青島東部工礦廢棄地生態(tài)治理研究

李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266102

青島東部工礦廢棄地生態(tài)治理研究

李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態(tài)股份有限公司 山東青島 266102

文章以青島東部廢棄建筑石材礦山治理工程為例，通過(guò)對(duì)植被系統(tǒng)中的植物生長(zhǎng)勢(shì)、多樣性和蓋度，以及治理技術(shù)對(duì)土壤改良等方面的研究，對(duì)生態(tài)治理的效果進(jìn)行評(píng)估。研究結(jié)果表明：坡面植被覆蓋達(dá)到95%以上，植物根部已經(jīng)深入營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)下部巖石裂縫；3個(gè)樣方的Simpson多樣性指數(shù)分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數(shù)較高且相差不大；植被恢復(fù)后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加。通過(guò)生態(tài)治理技術(shù)建立的植被總蓋度、植物密度和生長(zhǎng)速度都高于自然植被；植物群落多樣性好，整體協(xié)調(diào)性高；該技術(shù)還能有效地改良土壤狀況，提高土壤生產(chǎn)力。

植被恢復(fù)，生態(tài)修復(fù)，群落，土壤改良

廢棄建筑石材礦山的植被系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境在工礦開(kāi)采過(guò)程中被嚴(yán)重破壞，這不僅會(huì)造成粉塵污染、土壤污染、地下水污染，還會(huì)導(dǎo)致巖體滑坡、泥石流等嚴(yán)重自然災(zāi)害。如何采取經(jīng)濟(jì)有效的措施恢復(fù)礦山區(qū)域的植被系統(tǒng)，治理廢棄采石礦山周邊遭到破壞的生態(tài)環(huán)境，已成為當(dāng)前生態(tài)環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域亟待解決的課題。采石場(chǎng)大部分區(qū)域都是坡比1∶0.75以上的邊坡，在這些條件惡劣、環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)無(wú)疑增添了相關(guān)的技術(shù)難度[1]。

本研究提供的工礦廢棄地生態(tài)治理技術(shù)，優(yōu)化了噴播基質(zhì)的性能，該基質(zhì)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐沖蝕程度高、保溫效果好等特點(diǎn)，能夠有效截留種植層的養(yǎng)分和水分，改良土壤狀況、極大提高植物的生長(zhǎng)速度。該技術(shù)能使原有待修復(fù)區(qū)域形成喬、灌、草相結(jié)合的立體的、豐富的植物群落，可以取得良好的植被恢復(fù)效果。建立起的植被系統(tǒng)能為周?chē)鷳B(tài)環(huán)境增濕，以達(dá)到抑制揚(yáng)塵、涵養(yǎng)水源的作用；植物根部還能分解或是提取場(chǎng)地的污染物質(zhì)；同時(shí)，植物根系扎根到巖石裂縫中，通過(guò)根系作用，固定坡面，減少山體自然災(zāi)害的發(fā)生[2]。本文對(duì)形成的植物群落中的植物種類、數(shù)量、高度、植被蓋度以及土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，從物種多樣性、綠化效果和土壤改良幾個(gè)方面來(lái)證明工礦廢棄地生態(tài)性治理技術(shù)的可行性。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青島市嶗山區(qū)，該采石場(chǎng)已經(jīng)于多年前停止采石,由于受到人類采石的強(qiáng)烈干預(yù),自然山體坡面的原有植被和土壤層遭到徹底清除,導(dǎo)致山體殘缺及功能缺失。大量的裸巖坡面破壞自然景觀的同時(shí),已對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本次治理工程包括坡面和坡面下部的區(qū)域，其中80%以上的坡面為巖質(zhì)坡面，山體坡度大于1∶0.75；坡面下部為坡面剝落的弱風(fēng)化土壤層。本項(xiàng)目于2014年6月份團(tuán)粒噴播適合植物生長(zhǎng)的基質(zhì)層。

2 研究方法

2.1 邊坡清理與削坡工程

施工前對(duì)部分高險(xiǎn)陡坡進(jìn)行必要的清坡削坡處理,之后對(duì)山體敷設(shè)金屬網(wǎng)。對(duì)山體上的石渣及危石、浮石進(jìn)行清理,保證金屬網(wǎng)鋪設(shè)的順利進(jìn)行及施工安全。為了避免夏季集中降雨時(shí)山體匯水形成的水流對(duì)噴播土壤沖刷而導(dǎo)致的土壤流失問(wèn)題，在山體頂部構(gòu)筑截水溝,將夏秋季節(jié)因集中降雨而形成的匯水排離坡體,增加邊坡的安全性[3]。

