重金屬污染棄耕農(nóng)田次生演替植物群落組成特征

黃紅英，阮錦祥，鐘文聰，李棟，蔡暖華，歐碧池，譚易輝

重金屬污染棄耕農(nóng)田次生演替植物群落組成特征

黃紅英，阮錦祥，鐘文聰，李棟，蔡暖華，歐碧池，譚易輝

（韶關(guān)學(xué)院英東生命科學(xué)學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

為了探討銅(Cu)鎘(Cd)混合污染棄耕農(nóng)田演替修復(fù)能力，同時(shí)為篩選耐酸耐Cu、Cd污染的耐受性及富集性強(qiáng)的植物提供依據(jù).2014年冬季至2015年夏季對(duì)韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)的壩心村和大東村斷水棄耕前的農(nóng)田、藕田、池塘和水渠進(jìn)行了棄耕演替植物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查，分別對(duì)共抽取5 000樣方樣地達(dá)到面積5 ha，共鑒定16科38種植物.棄耕后因水源及人為干擾因素導(dǎo)致棄耕田往沼澤濕地與旱地2個(gè)方向演替，撂荒隔斷水源的水田變?yōu)楹档兀瑮壐罂拷吹乃镅萏娉烧訚蓾竦?，濕地植物群落以蘆葦、蘆竹挺水多年生植物為主，構(gòu)成濕生草本植物階段演替階段；旱地植物群落組成與棄耕年限相關(guān)，棄耕時(shí)間短（5年內(nèi)）的植物群落以一年生植物為豐富，垂直分布不明顯；棄耕時(shí)間長(zhǎng)（10年內(nèi)）的以多年生草本為優(yōu)勢(shì)，垂直分布呈現(xiàn)多年生叢生草本植物為頂層，底層為苔蘚植物和一年生陰生植物.飛蓬、勝紅薊、牛筋草、鋪地黍、野葛藤、斑茅及苧麻成為旱地演替的優(yōu)勢(shì)植物.

重金屬污染；棄耕農(nóng)田；次生演替；植物群落

廣東省大寶山礦是一座大型多金屬硫化物伴生礦床，位于韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)（北緯24°35′1″、東經(jīng)113°40′6″）［1］.沙溪鎮(zhèn)的壩心村和大東村因礦山采（選）礦產(chǎn)生的礦山廢水污染灌溉水源，導(dǎo)致2個(gè)村莊的水稻田、藕田和池塘因缺乏干凈灌溉水改作旱作［2-3］.由于經(jīng)灌溉累積導(dǎo)致農(nóng)田土壤遭受硫（S）、鎘(Cd)、銅(Cu)、鋅(Zn)及鉛(Pb)等多種重金屬混合污染，且長(zhǎng)期受銅(Cu)礦水的污染，灌溉水及土壤呈強(qiáng)酸（pH＜5），嚴(yán)重抑制了農(nóng)作物及水生生物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量失收，迫使農(nóng)田棄耕［4-5］.

由于污染直接影響了村民的收入與生活，因而引發(fā)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民與廠礦的糾紛不斷，也引起了專家學(xué)者們的關(guān)注.學(xué)者們?cè)谵r(nóng)田污染機(jī)制［6-7］、農(nóng)田及水體污染評(píng)價(jià)體系［8-11］、污染農(nóng)田土壤生物組成特征［12-14］、農(nóng)作物重金屬富集機(jī)理與污染修復(fù)復(fù)耕［15-16］上進(jìn)行積極探討并取得成績(jī)，但是對(duì)棄耕農(nóng)田的原位生態(tài)修復(fù)與復(fù)耕的研究報(bào)道不多［17-19］，對(duì)污染農(nóng)田棄耕后的耕作層土壤的可持續(xù)利用及棄耕演替的研究探討較少.

農(nóng)田一旦棄耕淪為撂荒地,棄耕演替也隨之而行.由于農(nóng)田耕作層土壤蘊(yùn)含大量生物種子，在降雨量、日照及礦質(zhì)元素充沛的南方，棄耕農(nóng)田植物演替迅速進(jìn)行.對(duì)于由于水源污染導(dǎo)致農(nóng)田耕作層累積大量重金屬的棄耕田而言，演替的先鋒植物與優(yōu)勢(shì)種勢(shì)必是抗污染耐強(qiáng)酸的品種，這就為篩選修復(fù)植物提供了依據(jù)，通過演替植物生長(zhǎng)演替來吸附轉(zhuǎn)移土壤重金屬離子、起到降低土壤重金屬含量達(dá)到復(fù)耕的生態(tài)修復(fù)作用.為此，對(duì)不同棄耕年限的棄耕田進(jìn)行次生演替植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查研究.

