四川盆地西北部磷礦廢棄采石場自然演替初期植被特征

尤繼勇，吳雨峰，張小平，康釘榮，楊育林，陳滌非，張 好，李佳泳

(1.四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081, 2.石棉縣林業(yè)局，四川 石棉 625400)

四川盆地西北部磷礦廢棄采石場自然演替初期植被特征

尤繼勇1，吳雨峰1，張小平1，康釘榮2，楊育林1，陳滌非1，張 好1，李佳泳1

(1.四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081, 2.石棉縣林業(yè)局，四川 石棉 625400)

通過實地調查的方法，調查了四川盆地西北部磷礦廢棄采石場的植被組成和自然演替情況。結果表明：該地自然定居植物共46種，隸屬于20科37屬，以菊科(12種)、禾本科(9種)最多。廢棄地的初期演替狀態(tài)可以總結為：裸地→草叢→草灌叢→灌叢，在演替早期(<10 a)，植被主要物種多為以禾本科和菊科植物為主體的先鋒植物群落，演替中期(10 a～20 a)的植物群落構成則較為穩(wěn)定的草本灌木優(yōu)勢群落，而到了演替后期(20 a～30 a)，植物群落則形成了大量的灌叢。隨著演替過程的進行，植物的多樣性總體呈現逐漸增長的趨勢，草本植物多樣性相對穩(wěn)定，而木本植物多樣性呈現顯著增加的趨勢。本研究發(fā)現磷礦廢棄地自然演替過程和植物多樣性變化與其他礦種廢棄地的植被演替是類似的，說明不同礦種廢棄地的初期植被演替過程是大體一致的。

廢棄采石場；群落特征；自然演替；多樣性

隨著四川社會經濟的快速發(fā)展，礦山資源的開發(fā)程度也日益增大。礦山資源的開采不可避免地對植被和生態(tài)產生破壞，形成了大量礦山廢棄地，由此帶來了植被受損嚴重、大量土壤流失、自然景觀破壞等[1～3]一系列的環(huán)境問題，嚴重威脅著社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。礦山廢棄地的生態(tài)恢復已成為當前環(huán)境科學的重點研究之一，目前已有大量研究主要集中于廢棄地的土壤修復、植被篩選、植被配置模式、植物群落類型、物種多樣性變化特征[4～7]等方面，而針對礦山廢棄地自然恢復演替特征的研究相對較少。采石場是數量較多的一類礦山, 其對自然生態(tài)系統(tǒng)造成無法估量的損傷, 特別是造成土壤侵蝕和植被破壞[8]。本研究針對四川盆地西北部現存的主要磷礦廢棄采石場，開展自然恢復調查研究，旨在為磷礦廢棄地科學合理地進行植被選擇和恢復提供參考依據。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)主要位于四川盆地西北部，主要包括了彭州、什邡、綿竹、北川和安縣等市縣。區(qū)內海拔分布在500 m～2 400 m，地貌以盆地和低山丘陵為主。該區(qū)屬北亞熱帶山地濕潤季風氣候區(qū)，全年平均氣溫為13℃～18℃，平均日照時數 1 000 h～1 300 h，≥0℃的活動積溫為 5 500℃～6 000℃，四季分明，雨量充沛，多年平均降雨量為800 mm～1 400 mm。地帶性土壤以山地黃壤為主，植被類型主要為溫帶針闊葉混交林，常見樹種有馬尾松、杉木、榿木、臭椿等。目前研究區(qū)內分布著大量的磷礦，經過長期的開山采石，形成了大量的廢棄采石場。這不僅給區(qū)內自然風光帶來了不利的影響，同時也存在著滑坡、崩塌等地質災害隱患。

2 研究方法

2.1 樣地設置

調查采用典型抽樣法進行，共設置16個20 m×20 m樣地。在每個樣地的四角和中心分別設置5個5 m×5 m的灌木樣方調查灌木，同時在每個灌木樣方中各設置1個1 m×1 m的草本樣方，分別調查喬木的種類、數量、株高、胸徑、冠幅、枝下高，灌木或草本的種類、數量、株高或平均高、蓋度，群落垂直結構和各層生長狀況，5個點取平均值作為該樣地對應的取值，并詳細記錄海拔、坡度、坡向等地形因子。根據廢棄年限的差異，廢棄地年限分為<5 a，5 a～10 a，10 a～20 a，20 a～30 a 4個階段(見表1)。

表1廢棄地基本信息

Tab. 1 Information of wasteland

2.2 分析方法

物種多樣性指數用Shannorr-Weine指數，物種分布均勻度用Pielou指數[9～11]，計算公式如下:

