撫仙湖流域磷礦開(kāi)采廢棄地恢復(fù)灌草叢的物種配置研究

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)

撫仙湖流域磷礦的露天開(kāi)采在澄江縣已有20余年的歷史。磷礦開(kāi)采所引發(fā)的水土流失除對(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]。同時(shí)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]。

植被所表現(xiàn)出的固持土壤、保持水土、凈化環(huán)境的功能是生態(tài)建設(shè)的重要目標(biāo),同時(shí)也產(chǎn)生較好的生態(tài)、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。而恢復(fù)植被群落內(nèi)如果物種配置不當(dāng),將使林木不易成活或樹(shù)木長(zhǎng)期生長(zhǎng)不良,起不到森林的防護(hù)作用,使經(jīng)濟(jì)受到巨大損失[5]。在土壤水分極缺乏而貧瘠的磷礦開(kāi)采廢棄地上做高大植物群落的人工恢復(fù),成活率必將不理想,也是不經(jīng)濟(jì)的,但做草本或灌木的恢復(fù),可在短期內(nèi)提高地表的植被覆蓋率,實(shí)現(xiàn)對(duì)裸露地的水土截留。因此,為遏制磷礦開(kāi)采對(duì)撫仙湖造成的污染,本文選取研究區(qū)1～5 a磷礦廢棄地草本植物群落,分析其群落自然演替的形成規(guī)律和特征,研制恢復(fù)灌草叢群落的物種配置方案,為后續(xù)灌木林地的演替和恢復(fù)打好基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

撫仙湖磷礦開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(shì)種的半濕潤(rùn)常綠闊葉林。磷礦開(kāi)采廢棄地面積119.70 hm2,雖只占開(kāi)采區(qū)面積的1.65%,但因常年深度剝離式的開(kāi)采方式對(duì)地表植被破壞較大,又缺乏有利的開(kāi)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

野外調(diào)查依分散典型取樣原則,在磷礦開(kāi)采廢棄地上,以空間代替時(shí)間系列,選取1～5 a磷礦廢棄地草本植物群落設(shè)置樣地。樣地形狀不限,依地形而定,共設(shè)置樣地16個(gè),單個(gè)面積 25 m2(5 m×5 m)。在設(shè)置的每個(gè)樣地內(nèi),用法瑞學(xué)派方法調(diào)查其植物種類、每種植物的存在度、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,種的多優(yōu)度用+～5六級(jí)表示,生活型采用Raunkiaer系統(tǒng)表示[6]。然后依據(jù)樣地中各植物的多優(yōu)度和群集度、高度及種蓋度的大小確定其在群落中的優(yōu)勢(shì)地位,進(jìn)而分析磷礦開(kāi)采廢棄地自然恢復(fù)1～5 a的草本群落各階段的物種結(jié)構(gòu)特征和自然演替規(guī)律。

3 植物群落的自然形成及各植物種在群落中的地位分析

3.1 植物群落自然演替規(guī)律及群落特征

在磷礦開(kāi)采廢棄地上,以空間代替時(shí)間系列,選擇1～5 a磷礦開(kāi)采廢棄地16個(gè)面積5 m×5 m的草本植物群落作樣地調(diào)查,分析各時(shí)間段自然恢復(fù)植被群落特征及各群落中優(yōu)勢(shì)種和亞優(yōu)勢(shì)種,結(jié)果見(jiàn)表1(16個(gè)樣方中各物種特征見(jiàn)文獻(xiàn)[7])。