1材料與方法

1.1研究樣地概況

研究樣地位于韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)（北緯24°35′1″、東經(jīng)113°40′6″）的壩心村和大東村棄耕農(nóng)田.樣地背景見表1.

1.2取樣方法

2014年11月至2015年5月，跨度秋冬天和來年春天.按棄耕年限的先后及是否斷開水源選取樣地，壩心村依水源遠(yuǎn)近選取沼澤地（A）、濕（夏秋）旱（冬春）地（B）和旱地（C）3種生境,大東村選取斷開水源前的稻田（D）、水渠（E）、池塘（F）和河灘（G）4種生境.樣方法每個(gè)樣地取200樣，樣方面積2×2 m，進(jìn)行樣方內(nèi)植物鑒定、計(jì)數(shù)與測(cè)量.

表1樣地概況

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

多度等級(jí)采用Drude的7級(jí)制［20］等級(jí)表示，統(tǒng)計(jì)方法采用目測(cè)估計(jì)法；生活型譜采用C.Raunkiaer［20］的生活型分類系統(tǒng).

2結(jié)果分析

2.1重金屬污染不同棄耕年限農(nóng)田次生演替植物群落組成特征

2.1.1農(nóng)田棄耕30年次生演替植物組成與多度

壩心村農(nóng)田至1985年棄耕后，按照自北向南的方位，靠近高寶硫酸廠和選礦廠而且近水源的北邊農(nóng)田，演變?yōu)檎訚傻?，向南為濕（夏秋?旱（冬春）地，最南端是旱地.由于水源的原因，沼澤地、濕-旱地和旱地植物群落結(jié)構(gòu)有區(qū)別，沼澤地中央以挺水植物蘆葦Phragmites australis為優(yōu)勢(shì)，蘆竹Arundo donax為常見種，沼澤田埂分布的是旱生多年生草本類蘆Neyraudia reynaudiana(kunth)、斑茅Saccharum arundinaceumRetz、絲茅Imperata koenigii(Retz.)Beauv、蕨類植物烏毛蕨Blechnum orientaleLinn.及苔蘚植物金發(fā)蘚Polytrichum commune，植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，見表3.

表3壩心村棄耕地演替植物組成、多度與生活型

2.1.2原不同生境棄耕10年后次生演替植物組成與多度

由于阻隔污染水源，池塘干枯，水渠斷流，農(nóng)田變旱地，污染背景相同，但是原有的土壤生境不同，導(dǎo)致棄耕后植物演替有差別，組成植物群落的種類按多寡排序?yàn)闂壐?撂荒地>池塘>水渠.撂荒地以狗尾巴草Setaria viridis(L.)Beauv.苧麻Boehmeria nivea(L.)Gaudich.艾草Artemisia argyiH.Lév.&Vaniot、茵陳ArtemisiacapillarisThunb多年生草本和紅花醡醬草Oxalis.shamrock.sorrel一年生草本為優(yōu)勢(shì)；水渠以多年生藤本野葛藤Pueraria lobata(Willd.)Ohwi和多年生草本牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.為優(yōu)勢(shì)；池塘以類蘆Neyraudia reynaudiana(Kunth)Keng、筒軸茅Rottboellia cochinchinensis(Lour.)Clayton、狗牙根Cynodondactylon (Linn.)Pers.和牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.多年生草本為優(yōu)勢(shì)；稻田主要以狗尾巴草Setaria viridis(L.) Beauv.、三葉鬼針草Bidens pilosaL.和飛蓬Erigeron oreades(Schrenk)Fisch.et Mey一年生草本為主.綜合4個(gè)樣地植物組成，飛蓬Erigeron oreades(Schrenk)Fisch.et Mey在3個(gè)樣地中是亞優(yōu)勢(shì)種.見表4.

表4東山村棄耕土壤植物群落組成、多度與生活型

3.2不同棄耕年限農(nóng)田次生演替植物群落的外貌結(jié)構(gòu)特征

3.2.1棄耕30年不同生境植物群落的外貌特征

棄耕30年不同生境植物群落的外貌特征都是以地面芽和地下芽為主，高位芽植物和一年生植物少，沼澤地沒有一年生植物分布，濕-旱地和旱地分布少了的一年生植物.

3.2.2棄耕10年不同生境植物群落的外貌特征

棄耕10年不同生境植物群落的外貌特征以一年生植物和地下芽為主，高位芽植物的分布少，稻田和撂荒地高位芽植物比水渠和池塘多.