2.2 噴播工藝

本工程采用濕式噴播工藝，將植物營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)噴制在采石場(chǎng)坡面上，該基質(zhì)配方選取的組成材料主要有：粘土 50%～60%；有機(jī)質(zhì)25%～35%；粘合劑10%～15%；保水劑、調(diào)節(jié)劑1%～3%(質(zhì)量比)。坡面噴制植物營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)層的厚度為6～7 cm，種子層的厚度為1～2 cm；坡面下部噴制很薄的一層植物營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)層，種子層的厚度為1～2 cm。

2.3 植物種類的選擇

生態(tài)性治理的植物種類主要選擇耐瘠薄、生命力頑強(qiáng)、綜合抗性較強(qiáng)的荒山造林先鋒植物,盡量選擇具有一定固氮能力的豆科植物種類[3]。該工程所選用的植物種類包括刺槐、火炬樹(shù)、紫穗槐、胡枝子、馬棘、黑麥草。其中刺槐、火炬樹(shù)為喬木，紫穗槐、胡枝子、馬棘為灌木，黑麥草為草本植物。

2.4 植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)效果評(píng)估

人工植被在第2～3個(gè)生長(zhǎng)年以后的生長(zhǎng)狀況基本能反映植被恢復(fù)的效果，因此,可以在人工植被建立2年后進(jìn)行恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)[4]。選擇坡面上3塊典型的20 m2的區(qū)域作為調(diào)查樣方，對(duì)樣方內(nèi)的植物進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，評(píng)價(jià)該區(qū)域的植被長(zhǎng)勢(shì)和覆蓋效果，本研究采用Simpson指數(shù)對(duì)建立的植物群落進(jìn)行植物多樣性分析[5-7]。為研究植物基質(zhì)和植物生長(zhǎng)對(duì)下部土壤理化性質(zhì)的影響，在坡面下部選取3個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)基質(zhì)層下部土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行分析。本文調(diào)查評(píng)價(jià)在2016年9月份進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 植物數(shù)量、高度

坡面上喬木、灌木長(zhǎng)勢(shì)良好(表1，表2)，刺槐、火炬樹(shù)和紫穗槐是優(yōu)勢(shì)植物。刺槐的數(shù)量最多，高度最高，3個(gè)樣方中刺槐平均高度為195.9 cm；馬棘的高度最小，3個(gè)樣方中平均高度為81.47 cm。 相對(duì)于種植在普通土壤中相同生長(zhǎng)年限的植物，本研究坡面上的植株高度增加較明顯，說(shuō)明本技術(shù)提供的植物營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)能夠促進(jìn)植物的快速生長(zhǎng)。除噴播種植的植物以外，在研究樣方中還零星分布有其他的藤本、草本植物，但數(shù)量較少；黑麥草作為坡面快速覆綠的初期植物，在前期起到固土保水的作用，隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)數(shù)量逐漸減少，本研究對(duì)這些植物不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.2 植被群落多樣性指數(shù)

植物多樣性是評(píng)價(jià)一個(gè)植物群落是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的重要指標(biāo)[8]，Simpson指數(shù)基于種的數(shù)目、所有種的個(gè)體總數(shù)及每個(gè)種的個(gè)體數(shù)的多樣性指數(shù)，綜合反映了群落中種的豐富度和均勻度。

其中，Pi為物種i的比例，即Pi=Ni/N，其中Ni為樣方中第i 種物種的個(gè)體數(shù)，N為全部種的個(gè)體總數(shù)。S為樣方面積群落中植物種數(shù)，群落中種數(shù)越多，各種個(gè)體分配越均勻，指數(shù)越高，指示群落多樣性越好。

經(jīng)計(jì)算本研究3個(gè)樣方的Simpson多樣性指數(shù)分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數(shù)較高且相差不大，表明通過(guò)該生態(tài)性治理技術(shù)建立的植被種多樣性好，整體協(xié)調(diào)性高[5-7]。刺槐、火炬樹(shù)、紫穗槐、胡枝子和馬棘均勻的分布在坡面；野生草、灌植物出現(xiàn)在坡面中，且植被恢復(fù)區(qū)域的邊緣部分已進(jìn)入與周?chē)匀恢参锶郝湎嗳诤系碾A段。