表1 磷礦開(kāi)采廢棄地1～5 a自然恢復(fù)植被群落特征

從表1可看出,1～5 a磷礦廢棄地的16個(gè)樣地均只有草本層一層,但群落蓋度和高度隨自然恢復(fù)年限的延長(zhǎng)而增加。1 a廢棄地有物種10～17種,2 a有10～16種,3 a有4～20種,4～5 a為11～22種?？偟目磥?lái),16個(gè)樣地中出現(xiàn)58種植物,廢棄3年以上的群落物種數(shù)略有增加,但種類成分混雜,物種數(shù)目變化不大,處于由菊科、禾本科和豆科的蝶形花亞科的的先鋒植物為優(yōu)勢(shì)的草本植物階段。根據(jù)群落優(yōu)勢(shì)種的不同,廢棄1 a的磷礦地植被為細(xì)柄野蕎、紅莖馬唐-牛尾蒿群落,2 a為牛尾蒿-加蓬群落,3 a為牛尾蒿-加蓬、紫莖澤蘭-牛尾蒿、波葉山螞蝗-牛尾蒿群落,4～5 a為牛尾蒿-波葉山螞蝗、滇蔗茅群落等。群落演替雖為草本植物階段,但隨著多年生草本植物如菊科的牛尾蒿(Artemisia d ubia)、禾本科的滇蔗茅(Erianthus rockii),特別是蝶形花科半灌木狀的波葉山螞蝗(Desmodium sequax)的個(gè)體數(shù)量、高度、蓋度的增加、群落內(nèi)部環(huán)境及土壤理化性狀得到進(jìn)一步改善,為下一階段灌木的進(jìn)入作好了準(zhǔn)備。

在1～5 a磷礦廢棄地植物群落中,牛尾蒿從第1年入侵、定居、繁殖、競(jìng)爭(zhēng),一直到第5年都占有優(yōu)勢(shì),表明撫仙湖流域磷礦廢棄地1～5 a內(nèi)植物群落的形成過(guò)程,是先鋒植物的入侵定居和發(fā)展的過(guò)程,表現(xiàn)為喜陽(yáng)耐旱植物的入侵到半灌木狀波葉山螞蝗的出現(xiàn)和群集。在局部淹水區(qū)出現(xiàn)牛毛氈(Eleocharis asicularis)和披散門荊(Equisetum clif f lisum)并形成優(yōu)勢(shì),這是局部小生境水濕條件所致。

3.2 各植物種在群落中的地位分析

磷礦開(kāi)采和廢棄過(guò)程中,土壤耕作層被破壞,夾雜較多尾礦石、保水保肥性能差,土壤微生物和動(dòng)物區(qū)系多樣性降低,而光照又充足,只有自然恢復(fù)的先鋒草本植物才能適應(yīng)廢棄地這樣惡劣的生態(tài)環(huán)境。從表2可看出,磷礦廢棄地1～5 a植物群落存在度4級(jí)及以上的植物中均包括了各群落的優(yōu)勢(shì)種和亞優(yōu)勢(shì)種,它們以1年生植物占優(yōu)勢(shì),其次是地面芽植物,這些植物冬季以種子越冬或地上部分全枯死,以適應(yīng)磷礦開(kāi)采廢棄地旱季土壤水分較缺乏的狀況。同時(shí)大多喜光陽(yáng)性,耐干旱,適生于干濕季明顯,無(wú)盛暑和酷寒的氣候條件,既能適應(yīng)酸性及石灰性土壤,也能夠適應(yīng)礦山廢棄地土壤貧瘠,滲透率大,水資源流失嚴(yán)重等環(huán)境特點(diǎn)。因此灌草叢是一類做礦山恢復(fù)的理想群落類型。

表2 磷礦開(kāi)采廢棄地1～5 a自然恢復(fù)群落存在度4級(jí)及4級(jí)以上物種

4 灌草叢群落內(nèi)的物種配置

4.1 物種選擇原則

灌草叢是裸地向灌木林地演替的次生植被類型,對(duì)防止水土流失起到一定的作用。在水肥極貧瘠的采伐陡坎區(qū)、平臺(tái)斜坡區(qū)及尾礦石堆放區(qū)進(jìn)行灌草叢的人工恢復(fù)時(shí),應(yīng)按“藤灌草結(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,又有利于景觀美化的物種,才可以保證恢復(fù)植被的成活率,短期內(nèi)有效的提高物種多樣性和地表植被覆蓋度,降低水土流失量,為后續(xù)灌木林地的演替和恢復(fù)打好基礎(chǔ)。具體選擇的物種需具有以下特點(diǎn)：(1)根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)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)土先鋒物種;(5)種源易于人工繁殖,易栽易管。

