秦嶺山區(qū)不同閉礦年限尾礦庫植被恢復(fù)調(diào)查

楊維鴿, 趙 培, 黨麗麗, 葉媛媛

(1.商洛學院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學院, 陜西 商洛 726000; 2.商洛學院 化學工程與現(xiàn)代材料學院, 陜西 商洛 726000)

礦區(qū)植被恢復(fù)起著構(gòu)建礦區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)初始植物群落的作用，還能促進礦區(qū)土壤結(jié)構(gòu)與肥力的恢復(fù)，從而促進整個生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的恢復(fù)與重建[1-2]。目前，學者已對礦區(qū)植被恢復(fù)理論[3-6]和促進技術(shù)[7-9]、影響礦區(qū)植被恢復(fù)的環(huán)境因子[10]、植被對礦區(qū)廢棄地改良效果[11-15]等進行了研究。但對礦區(qū)植被恢復(fù)的研究主要集中在煤礦區(qū)和銅礦區(qū)[16]，對不通年限金尾礦區(qū)植被恢復(fù)的研究鮮有報道。商洛地處秦嶺腹地，是我國金屬和非金屬礦產(chǎn)資源的主要富集區(qū)。隨著長期對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，出現(xiàn)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。陜西省商洛地區(qū)現(xiàn)有各種金屬和非金屬尾礦、礦山和冶煉渣場316座(處)，其中尾礦庫109座，占陜西省的37.7%，占全國的比例接近1%，堆積量高達4.30×107t，不僅占用大量土地，植被恢復(fù)困難[17]，而且污染環(huán)境。鑒于此，本文以金屬尾礦庫為研究區(qū)，研究不同年限金屬尾礦庫的植被恢復(fù)情況，包括植被種類、高度、密度、蓋度、優(yōu)勢度，以期為礦區(qū)植被恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)，對促進區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)陜西省商洛市商州區(qū)位于33°63′—34°18′N，109°50′—110°25′E，地處秦嶺南坡，面積約2 672 km2。屬于暖溫帶半濕潤季風山地氣候，年相對氣溫13.5 ℃，年降水量758 mm。全區(qū)已探明的礦產(chǎn)有金、銀、鉛、鋅、鉬等21種，產(chǎn)地65處。本研究通過對實地充分調(diào)查，結(jié)合地質(zhì)條件、土壤類型、坡向、海拔、坡度等多因子，選取商州區(qū)典型的4個金礦尾礦庫(A，B，C，D)作為研究區(qū)(圖1)。A尾礦庫地處商州區(qū)牧戶關(guān)鎮(zhèn)秦政村董家溝，閉礦2 a，設(shè)計庫容3.00×105m3；庫頂為細沙，無植被生長，邊坡土質(zhì)疏松，生長少量的草本植物。B尾礦庫地處商州區(qū)黑龍口鎮(zhèn)鐵爐子村，閉礦3 a，設(shè)計庫容3.47×105m3；庫頂為尾礦渣，無土壤覆蓋和植被生長，邊坡自然恢復(fù)的植被大部分為草本植物，生長稀疏。C尾礦庫地處商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)小柿溝，閉礦6 a，設(shè)計庫容1.80×105m3；庫頂部分地方有人工覆土，種植楊樹和柳樹，部分地方為細沙，植被為較稀疏的一年生草本植物，邊坡自然恢復(fù)的植被尤為茂盛。D尾礦庫地處商州區(qū)孝義鎮(zhèn)甘河口村，閉礦14 a，設(shè)計庫容3.20×105m3；庫頂土壤為細沙或厚約0.5 cm土壤，有較茂密的一年生草本植被生長；邊坡植被茂盛，既有一年生的草本植物，也有人工種植的喬木刺槐林，尾礦庫周圍山頭復(fù)墾率達到90%，主要種植白芍和玉米等作物。

圖1 商州區(qū)4個典型金尾礦庫景觀

1.2 研究方法

1.2.1 植被調(diào)查 2018年4月，在4個尾礦庫庫頂和邊坡分別隨機取5個1 m×1 m的樣方進行植被調(diào)查。記錄每個樣方自然恢復(fù)的草本植被種類、每種的個數(shù)、密度、蓋度、高度。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 根據(jù)植被樣方調(diào)查數(shù)據(jù)，計算植被相對高度、密度、蓋度、優(yōu)勢度。計算公式為：