(1)多樣性指數D：

(2)均勻度指數E：

式子中，S為樣方面積群落中植物種數；Ni為群落中第i種植物的個體數或蓋度。

3 結果與分析

3.1 廢棄地主要植被組成

磷礦廢棄地現有植被隸屬于20科37屬46種。其中草本植物為29種，占總種數的63%；其次為灌木12種，占總種數的26.1%；而喬木樹種為5種，僅占10.9%。各科中，以菊科(12種)和禾本科(9種)植物居多，分別占總種數的26.1%，19.6%，其次是豆科(4種)、薔薇科植物(3種)、?？?2種)和漆樹科植物(均2種)，而其余科植物均為單種(見表2)。從調查結果可見禾本科和菊科植物是廢棄地早期定居的主要植物，也是各樣地中的優(yōu)勢植物和先鋒植物，它們屬于較耐貧瘠的植物種類，適應性極強，說明這兩科植物在煤礦廢棄地植被恢復過程中扮演重要角色，這與楊禮攀等人[12]的研究有共同之處。

表2廢棄地自然植被類型

Tab. 2 Vegetation types of wasteland

3.2 廢棄地群落特征研究

不同樣地的植被群落特征見表3。廢棄時間<5 a的樣地，發(fā)現植物6種～9種，全部為草本植物，以青蒿+飛蓬+芒+三芒草+巖蕨的植物群落為主體，偶見灌木如馬桑、荊條、四照花等，幾乎沒有喬木出現，這一階段植被群落結構相對單一，主要以禾本科和菊科草本植物這類先鋒植被為主；廢棄時間5 a～10 a的樣地發(fā)現植物11種～19種，其中草本植物為8種～14種，木本植物為3種～5種，植被主要是青蒿+飛蓬+芒+三芒草+巖蕨+狗尾草+懸鉤子的優(yōu)勢群落，灌木樹種為馬桑、荊條、水麻、四照花等，不占優(yōu)勢；廢棄時間10 a～20 a年的樣地，木本植物明顯增多，植物種類共20種～30種，其中草本種數15種～21種，木本種數5種～9種，草本群落主要為青蒿+飛蓬+芒+三芒草+狗尾草+懸鉤子，這一階段形成了馬桑+水麻+荊條為主的優(yōu)勢灌叢群落，可見年限超過10 a的廢棄地可以逐步形成相對穩(wěn)定的灌草群；廢棄時間為20 a～30 a的樣地，發(fā)現植物31種～38種，其中草本植物24種～28種，木本植物7種～10種，以青蒿+飛蓬+芒+三芒草 + 狗尾草 + 懸鉤子為主體的草本，與馬桑 + 構樹 + 荊條 + 四照花 + 領春木組成的優(yōu)勢灌叢，共同構成了穩(wěn)定的灌草叢，這一階段喬木呈零星出現，主要是野胡桃、野漆和臭椿，年齡多為8 a～10 a，長勢一般。根據調查結果，磷礦廢棄地的初期演替趨勢可以總結為：裸地→草叢→灌草叢→灌叢。廖富林[13]、彭東海[14]、儲玲[15]等分別在煤礦、金礦和銅礦廢棄地中也發(fā)現了類似的演替過程，這說明不同礦種廢棄地的自然恢復過程具有相同之處，均呈現由草叢向灌草的演替趨勢。

表3不同樣地植被群落特征

Tab. 3 Vegetation features in different plots

3.3 廢棄地植被多樣性研究

物種多樣性可以定量地表征植物群落和生態(tài)系統(tǒng)的特征，可直接或者間接的體現群落和生態(tài)系統(tǒng)的結構類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度、生境差異等[16]。各樣地植物群落的多樣性指標見表4。從調查結果可見：不管是多樣性指數還是均勻度指數，都是草本層>灌木層，尤其多樣性指數兩者差異顯著，這說明廢棄地自然恢復過程中，草本層的恢復能力明顯優(yōu)于灌木層，陳璟[17]在研究中得到了相似的結果。這主要是由于廢棄地立地條件比較差，對灌木來說影響比較明顯，而草本層(如蕨類、禾本科)對立地因子相對不是很敏感。

