基于礦山廢棄地生態(tài)恢復的土著樹種生態(tài)適宜性分析

楊生權

(山西省生物研究所，太原 030006)

基于礦山廢棄地生態(tài)恢復的土著樹種生態(tài)適宜性分析

楊生權

(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，長期以來高強度的煤炭資源開采，給當地造成嚴重的生態(tài)破壞，形成許多難以恢復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的關鍵。本文采用樣方法，分析了檸條、刺槐、榆樹、沙棘、檉柳和沙棗6個樹種在不同植物配置模式中經過10年自然演替樹種的生態(tài)適宜性。結果表明：檸條×沙棗×刺槐混交模式是最適宜于當地植被恢復的配置模式，檸條和榆樹可作為排土場植被恢復的推廣樹種。

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)境問題。除采場破壞大片植被或耕地外，排土場覆蓋了大片的植被或耕地，對礦山固有的生態(tài)系統(tǒng)造成了大面積的破壞。排土場對植被和土壤的破壞數量大，面積廣，解決煤礦廣泛開采所遺留的生態(tài)恢復問題便在區(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。植被恢復是露天煤礦進行生態(tài)恢復的核心，植被恢復不僅起著構建排土場初始植被的作用，還能促進土壤結構與肥力及土壤微生物與動物的恢復，從而促進整個生態(tài)系統(tǒng)結構與功能的恢復與重建[2]。選擇適宜高效的植物物種和植物配置模式對解決目前礦區(qū)損毀土地生態(tài)重建問題具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文以平朔安太堡露天煤礦排土場為研究對象，對6種土著樹種在排土場生態(tài)恢復的生態(tài)適宜性進行了比較分析，以期為半干旱區(qū)露天煤礦排土場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)，地理坐標為112°10′～ 113°30′E，39°23′～ 39°37′N，是我國典型的農牧交錯生態(tài)過渡區(qū)。該區(qū)屬典型的溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，夏季溫熱多雨，且雨量集中，平均年降雨量為418.7mm，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℃，全年無霜期為118～154d，年平均風速為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)復墾地內，以平臺人工植被為研究對象，在南排和內排土場，根據不同植物配置模式，設置標準樣地5個(表1)，樣地面積均為30m×30m，復墾時間同為2000年，除定植期進行澆水外，至今均未采取人工澆水與施肥等管理措施。野外調查時，將每個樣地再劃分為36個5m×5m的樣方，共144個樣方，記錄每個樣方內所有喬木和灌木植物的個體數、胸徑(或基徑)、高度、冠幅等。

表1 樣地基本情況

1.3 數據處理

(1)總死亡率計算方式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(2)單種死亡率計算方式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(3)強度比計算公式為：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

2 結果與分析

本文以各樹種在生態(tài)恢復10年間總死亡率和單種死亡率，分析5種配置模式內各樹種的競爭強弱或相互的適應、協(xié)調能力，通過對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68.00%，遠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，說明在這樣配置模式下榆樹的競爭能力強，刺槐的競爭能力弱，刺槐因難以突破檸條的密度制約而降低了競爭能力。在這種配置模式下，雖然總死亡率很低，但模式內部物種間形成了強烈的種間競爭。

配模2中，喬木以榆樹為優(yōu)勢種，占配模內總植株數的47.19%，但單種死亡率僅0.44%；灌木以沙棘為優(yōu)勢種，占配模內總植株數的37.42%，單種死亡率高達68.89%，這也是導致配模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個物種間相互協(xié)調達到穩(wěn)定狀態(tài)。沙棘死亡率高是因為沙棘是陽性植物，而榆樹的覆蓋度很大，影響了沙棘對光照的需求。

配置模式3中，3中樹種植株數量沒有明顯差異，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，說明檸條的生態(tài)位比較廣，競爭能力和適應能力都很強，當其它樹種與之混交時難以存活，但榆樹能適應與之共生的環(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

在調查過程中，通過對樹木各項生長狀況綜合評價來測評樹木的生活力，測評因子有樹高、胸徑、冠幅、所處的生長期(營養(yǎng)期、初花期、盛花期、末花期、初果期、末果期、死亡期)，叢生灌木同時參照樹木的分蘗數目，有無抽梢現(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高度，由此來綜合評定一株植物調查時刻的生活力(強、中、弱)，“強”代表這株植物能很好的適應環(huán)境，且生長良好能成功繁殖后代，對生態(tài)環(huán)境恢復貢獻很大；“中”代表植物能很好的生活，但生長不是很旺盛；“弱”則說明植物處于衰退期，對環(huán)境不適應，即將退出該生態(tài)系統(tǒng)。通過分析同一物種的存活植株在不同配置模式中的強度比，以及喬木與灌木的不同配置方式，進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，檸條和榆樹的強度比穩(wěn)定偏高，說明二者的適應能力和生存能力極強，尤其是在配置模式3中，檸條的強度比高達0.98。這主要取決于檸條的生態(tài)習性：檸條對環(huán)境具有廣泛的適宜性，在形態(tài)方面具有旱生結構，分蘗能力強，根系極為發(fā)達，主根入土深，容易占據有力的生態(tài)位。榆樹配置模式4中的強度比很高為0.96，與配模1相比，榆樹在配模4中強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，對土壤有改良作用，能夠促進榆樹的生長。但沙棘和沙棗因對光照和溫度的要求都很嚴格(沙棗在≥10℃積溫3000℃以上地區(qū)生長發(fā)育良好；沙棘會因光照不足產生劇烈分化，結實少)，因而在不同配置模式中的生活力波動不定。刺槐與不同的樹種混交時，生活力有所不同，主要是應為刺槐是引進物種，如果與競爭力強的本土樹種混交的話，自身的競爭能力就會降低。總體來看，在樹種的存活植株中生活力較強的是檸條和榆樹。

表3 樹種生命力強度比

3 結 論

(1)通過比較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生態(tài)恢復的最優(yōu)配置模式。

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

[1]楊勤學，趙冰清，郭東罡.中國北方露天煤礦區(qū)植被恢復研究進展[J].生態(tài)學雜志，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.露天煤礦土地復墾與生態(tài)重建—平朔露天礦的研究與實踐[M].北京：科學出版社，2000.

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》2017年擬重點選題

2017年本刊緊緊圍繞中國共產黨第十八屆六中全會精神和《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》要求，切實貫徹創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，以全面建成小康社會、全面深化改革、全面依法治國、全面從嚴治黨的戰(zhàn)略布局為統(tǒng)領，重點以深化生態(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)境質量，綠色發(fā)展和建設美麗中國為議題，策劃選題，以期為“十三五”綠色環(huán)保新藍圖落地實施建言獻策。

2017年擬重點選題：綠色發(fā)展、生態(tài)文明制度體系、大氣環(huán)境質量管理、機動車污染防治、水污染防治、土壤污染與修復、環(huán)境外交、環(huán)境與健康、農村環(huán)境保護、環(huán)境風險防范與應急管理、固體廢棄物環(huán)境管理、環(huán)境產業(yè)、污染減排重點以及環(huán)境與貧困等。請各界人士能予以關注并不吝賜稿，同時歡迎相關單位及課題組協(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，碩士，研究方向為植物營養(yǎng)學

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