的比較，分析其適宜性。

2.1 死亡率分析

5種配置模式總死亡率和單種死亡率見(jiàn)表2。在配置模式1中，樹種的總死亡率僅3.30%，但刺槐的單種死亡率高達(dá)68.00%，遠(yuǎn)高于檸條和榆樹的單種死亡率，分別為0.65%和0.00%。其中檸條在配模1中所占比例為92.04%，占據(jù)了大量的生態(tài)空間，刺槐和榆樹所占比例相近，但單種死亡率相差甚遠(yuǎn)，說(shuō)明在這樣配置模式下榆樹的競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)，刺槐的競(jìng)爭(zhēng)能力弱，刺槐因難以突破檸條的密度制約而降低了競(jìng)爭(zhēng)能力。在這種配置模式下，雖然總死亡率很低，但模式內(nèi)部物種間形成了強(qiáng)烈的種間競(jìng)爭(zhēng)。

配模2中，喬木以榆樹為優(yōu)勢(shì)種，占配模內(nèi)總植株數(shù)的47.19%，但單種死亡率僅0.44%；灌木以沙棘為優(yōu)勢(shì)種，占配模內(nèi)總植株數(shù)的37.42%，單種死亡率高達(dá)68.89%，這也是導(dǎo)致配模2總死亡率較高的原因。這種配置模式下除沙棘之外，榆樹、沙棗、刺槐、檉柳的單種死亡率都很低，這4個(gè)物種間相互協(xié)調(diào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。沙棘死亡率高是因?yàn)樯臣顷?yáng)性植物，而榆樹的覆蓋度很大，影響了沙棘對(duì)光照的需求。

配置模式3中，3中樹種植株數(shù)量沒(méi)有明顯差異，與其他配置模式相比，每種樹種的單種死亡率集中且偏低，可見(jiàn)這種配置模式下，種間既有明顯的相互制約性，又存在著相互促進(jìn)作用，為最優(yōu)配置模式。

配置模式4與配置模式1中檸條和榆樹的死亡率近乎一致，但與它們混交的樹種的死亡率卻較高，而檸條在配置模式1、3、4中單種死亡率都很低，說(shuō)明檸條的生態(tài)位比較廣，競(jìng)爭(zhēng)能力和適應(yīng)能力都很強(qiáng)，當(dāng)其它樹種與之混交時(shí)難以存活，但榆樹能適應(yīng)與之共生的環(huán)境。

表2 樹種在配模中的比例、死亡率表

2.2 存活樹種的生活力

在調(diào)查過(guò)程中，通過(guò)對(duì)樹木各項(xiàng)生長(zhǎng)狀況綜合評(píng)價(jià)來(lái)測(cè)評(píng)樹木的生活力，測(cè)評(píng)因子有樹高、胸徑、冠幅、所處的生長(zhǎng)期(營(yíng)養(yǎng)期、初花期、盛花期、末花期、初果期、末果期、死亡期)，叢生灌木同時(shí)參照樹木的分蘗數(shù)目，有無(wú)抽梢現(xiàn)象，若樹木主干枯死，則參看主干基部是否萌生，萌生枝條存活狀況及生長(zhǎng)高度，由此來(lái)綜合評(píng)定一株植物調(diào)查時(shí)刻的生活力(強(qiáng)、中、弱)，“強(qiáng)”代表這株植物能很好的適應(yīng)環(huán)境，且生長(zhǎng)良好能成功繁殖后代，對(duì)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)貢獻(xiàn)很大；“中”代表植物能很好的生活，但生長(zhǎng)不是很旺盛；“弱”則說(shuō)明植物處于衰退期，對(duì)環(huán)境不適應(yīng)，即將退出該生態(tài)系統(tǒng)。通過(guò)分析同一物種的存活植株在不同配置模式中的強(qiáng)度比，以及喬木與灌木的不同配置方式，進(jìn)一步確定某一物種在這種種植環(huán)境下的適宜性。