4.2 物種配置方案

磷礦開(kāi)采廢棄地恢復(fù)灌草叢群落,理論上可選用各樣地物種存在度4級(jí)及以上物種做恢復(fù),但在實(shí)際人工恢復(fù)中,考慮到廢棄地上出現(xiàn)的大多物種屬于在無(wú)人為干擾情況下較易自動(dòng)進(jìn)入廢棄地的本地雜草,在物種配置中就不再考慮。

半灌木狀波葉山螞蝗和多年生草本滇蔗茅(Erianthusrockii),因其物種蓋度和高度相對(duì)較大,對(duì)廢棄地干、貧小環(huán)境的改善更為快速應(yīng)被選用。同時(shí)配置在撫仙湖流域適應(yīng)性較強(qiáng)的車桑子(Dodonaea viscoa)、馬桑(Coriaria Sinica)2種灌木,及能大面積匍匐、攀援于石頭、山壁上,具旺盛的萌生能力的藤草植物,如地石榴(Ficus ticoua)、葛根(Pueraria lobata)、白三葉(Trif olium repens),可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)裸露土地的覆蓋,提高物種多樣性,加快廢棄地植被恢復(fù)的進(jìn)程。

具體選種的物種在礦區(qū)土地復(fù)墾后分3個(gè)地段來(lái)施行：一是在開(kāi)采陡坎區(qū),沿等高線帶狀整地,選用配置的優(yōu)勢(shì)藤、草物種高密度種植,以起到陡坡垂直綠化,截水保水的作用;二是在開(kāi)采斜坡區(qū),同時(shí)種植配置的藤、灌和草植物,以提高群落的物種多樣性,改善恢復(fù)區(qū)干旱、貧瘠的小環(huán)境;三是在待恢復(fù)地段附近找一片水肥條件較好的區(qū)域做補(bǔ)植區(qū),其上栽種待恢復(fù)群落成活率高、具美化效果的1～2類灌木做后備補(bǔ)充。這樣,通過(guò)營(yíng)造結(jié)構(gòu)合理的藤、灌和草群落,加上后期的科學(xué)管理,為后續(xù)灌木林地的演替和恢復(fù)打好基礎(chǔ)。具體物種配置見(jiàn)表3。

表3 灌草叢群落物種配置表

5 結(jié)語(yǔ)

磷礦開(kāi)采場(chǎng)和尾礦石堆積場(chǎng)由于土壤理化性狀被破壞,土層中石塊多空隙大,土壤貧瘠且水土流失量大,自然恢復(fù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間,直接恢復(fù)森林植被成活率較低。灌草叢是裸地向灌木林地演替的過(guò)渡植被類型,對(duì)防止水土流失起到一定的作用。

在磷礦開(kāi)采廢棄地上進(jìn)行灌草叢群落的人工恢復(fù)時(shí),除栽種廢棄地自然演替中出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)多年生草本植物和小灌木外,還應(yīng)配置研究區(qū)耐貧瘠、干旱、萌生性強(qiáng),護(hù)坡、護(hù)土效果良好和生長(zhǎng)迅速的其它藤、灌植物,以實(shí)現(xiàn)對(duì)裸露地的水土截留,保證恢復(fù)植被的成活率,短期內(nèi)有效的提高物種多樣性和地表植被覆蓋度,為后續(xù)灌木林地的演替和恢復(fù)打好基礎(chǔ)。但灌草叢的土壤抗侵蝕性仍然很差,水土流失情況仍然嚴(yán)重,恢復(fù)后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)封育管理,待土壤水肥狀況改善后,盡快增植其它喬灌樹(shù)種,以增加土壤抗侵蝕性,恢復(fù)其森林生態(tài)系統(tǒng)的功能。

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