相對高度=某一植物種群的平均高度/

各植物種總平均高度之和×100%

相對密度=某一植物種群的個體數(shù)/

全部植物種群的個體數(shù)之和×100%

相對蓋度=某一植物種群的平均蓋度/

各植物種群的平均蓋度之和×100%

優(yōu)勢度=(相對高度+相對密度+相對蓋度)/3

2 結(jié)果與分析

2.1 植被恢復(fù)種類調(diào)查

尾礦庫庫頂植被種類隨著閉礦年限增加而增加。閉礦2 a和3 a尾礦庫庫頂無植被生長；閉礦6 a尾礦庫庫頂內(nèi)出現(xiàn)植物5科10屬10種，分別為禾本科、菊科、黍亞科、罌粟科、豆科，其中禾本科和菊科植物優(yōu)勢度較高；閉礦14 a尾礦庫庫頂內(nèi)出現(xiàn)植物4科6屬7種，分別為菊科、蝴蝶花科、禾本科、木賊科，菊科植物和禾本科植物優(yōu)勢度較高(表1)。尾礦庫邊坡植被種類也隨著閉礦年限增加而增加。閉礦2 a尾礦庫邊坡出現(xiàn)7科9屬9種植物，分別為菊科、蝴蝶花科、車前草科、堇菜科、黍亞科、景天科、茄科，菊科植物優(yōu)勢度較高；閉礦3 a尾礦庫的邊坡出現(xiàn)9科12屬12種植物，分別為豆科、罌粟科、黍亞科、番杏科、毛茛科、菊科、禾本科、松科，菊科植物優(yōu)勢度較高；閉礦6 a尾礦庫的邊坡出現(xiàn)12科16屬17種植物，分別為菊科、禾本科、蝴蝶花科、燈心草科、罌粟科、黍亞科、豆科植物、堇菜科、茄科植物、牻牛兒苗科、蔥科、蘿藦科，菊科植物優(yōu)勢度較高；閉礦14 a尾礦庫的邊坡植物出現(xiàn)6科11屬13種植物，分別為菊科、禾本科、唇形科、薔薇科、紫草科、紫草科，菊科植物和禾本科植物優(yōu)勢度較高(表1)。閉礦14 a尾礦庫庫頂和邊坡植被種類均少于閉礦6 a植物種，主要是因為閉礦6 a的尾礦庫有人工覆土，能夠增加植物種類的存活率。

由以上分析可見，人工覆土可以明顯增加礦區(qū)植被種類豐富度。

表1 不同年限尾礦庫庫頂植物種類、相對高度、密度、蓋度和優(yōu)勢度統(tǒng)計

2.2 植物恢復(fù)高度調(diào)查

群落高度可以表示生長情況生長勢，以及競爭和適應(yīng)能力[18]。閉礦14 a的尾礦庫植被相對高度最高，其次是閉礦6，3和2 a。閉礦2和3 a尾礦庫庫頂無植被生長；閉礦6 a的尾礦庫庫頂植被相對高度從高到低依次為：尖裂假還陽參>漏蘆>牛筋草>白茅>茵陳蒿>胡枝子>毛蓮菜>狗牙草>博落茴>小蓬草；閉礦14 a尾礦庫庫頂植被相對高度從高到低依次是：蘆葦>野苜蓿>狗尾草>節(jié)節(jié)草>艾>茵陳蒿>小蓬草(表1)。閉礦2 a尾礦庫邊坡植被相對高度從高到低依次是：野苜蓿>枸杞>紫花地丁>蒲公英>佛甲草>茵陳蒿>狗牙草>車前草>小蓬草；閉礦3 a尾礦庫邊坡植被相對高度從高到低依次是：狗牙草>唐松草>博落茴>白茅>漏蘆>松樹>錦雞兒>茵陳蒿>白頭翁>龍牙草>石頭花>大丁草；閉礦6 a尾礦庫邊坡植被相對高度從高到低依次是地梢瓜>燈芯草>枸杞>野蔥>尖裂假還陽參>博落茴>白茅>野豌豆>馬蘭>狗芽草>野苜蓿>小蓬草>艾>紫花地丁>茵陳蒿>老鸛草>蒲公英；閉礦14 a尾礦庫邊坡植被相對高度從高到低依次是：艾>白茅>黑麥草>狗尾草>節(jié)節(jié)草>茅莓>少花米口袋>一年蓬>花葉滇苦菜>小蓬草>大丁草>盾果草>茵陳蒿(表1)。閉礦14 a的尾礦庫庫頂和邊坡植被高度高差分別為28.71和38.27 cm，高于閉礦6 a的尾礦庫庫頂和邊坡的植被高差(23.95，19.86 cm)。閉礦3 a的尾礦庫邊坡植被較高且高差較大(24.38 cm)，是因為邊坡土壤層較厚，水分較多，利于植被生長。閉礦2 a的尾礦庫邊坡植被較少且高度較低(9.00 cm)，主要原因是礦區(qū)邊坡為礦渣覆蓋，不利于植被生長。可見，植被高度隨著閉礦年限的增加而增高，主要是因為閉礦年限越長，尾礦庫庫頂和邊坡土層越厚，土壤腐殖質(zhì)越多，有利于植被生存和生長。