表1 20 m2研究區(qū)域植物的數(shù)量 株

表2 20 m2研究區(qū)域植物的高度 cm

3.3 植物蓋度和坡面綠化效果

從圖1可以看出，在植被恢復(fù)的第4個(gè)月，喬、灌木植株逐漸增高，加上生長(zhǎng)旺盛的黑麥草，使坡面快速覆綠，蓋度達(dá)到70%以上，顏色翠綠，取得較好的感官效果。圖1d為植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)工程治理2年后坡面照片，喬、灌木快速生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)2年的植被恢復(fù)，現(xiàn)有植物生長(zhǎng)繁茂，顏色深綠，坡面植被覆蓋已達(dá)95%以上，整體協(xié)調(diào)性提高，形成了喬、灌、草共生的植被生態(tài)系統(tǒng)。

高植被覆蓋度有效地減少了雨水對(duì)坡面的沖刷，降低水土流失的程度，對(duì)部分刺槐和紫穗槐的調(diào)查表明，植物的根系已經(jīng)深入噴播基質(zhì)下層的巖石裂縫中，對(duì)坡面的固定起到積極的作用，有利于減少滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.4 對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

生態(tài)治理工程進(jìn)行前土壤的容重較大，養(yǎng)分含量低，對(duì)水分的保持能力差，這都不利坡面的穩(wěn)定和植物的生長(zhǎng)[9-10]。通過(guò)表3可以看出，與恢復(fù)前相比，治理工程開(kāi)始2年后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加，特別是有效氮的含量增加明顯?，F(xiàn)有土壤狀況已經(jīng)明顯改良，土壤生產(chǎn)力提升較大。

圖1 使用生態(tài)性治理技術(shù)治理前(a)與治理后2個(gè)月(b)、4個(gè)月(c)和2年(d)坡面植被效果比較

表3 土壤理化性質(zhì)變化對(duì)比

4 結(jié)論

通過(guò)工礦廢棄地生態(tài)治理技術(shù)建立的植被總蓋度、植物密度和生長(zhǎng)速度都高于自然植被，形成了喬、灌、草共生的植被生態(tài)系統(tǒng)，植被恢復(fù)區(qū)域的邊緣已進(jìn)入與周?chē)匀恢参锶郝湎嗳诤系碾A段。坡面植被覆蓋達(dá)到95%以上，減少了水土流失，提高了坡面的穩(wěn)定性。該技術(shù)還能有效改良土壤理化性質(zhì)，實(shí)施治理后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量明顯增加，有效地改良了土壤的狀況，提高了土壤的生產(chǎn)力。通過(guò)對(duì)青島東部廢棄建筑石材礦山修復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估，表明本研究提供的工礦廢棄地生態(tài)治理技術(shù)可以在條件惡劣、環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用并取得良好的修復(fù)效果。

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Ecological Improvement of Industrial and Mining Wasteland in the East of Qingdao City

Li Chunlin Xu Jianping Qi Chuanlei Zang Xiaolong

(Qingdao Guanzhong Ecology Co , Ltd, Qingdao 266102, Shandong, China)

This paper took the abandoned quarry mine improvement project in the eastern part of Qingdao City as a case study to conduct the research on the growth potential, diversity and coverage of plant community as well as on the soil improvement technology and also evaluate the effect of ecological improvement. The result showed that more than 95% of slope area was covered by vegetation and plant roots went deep into the rock fracture; the Simpson diversity index of the three samples were 0.76, 0.76 and 0.75, respectively, which were relatively high and showed no big differences; soil bulk density decreased 17.61% after vegetation restoration, while the maximum water-holding capacity increased 15.07%, and nitrogen, phosphorus and potassium nutrient content increased significantly. The overall coverage, density and growth speed of plant community which was built with this improvement technology were higher than those of natural vegetation, and the diversity and overall coordination of this plant community is also high. In addition, this technology could also effectively improve the soil condition and increase the productivity of soil.

vegetation restoration, ecological rehabilitation, community, Soil improvement

2017-04-01

李春林(1967-)，男，高級(jí)工程師，從事植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)工作，E-mail:kevinlee822@hotmail.com

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.04.013