由表3可以看出，檸條和榆樹的強(qiáng)度比穩(wěn)定偏高，說(shuō)明二者的適應(yīng)能力和生存能力極強(qiáng)，尤其是在配置模式3中，檸條的強(qiáng)度比高達(dá)0.98。這主要取決于檸條的生態(tài)習(xí)性：檸條對(duì)環(huán)境具有廣泛的適宜性，在形態(tài)方面具有旱生結(jié)構(gòu)，分蘗能力強(qiáng)，根系極為發(fā)達(dá)，主根入土深，容易占據(jù)有力的生態(tài)位。榆樹配置模式4中的強(qiáng)度比很高為0.96，與配模1相比，榆樹在配模4中強(qiáng)度比增大的原因是配模4中增加了沙棘和沙棗這兩種混交物種，增加了物種的多樣性。另外，沙棘和沙棗是豆科固氮植物，對(duì)土壤有改良作用，能夠促進(jìn)榆樹的生長(zhǎng)。但沙棘和沙棗因?qū)庹蘸蜏囟鹊囊蠖己車?yán)格(沙棗在≥10℃積溫3000℃以上地區(qū)生長(zhǎng)發(fā)育良好；沙棘會(huì)因光照不足產(chǎn)生劇烈分化，結(jié)實(shí)少)，因而在不同配置模式中的生活力波動(dòng)不定。刺槐與不同的樹種混交時(shí)，生活力有所不同，主要是應(yīng)為刺槐是引進(jìn)物種，如果與競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的本土樹種混交的話，自身的競(jìng)爭(zhēng)能力就會(huì)降低?？傮w來(lái)看，在樹種的存活植株中生活力較強(qiáng)的是檸條和榆樹。

表3 樹種生命力強(qiáng)度比

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)比較5種配置模式可知，檸條×沙棗×刺槐混交模式是是安太堡露天煤礦排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的最優(yōu)配置模式。

(2)檸條和榆樹的生活力旺盛、生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，可作為排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)的推廣樹種。

[1]楊勤學(xué)，趙冰清，郭東罡.中國(guó)北方露天煤礦區(qū)植被恢復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34(4)：1152-1157.

[2] Parrotta J A.The role of plantation forests in rehabilitating degraded tropical ecosystems[J].Agriculture Ecosystems & Environment，1992，41(2)：115-133.

[3] 李晉川，白中科.露天煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)重建—平朔露天礦的研究與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》2017年擬重點(diǎn)選題

2017年本刊緊緊圍繞中國(guó)共產(chǎn)黨第十八屆六中全會(huì)精神和《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》要求，切實(shí)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，以全面建成小康社會(huì)、全面深化改革、全面依法治國(guó)、全面從嚴(yán)治黨的戰(zhàn)略布局為統(tǒng)領(lǐng)，重點(diǎn)以深化生態(tài)文明體制改革和加快建立生態(tài)文明制度體系，改善環(huán)境質(zhì)量，綠色發(fā)展和建設(shè)美麗中國(guó)為議題，策劃選題，以期為“十三五”綠色環(huán)保新藍(lán)圖落地實(shí)施建言獻(xiàn)策。

2017年擬重點(diǎn)選題：綠色發(fā)展、生態(tài)文明制度體系、大氣環(huán)境質(zhì)量管理、機(jī)動(dòng)車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復(fù)、環(huán)境外交、環(huán)境與健康、農(nóng)村環(huán)境保護(hù)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范與應(yīng)急管理、固體廢棄物環(huán)境管理、環(huán)境產(chǎn)業(yè)、污染減排重點(diǎn)以及環(huán)境與貧困等。請(qǐng)各界人士能予以關(guān)注并不吝賜稿，同時(shí)歡迎相關(guān)單位及課題組協(xié)辦專欄或者?？?。

AnalysisonEcologicalSuitabilityofIndigenousTreeSpeciesBasedonEcologicalRestorationofMineWasteland

YANG Shengquan

(Shanxi Province Institute of Biology，Taiyuan 030006，China)

In the north of Shanxi Province，there are few annual precipitation and uneven distribution，and the long-term exploitation of high - intensity coal resources has caused serious ecological damage to the localities and formed many wastes and wastes that are difficult to recover. Therefore，the selection of drought，stress，suitable tree species is the key to vegetation restoration. Based on the quadrat survey，the ecological suitability of six tree species in different plant allocation patterns after 10 years of natural succession was analyzed. The results showed that the mixed pattern of Caragana korshinskii，Sophora japonica and Robinia pseudoacacia was the most suitable pattern for the restoration of local vegetation. C. korshinskii and Ulmus pumila could be used as promotion tree species for vegetation restoration.

mine wasted land; indigenous species; ecological suitability; plant allocation pattern; mortality rate

Q948.1

A

1673-288X(2017)05-0116-03

楊生權(quán)，碩士，研究方向?yàn)橹参餇I(yíng)養(yǎng)學(xué)

文獻(xiàn)格式：楊生權(quán).基于礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)的土著樹種生態(tài)適宜性分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(5)：116-118.