2.3 植被恢復(fù)密度調(diào)查

閉礦6 a的尾礦庫植被相對密度最高，其次是閉礦14，3和2 a。閉礦2 a和3 a的尾礦庫庫頂無植被生長；閉礦6 a的尾礦庫庫頂植被相對密度從高到低依次為：小蓬草>白茅>茵陳蒿>毛蓮菜>博落茴>尖裂假還陽參>狗牙草>漏蘆>牛筋草>胡枝子；閉礦14 a尾礦庫庫頂植被相對密度從高到低依次為：艾>狗尾草>節(jié)節(jié)草>小蓬草>野苜蓿>茵陳蒿>蘆葦(表1)。閉礦2 a尾礦庫邊坡植被相對密度從高到低依次為：茵陳蒿>狗牙草>車前草>紫花地丁>苜蓿>蒲公英>佛甲草>小蓬草>枸杞；閉礦3 a尾礦庫邊坡植被相對密度從高到低依次為：茵陳蒿>白頭翁>龍牙草>石頭花>白茅>大丁草>博落茴>狗牙草>漏蘆>錦雞兒>唐松草>松樹；閉礦6 a尾礦庫邊坡植被相對密度從高到低依次為：白茅>燈芯草>艾>小蓬草>紫花地丁>野豌豆>茵陳篙>野苜蓿>老鸛草>狗牙草>蒲公英>馬蘭>野蔥>博落回>枸杞>地梢瓜>尖裂假還陽參；閉礦14 a尾礦庫邊坡植被相對密度從高到低依次為：白茅>少花米口袋>盾果草>花葉滇口袋>節(jié)節(jié)草>大丁草>狗尾草>茅梅>茵陳篙>艾>黑麥草>小蓬草>一年蓬。(表2)。

表2 不同年限尾礦庫邊坡植物種類、相對高度、密度、蓋度和優(yōu)勢度統(tǒng)計

續(xù)表2

閉礦年限植物名稱科名屬名相對高度/cm相對密度/%相對蓋度/%優(yōu)勢度/%6 a狗牙草畫眉草亞科狗牙草屬9.891.051.482.56茵陳蒿菊科蒿屬4.792.211.131.94尖裂假還陽參菊科假還陽參屬15.500.230.232.84小蓬草菊科白酒草屬8.869.424.106.04艾菊科蒿屬7.2418.2632.8518.29白茅禾本科白茅屬14.1034.0724.0121.80野苜蓿蝴蝶花科苜蓿屬9.811.861.202.72燈芯草燈心草科燈心草屬18.2622.9129.0720.49博落茴罌粟科博落茴屬15.000.582.233.54野豌豆豆科野豌豆屬13.002.331.483.52紫花地丁堇菜科堇菜屬6.642.440.872.25枸杞茄科枸杞屬17.500.230.243.19老鸛草牻牛兒苗科老鸛草屬3.581.860.091.27野蔥蔥科蔥屬15.670.350.252.92馬蘭菊科馬蘭屬10.380.930.262.20蒲公英菊科蒲公英屬1.141.050.200.61地梢瓜蘿藦科鵝絨藤屬21.000.230.313.8214 a艾蒿菊科蒿屬42.601.0313.2412.26狗尾草禾本科狗尾草屬19.143.611.435.05花葉滇苦菜菊科苦苣菜屬6.187.224.865.12少花米口袋唇形科芒毛苣苔屬13.0019.0720.5815.51小蓬草菊科白酒草屬6.000.520.111.27白茅禾本科白茅屬24.7647.4240.1233.54茵陳蒿菊科蒿屬4.331.550.461.43大丁草菊科大丁草屬5.713.610.212.28茅莓薔薇科懸鉤子屬13.332.581.313.65黑麥草禾本科黑麥草屬24.001.0314.619.44節(jié)節(jié)草菊科白酒草屬15.884.121.024.51一年蓬菊科飛蓬屬9.000.521.382.22盾果草紫草科盾果草屬5.277.730.673.73

