唐山礦區(qū)土壤種子庫特征分析——以灤縣櫻花鐵礦為例

張玉芹 李國成 王俊河 徐景賢 潘冬梅 鄭艷美

唐山地處冀東主要礦區(qū)之一，礦產(chǎn)資源豐富，礦山開采較普遍，櫻花鐵礦位于河北灤縣西部九百戶鎮(zhèn)，屬張莊鐵礦區(qū)，由九百戶所轄，礦區(qū)交通便利，是河北有名的鐵礦區(qū)。土壤種子庫是指存在于土壤表層凋落物和土壤中全部活性種子的總和，它具有潛在的植被恢復(fù)能力，是進行生態(tài)恢復(fù)非常重要的手段，也可反映區(qū)域特有的生物多樣性特征，土壤種子庫來源于地面植被，能夠反映地面植被的歷史情況，對本礦區(qū)土壤種子庫的調(diào)查，將種子庫的潛在恢復(fù)能力與人為恢復(fù)技術(shù)有機結(jié)合起來，為提供適應(yīng)礦區(qū)發(fā)展的、具有發(fā)展?jié)摿Φ闹参锝M合摸索規(guī)律。

一、研究區(qū)概況

櫻花鐵礦位于河北灤縣西部九百戶鎮(zhèn)，交通便利，且有專用鐵路直通礦區(qū)；地形為低山丘陵，西北高，東南低，逐漸開闊形成沖積扇；半干旱大陸性氣候，夏季最高氣溫40℃，冬季最低氣溫-20℃，年平均氣溫10.5℃，年平均降雨量718毫米，主要集中在6—9月，日照2600小時，0度以上積溫4100℃，無霜期165天；主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦。土壤有機物含量較低，土壤類型主要為褐土，土層貧瘠且含礫石較多，未破壞區(qū)內(nèi)植被豐富，棄礦區(qū)砂層覆蓋，幾乎全部裸露。

二、研究方法

1、調(diào)查及取樣

土壤種子庫的采樣于2014年3月、10月進行，選取有代表性的5個樣地，在每個樣地設(shè)置5個最具有代表性的小樣方，面積為100厘米×100厘米，樣方設(shè)置充分考慮海拔、坡向等生境因子的變化，每個小樣方內(nèi)用取土環(huán)刀(Φ50.46×50 毫米)取土，分 0—5、5—10、10—15、15—20 四個深度，鉆土取樣，樣品裝入塑料袋封口保存，每個樣方重復(fù)3個共300個樣品帶回實驗室，進行萌發(fā)試驗，同時，在調(diào)查區(qū)域內(nèi)調(diào)查并記錄其中的植物種類，數(shù)量，高度等。

2、萌發(fā)實驗

用萌發(fā)法測定土壤種子種類，萌發(fā)實驗在溫室中進行，為防止其他種子進入試驗區(qū)域，將試驗區(qū)域用50×50目紗窗覆蓋；河沙土經(jīng)高溫消毒以殺死可能存在的種子，同一樣地同一土層土樣混合，除去雜物后，與已消毒河沙充分混合，鋪成2厘米左右的萌發(fā)床，采用自然光照，保持萌發(fā)床濕潤，當有種子萌發(fā)時鑒定種類且計數(shù)拔除，對暫不能識別的幼苗移栽至培養(yǎng)池內(nèi)至能識別為止，連續(xù)21天無新幼苗萌發(fā)止。

三、結(jié)果與分析

1、櫻花鐵礦種子庫組成

觀測區(qū)萌發(fā)物種共計39種，隸屬于20科31屬共計640株，均為被子植物，以菊科植物最多，包括蒿屬、鬼針草屬等5屬8種，其次為禾本科包括早熟禾屬、畫眉草屬等6屬6種，藜科2屬3種，豆科2屬2種十字花科2屬2種，薔薇科1屬2種，莧科1屬2種，車前科1屬2種，其余均為單屬單種，生物多樣性匱乏。

種子萌發(fā)數(shù)量以菊科中華苦賣菜最多145株，占萌發(fā)總數(shù)的22.66%，其次是酢漿草103株，占萌發(fā)總數(shù)的16.09%，附地菜71株，反枝莧64株，抱莖苦荬菜32株，共計占總數(shù)的64.84%，而種數(shù)僅占種總數(shù)的12.82%，其余種萌發(fā)數(shù)多在5-15之間，由此可見該區(qū)土壤種子庫種的優(yōu)勢明顯。

2、土壤種子庫的垂直分布特征

通過土壤種子庫萌發(fā)實驗，共計萌發(fā)種子640粒，0—5厘米土層萌發(fā)498粒，5—10厘米土層108粒、10—15厘米土層萌發(fā)25粒、15—20厘米土層2粒，由此可以看出，未破壞土壤種子庫密度的垂直分布規(guī)律為0—5厘米＞5—10厘米＞10—15厘米＞15—20厘米的土壤種子數(shù)量，呈現(xiàn)遞減的趨勢,這符合國外學者認為的“隨著土壤深度的增加，單位面積種子數(shù)目下降，甚至土壤7厘米以下土層的少量種子可被認為已從沙漠土壤種子庫中消失”，砂層覆蓋區(qū)各層間無顯著差異，土壤種子庫密度均極低，僅有7粒萌發(fā)。礦區(qū)土壤種子庫的垂直分布為，在0—5厘米層最高，占萌發(fā)總數(shù)的77.8%，在取樣最底層15—20厘米僅占萌發(fā)總數(shù)的0.3%，與大多數(shù)研究中種子庫的垂直分布規(guī)律相符合。

四、結(jié)論

1、該區(qū)萌發(fā)物種共計640株，隸屬于20科31屬39種，主要以草本植物為主，物種多樣性低，該區(qū)土壤種子庫種的優(yōu)勢較為明顯，優(yōu)勢種為苦賣菜、酢漿草、附地菜、反枝莧、抱莖苦荬菜。

2、灤縣櫻花鐵礦廢棄區(qū)及塌陷區(qū)試驗樣方內(nèi)僅萌發(fā)3種共7粒，土壤種子極度缺乏。

3、礦區(qū)土壤種子庫垂直分布差異較大，土壤種子主要集中在0—5厘米的土層內(nèi)，種子數(shù)量隨深度增加明顯降低。