從不同廢棄年限的植被多樣性變化來看，植被多樣性總體呈現增長的趨勢，這與陳芳清等人[18]的研究結果是相同的，而植被均勻度總體變化不大。廢棄時間<5 a的樣地，地表仍然以碎石為主，缺乏植物所需的營養(yǎng)條件，主要生長耐貧瘠的草本植物，其多樣性指數和均勻度指數分別為1.782和0.861，而灌木多樣性與均勻度指數均為0；而廢棄年限5 a～10 a的樣地，植被仍然以草本植物為主，多樣性指數和均勻度指數達到2.158和0.768，這一階段灌木植物開始出現，種類較少，灌木多樣性指數和均勻度指數為1.343和0.715；廢棄年限10 a～20 a的樣地，草本植物和灌木植物均有不同程度的增長，草本多樣性指數和均勻度指數分別為2.423和0.831，而灌木多樣性指數和均勻度指數分別為1.535和0.794，可見年限超過10 a的廢棄地群落灌木恢復情況良好；廢棄年限20 a～30 a的樣地，草本植物的多樣性指數和均勻度指數分別為2.514和0.847，而灌木的多樣性指數和均勻度指數分別增加到1.881和0.813，多樣性指數達到最大值，這主要是由于土壤持水持肥能力逐步增強，木本植物快速增加，從而形成復雜群落。

表4不同樣地植被豐富度與多樣性指數

Tab. 4 Diversity and evenness indices in different wasteland plots

廢棄年限(a)多樣性指數D均勻度指數E灌木草本群落灌木草本群落0～501.7821.78200.8610.8615～101.3432.1582.5260.7150.7680.73610～201.5352.4232.8550.7940.8310.82220～301.8812.5143.1670.8130.8470.826

4 討論

(1)根據本研究結果，磷礦廢棄地的初期自然演替狀態(tài)可以總結為：裸地→草叢→灌草叢→灌叢。在演替早期(<10 a)，植被主要物種多為以禾本科和菊科植物為主體的先鋒草本群落，演替中期(10 a～20 a)的植物群落構成則為較穩(wěn)定的灌草叢群落，而到了演替后期(20 a～30 a)，廢棄地形成了大量的灌叢，這一演替過程與其他金屬礦廢棄地演替過程是相似的。

(2)研究結果表明廢棄地植被的多樣性總體呈現逐漸增長的趨勢，且草本植物多樣性在不同演替階段往往高于灌木多樣性。草本植物的多樣性在不同演替階段呈現比較穩(wěn)定的狀態(tài)，而木本植物多樣性則呈現明顯增加的趨勢。研究中發(fā)現廢棄年限超過10 a的廢棄地群落灌木恢復情況良好，可以逐步形成相對穩(wěn)定的灌草群。

(3)本研究顯示木本植物恢復周期較長，且長勢一般，不容易形成優(yōu)勢種。目前大量學者[19～21]的研究結果表明：人為恢復可在一定程度上改變生態(tài)系統(tǒng)演替的方向和速度, 并可縮短其恢復周期。因此，要促進廢棄地上植被的恢復與重建，最重要的是對廢棄地進行及時的人工治理，本研究可為廢棄地的植物選擇提供一定的參考依據。

(4)植被的自然恢復是一個長時間的演替過程，本研究主要針對廢棄年限不超過30 a的廢棄地開展初期植被特征與自然演替研究，而關于廢棄地植被自然演替的中后期特征則還需對廢棄年限更久的廢棄地開展進一步研究。

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AStudyofEarlyVegetationFeaturesandNaturalSuccessionofPhosphateWastedQuarryinNorthwestoftheSichuanBasin

YOU Ji-yong WU Yu-feng ZHANG Xiao-ping KANG Ding-rong YANG Yu-Lin CHEN Di-fei ZHANG Hao LI Jia-yong

(1.Sichuan Academy of Forestry, Chengdu 610081,China; 2. Forestry bureau of Shimian, Shimian 625400，China)

In this study, vegetation types and natural succession of phosphate wasted quarry in northwest of the Sichuan Basin were researched by field investigation. The result showed that there were 46 species living in wasteland, belonging to 20 families and 37 genera, Asteraceae (12 species) and Gramineae(9 species) plants were the most. Natural succession of phosphate wasted quarry could be summarized in four stages: bareland→ grassland →brush and grass land →brushland. In early period of succession (waste time was below 10 years), Gramineae and Asteraceae plants were main vegetation comnnities in wasteland, which played an important role as pioneers.Stable grass and brush communities were found in the middle period of succession (waste time from 10 to 20 years) and a large number of brushes were formed in the late period of succession(waste time from 20 to 30 years). Diversity of vegetation in wasteland was increasing with the process of succession, diversity of grass vegetation was relatively stable during the period of succession and brush vegetation had a significant increment. It was also found that there was a similar trend between natural succession of phosphate wasted quarry and other kinds of wasteland, which proved that early natural succession were homologous in different kinds of wasteland.

Wasted quarry,Community feature,Nnatural succession,Diversity

2017-09-11

四川省公益性科研院所基本科研項目JB2017-07。

尤繼勇(1977-)，男，學士，高級工程師，主要從事林業(yè)科研和林業(yè)規(guī)劃調查設計等工作，E-mail:youjiyong@126.com。

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.06.021

S718.54

A

1003-5508(2017)06-0084-05