注：各物種拉丁學名為：白茅(Imperatacylindrica)，毛蓮菜(Picrishieracioides)，狗牙草(Sedumsarmentosum)，茵陳蒿(Artemisiacapillaris)，小蓬草(Conyzacanadensis)，尖裂假還陽參(Crepidiastrumsonchifolium)，胡枝子(Lespedezabicolor)，漏蘆(Stemmacanthauniflora)，博落茴(Macleayacordata)，牛筋草(Eleusineindica)，狗尾草(Setariaviridis)，艾蒿(Artemisiaargyi)，野苜蓿(Medicagofalcata)，節(jié)節(jié)草(Equisetumramosissimum)，蘆葦(Phragmitesaustralis)，車前草(Plantagoasiatica)，紫花地丁(Violaphilippica)，蒲公英(Taraxacummongolicum)，佛甲草(Sedumlineare)，枸杞(Lyciumchinense)，唐松草(Thalictrumaquilegifolium)，松樹(Pinusmassoniana)，錦雞兒屬(Caragana)，白頭翁(Pulsatillachinensis)，龍牙草(Agrimoniapilosa)，石頭花(Gypsophila)，大丁草(Gerberaanandria)，燈芯草(Juncuseffusus)，野豌豆(Viciasepium)，老鸛草(Geraniumwilfordii)，野蔥(Alliumchrysanthum)，馬蘭(Kalimerisindica)，地梢瓜(Cynanchumthesioides)，花葉滇苦菜(Sonchusasper)，少花米口袋(Gueldenstaedtiaverna)，茅莓(Rubusparvifolius)，黑麥草(Loliumperenne)，一年蓬(Erigeronannuus)，盾果草(Thyrocarpussampsonii)。

2.4 植被恢復(fù)蓋度調(diào)查

植物蓋度是表明物種在植被群落中重要性的指標，它能反映植被的茂密程度。

閉礦14 a的尾礦庫植被蓋度最高，其次是閉礦6，3和2 a尾礦庫植被蓋度。閉礦2和3 a尾礦庫庫頂無植被生長；閉礦6 a尾礦庫庫頂植被相對蓋度從高到低依次為：白茅>毛蓮草>狗牙草>茵陳篙>小蓬草>尖裂假還陽參>胡枝子>漏蘆>博落回>牛筋草；閉礦14 a尾礦庫庫頂植被相對蓋度從高到低依次為：艾>野苜蓿>狗尾草>節(jié)節(jié)草>茵陳蒿>小蓬草>蘆葦(表1)。閉礦2 a尾礦庫邊坡植被相對蓋度從高到低依次為：茵陳蒿>野苜蓿>紫花地丁>車前草>枸杞>狗牙草>佛甲草>蒲公英>小蓬草；閉礦3 a尾礦庫邊坡植被相對蓋度從高到低依次為：石頭花>博落茴>龍牙草>白茅>茵陳蒿>狗牙草>白頭翁>錦雞兒>漏蘆>大丁草>唐松草>松樹；閉礦6 a尾礦庫邊坡植被相對蓋度從高到低依次為：艾>燈芯草>白茅>小蓬草>博落茴>狗芽草>野豌豆>野苜蓿>茵陳蒿>紫花地丁>地梢瓜>馬蘭>野蔥>枸杞>尖裂假還陽參>蒲公英>老鸛草；閉礦14 a尾礦庫邊坡植被相對蓋度從高到低依次為：白茅>少花米口袋>黑麥草>艾>花葉滇苦菜>狗尾草>一年蓬>茅莓>節(jié)節(jié)草>盾果草>茵陳蒿>大丁草>小蓬草(表3)。