3.3不同棄耕年限農(nóng)田次生演替植物群落的垂直結(jié)構(gòu)特征

3.3.1棄耕30年不同生境植物群落垂直結(jié)構(gòu)特征

濕地以挺水植物蘆葦-蘆竹為結(jié)構(gòu)特征，結(jié)構(gòu)單一，分層不明顯，區(qū)別的是同類植株高矮不同；濕-旱地分層比較明顯，以高大叢生的斑茅為上層、中層是匍匐散生的鋪地黍、下層是苔蘚植物金發(fā)蘚；濕-旱地垂直分布與旱地相似，上層是斑茅、中層是鋪地黍和思茅、下層是金發(fā)蘚.

3.3.2不同生境棄耕10年后植物群落垂直結(jié)構(gòu)特征

河灘多年生植物多，且高大，所以垂直分布明顯，上層是類蘆和鹽膚木，中層是飛蓬、野雀麥、勝紅薊和斑茅，下層是鋪地黍和野葛藤；水渠以一年生草本為上層，下層是苔蘚；池塘斑茅和思茅為上層，下層是野葛藤；稻田上層是飛蓬和野雀麥，中層是勝紅薊、竹節(jié)草好牛筋草，下層是狗牙根、鱧腸、石胡荽，見表5

表5棄耕10年后不同生境植物群落垂直結(jié)構(gòu)特征

3討論

棄耕30年的壩心村，由于棄耕土壤一直沒有和污染水源隔絕，受水源的影響，農(nóng)田變沼澤地，植物演替為水生挺水植物群落；濕旱地受季節(jié)性水分的影響，植物演替以耐濕匍匐生長(zhǎng)的鋪地黍?yàn)橹鳎吘壷悄秃的臀廴镜陌呙┡c金發(fā)蘚；旱地、受人為干擾多，受居民割草、焚燒與開荒的干擾，植物演替以一年生向多年生過度.

棄耕10年的東山村，棄耕前生境不同，原有的土壤肥力和理化特性有區(qū)別，導(dǎo)致阻隔水源后，植物演替受土壤肥力和理化特性的制約，體現(xiàn)原有的水渠和池塘植物種類單一；河灘撂荒時(shí)間長(zhǎng)，演替已經(jīng)從多年生草本向多年生藤本和木本方向進(jìn)行；稻田植物密度大，但是主要以一年生草本和多年生低矮草本為主.

以其他棄耕農(nóng)田的植物演替相比［6］，大寶山污染棄耕農(nóng)田植物演替進(jìn)展緩慢，還是停留在本草階段，棄耕年份長(zhǎng)的以多年生草本為主，棄耕年份稍短的以以一年生草本和多年生低矮草本為主，從植物演替快慢情況再次驗(yàn)證污染抑制植物的存活與生長(zhǎng).

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On the Composition Characteristics of Plant Communities in Abandoned Farmland Heavy Metal Pollution Secondary Succession HUANG Hong-ying；RUAN Jin-xiang；ZHONG Wen-cong；LI Dong；CAI Nuan-hua；OU Bi-chi；

TAN Yi-hui
（Yingdong College of Life Science，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

In order to explore the ability of copper(Cu)cadmium(Cd)to contaminate the restoration ability of abandoned farmland,and to provide a basis for screening plants with tolerance to acid and Cu tolerance,Cu pollution and strong enrichment.The investigation of the plant community structure of abandoned farmland,farmland,lotus field,pond and canal was carried out in Shaxin Village and Dadong Village,Shaxi Town,Shaoguan City,from 2014 winter to 2015 summer respectively.The area of the plot reached an area of 5 ha,and a total of 38 species of 16 families were identified,and the waterlogged and man-made disturbances caused the abandoned tillage to become the marsh wetland and dryland.The wetland plant community is mainly composed of perennial plants,such as reed and arundin,which constitute the stage of succession of wet herbaceous plants.The composition of dryland plant community is related to the abandonment period,with the short time of abandonment(less than 5 years), one-year-old plants take dominance without clear vertical distribution;with the time of abandonment(less than 10 years),perennial herbaceous plants take dominance,with clear vertical distribution with perennial herbaceous plants as the top and the bryophytes and one-year-old plants grown against the sunlight at the bottom.Flying Pine,Red Thistle,Antelope Grass,Prickly,Pueraria lobata,Ophiopogon japonicus and Ramie become dominant plants in dryland succession.

heavy metal pollution；abandoned farmland；secondary succession；plant community

S718.5%

A%%%

1007-5348（2017）03-0072-05

（責(zé)任編輯：邵曉軍）

2016-12-19

韶關(guān)學(xué)院科研項(xiàng)目（韶學(xué)院〔2013〕205號(hào)）.

黃紅英（1967-），女，廣東乳源人，韶關(guān)學(xué)院英東生命科學(xué)學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士；研究方向：修復(fù)生態(tài)學(xué).