表3 不同年限的尾礦庫植物多樣性變化

2.5 植被恢復(fù)優(yōu)勢度調(diào)查

尾礦庫自然恢復(fù)的植被優(yōu)勢度較高的是菊科植物和禾本科植物(表1)。閉礦2和3 a尾礦庫庫頂無植被生長；閉礦6 a尾礦庫庫頂植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：小蓬草>茵陳蒿>白茅>尖裂假還陽參>漏蘆>牛筋草>胡枝子>毛蓮菜>博落茴>狗牙草；閉礦14 a尾礦庫庫頂植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：艾>狗尾草>野苜蓿>節(jié)節(jié)草>蘆葦>茵陳蒿>小蓬草(表1)。閉礦2 a尾礦庫邊坡植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：茵陳蒿>枸杞>野苜蓿>紫花地丁>車前草>狗牙草>佛甲草>蒲公英>小蓬草；閉礦3 a尾礦庫邊坡植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：石頭花>博落回>龍牙草>狗牙草>茵陳篙>白茅>白頭翁>唐松草>漏蘆>錦雞兒>大丁草>松樹；閉礦6 a尾礦庫邊坡植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：白茅>燈芯草>艾>小蓬草>地梢瓜>博落茴>野豌豆>枸杞>野蔥>尖裂假還陽參>野苜蓿>狗芽草>紫花地丁>馬蘭>茵陳蒿>老鸛草>蒲公英；閉礦14 a尾礦庫邊坡植被相對優(yōu)勢度從高到低依次為：白茅>少花米口袋>艾>黑麥草>花葉滇苦菜>狗尾草>節(jié)節(jié)草>盾果草>茅莓>大丁草>一年蓬>茵陳蒿>小蓬草(表1)。閉礦14 a尾礦庫庫頂植被優(yōu)勢度極值(38.11%)大于閉礦6 a尾礦庫庫頂植被優(yōu)勢度極值(25.54%)。閉礦2 a尾礦庫邊坡植被優(yōu)勢度極值較大(44.55%)，其次是閉礦14 a尾礦庫邊坡植被優(yōu)勢度極值(32.27%)和閉礦6 a尾礦庫邊坡植被優(yōu)勢度極值(21.19%)，閉礦3 a尾礦庫邊坡植被優(yōu)勢度極值最小(15.00%)(表1)。

2.6 植物恢復(fù)的種類多樣性變化

4個尾礦庫中共出現(xiàn)了39種植被類型，茵陳蒿，小蓬草，狗牙草，白茅，野苜蓿，博落茴，艾等植物出現(xiàn)的較多，車前草，佛甲草，石頭花，龍牙草，白頭翁，唐松草，錦雞兒，松樹，燈芯草，地梢瓜等一年生植物出現(xiàn)的少(表2)。此外，閉礦2 a尾礦庫有9種植被，閉礦3 a尾礦庫有12種植被，閉礦6 a尾礦庫有21種植物，閉礦14 a尾礦庫有15種植物(表2)。閉礦6 a尾礦庫植被多樣性大于閉礦14 a尾礦庫，主要是因為閉礦6 a的尾礦庫有人工覆土?？梢?，閉礦年限越長，植被種類越多。此外，人工覆土也可顯著增加礦區(qū)自然恢復(fù)植被種類的多樣性。

3 結(jié) 論

(1) 尾礦庫庫頂和邊坡植被種類隨著閉礦年限增加而增加。閉礦6 a的植被種類最豐富，庫頂和邊坡植被共計21種，其次是閉礦14 a為15種，3 a為12種，2 a為9種。

(2) 閉礦14 a尾礦庫植被相對高度最高，其次是閉礦6 a，閉礦3和2 a的植被相對高度最低。

(3) 閉礦6 a尾礦庫植被相對密度最高，其次是閉礦14，3和2 a；

(4) 閉礦14 a的尾礦庫植被蓋度最高，其次是閉礦6，3和2 a。

(5) 尾礦庫植被主要為菊科植物和禾本科植物。閉礦6 a尾礦庫植被優(yōu)勢度最高，其次是閉礦14和3 a，閉礦2 a最低。