湖南冷水江市銻礦區(qū)植物調(diào)查與植物規(guī)劃研究

張 彬 陳新雅 施衛(wèi)省

為促進(jìn)湖南省冷水江市銻礦區(qū)的植被恢復(fù)與綜合利用，對(duì)銻礦區(qū)現(xiàn)有植物進(jìn)行調(diào)查，利用聚類分析法分析礦區(qū)植物組成、優(yōu)勢(shì)物種及植物群落類型，并對(duì)礦區(qū)進(jìn)行植物規(guī)劃。研究結(jié)果表明:礦區(qū)植被由26科、44屬、46種組成，草本（50%）＞喬木（28%）＞灌木（22%）。喬、灌、草的優(yōu)勢(shì)種分別為女貞、醉魚草、芒草。植物群落類型分為5類:喜樹—苧麻—芒草、女貞—苧麻—一年蓬、女貞—醉魚草—芒草、女貞—山茶—一年蓬、醉魚草—芒草。礦區(qū)4個(gè)區(qū)域的植物種植模式為:女貞—醉魚草—艾草（道路綠化區(qū)）；女貞+喜樹—醉魚草+接骨木—藎草、苧麻—葛（生態(tài)恢復(fù)區(qū)）；優(yōu)勢(shì)樹種與鄉(xiāng)土樹種混交林植（山地林區(qū)）；觀賞價(jià)值高的喬灌木配植（居住辦公區(qū)）。研究結(jié)果為礦區(qū)植被恢復(fù)提供了物種選擇與種植配置模式，為其他礦區(qū)植被恢復(fù)提供參考。

植物調(diào)查；植物規(guī)劃；銻礦區(qū)；冷水江市

銻（Sb）是一種重要的不可再生資源，銻及銻化合物具有廣泛用途，現(xiàn)在常被用于制造耐火材料、合金、半導(dǎo)體材料及用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。湖南省冷水江市銻礦區(qū)作為我國(guó)超大型銻礦區(qū)，銻礦的儲(chǔ)量和銻品的產(chǎn)量均排在世界前列[1]，但在巨大銻礦產(chǎn)出背后是一系列的生態(tài)問題，如土壤重金屬污染、植被退化、水土流失等。近年來，習(xí)近平總書記在講話中反復(fù)強(qiáng)調(diào)“綠水青山就是金山銀山”[2]，而銻礦開采造成的生態(tài)破壞與我國(guó)正在創(chuàng)建的生態(tài)文明形成了尖銳的矛盾，因此，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境治理變得十分緊迫。

目前，礦區(qū)環(huán)境治理與恢復(fù)的方式雖有多種，但采用植物修復(fù)是最根本、最經(jīng)濟(jì)、最現(xiàn)實(shí)的途徑，而對(duì)礦區(qū)植被進(jìn)行調(diào)查和植物規(guī)劃是礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)取得成效的關(guān)鍵。文章以冷水江市銻礦區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)礦區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有植物及礦區(qū)的植物規(guī)劃進(jìn)行研究。

1 冷水江市銻礦區(qū)概況

銻礦區(qū)（27°45′13.83″N，111°29′54.33″E）位于湖南省冷水江市。冷水江市處于湖南省中部，是一座典型的資源型城市，其境內(nèi)的錫礦山富含銻礦，礦區(qū)在市區(qū)北部，距市區(qū)直線距離約10 km，面積達(dá)22.5 km2（圖1）。礦區(qū)地貌類型屬低山丘陵溝谷地貌，原始地貌地形起伏較大，以山坡地為主，山坡地勢(shì)較陡，陡坡坡度一般在25°～45°之間，坡底與坡頂相對(duì)高差在50 m左右（圖2）。礦區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均氣溫在18℃左右[3]。雨量充沛，降水具有季節(jié)性。因雨水偏多，土壤濕重，多為紅壤、黃壤。礦區(qū)土壤重金屬污染嚴(yán)重，以銻、砷、鉛、鎘的污染為主，其含量分別為1 000 mg/kg、300 mg/kg、360 mg/kg、130 mg/kg，分別超過土壤標(biāo)準(zhǔn)值的200倍、28.3倍、14.5倍、68.4倍。礦區(qū)土壤pH值為7.3，偏弱堿性。

1. 礦區(qū)地理位置

2. 礦區(qū)地貌地形

2 冷水江市銻礦區(qū)植物調(diào)查

2.1 研究方法

調(diào)查于2020年7～8月進(jìn)行，在礦區(qū)內(nèi)選取18個(gè)樣地（圖3），樣地面積設(shè)為10 m×10 m，對(duì)樣地內(nèi)的植物進(jìn)行調(diào)查，包括植物種類、株數(shù)、高度、胸徑（地徑）、冠幅、長(zhǎng)勢(shì)等[4-5]以及物種重要值。其中物種重要值是體現(xiàn)某個(gè)物種在群落中重要性的一個(gè)綜合數(shù)量指標(biāo)[6-7]。計(jì)算公式為:重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度）/3[8]。其中:相對(duì)密度=（某物種的個(gè)體數(shù)量/所有物種的個(gè)體的總數(shù)量）×100%；相對(duì)頻度=（某物種的頻度/所有物種的頻度）×100%；相對(duì)蓋度=（某物種的總蓋度/所有物種的總蓋度）×100%。

3. 樣地分布圖

運(yùn)用聚類分析法，通過SPSS軟件將有相似植物特征的樣地分為一類。參數(shù)為各樣地物種的重要值，在Excel中建立表格，計(jì)算出各樣地各物種的重要值，表格縱向列出樣地的序號(hào)，橫向列出樣地中的植物名稱，然后將Excel表在SPSS中打開，使用系統(tǒng)聚類這一操作進(jìn)行聚類分析，聚類方法選擇組間連接，度量標(biāo)準(zhǔn)選擇平方Euclidean。

2.2 礦區(qū)物種組成

根據(jù)實(shí)地調(diào)研得到，礦區(qū)植被由26個(gè)科、44個(gè)屬、46個(gè)種組成（表1）。其中植物種類最多的為菊科（艾草、金光菊、蒲公英、一年蓬、翅果菊、青蒿、鬼針草）、禾本科（知風(fēng)草、芒草、狗牙根草、馬尼拉草、狗尾草、藎草）、豆科（山槐、木藍(lán)、苜蓿、雞眼草、草木犀），分別為7種、6種、5種，占總物種的39%。這說明菊科、禾本科、豆科植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)土壤中的重金屬污染具有耐受性，其中，豆科植物還具有固氮的作用，可作為礦區(qū)植被恢復(fù)的先鋒植物。

表1 礦區(qū)現(xiàn)有植物表

續(xù)表

從生長(zhǎng)型來看，礦區(qū)草本植物占多數(shù)，是全部物種的50%，其中多年生草本占28%，二年生草本占9%，一年生草本占13%；其次是喬木，占全部物種的28%，其中常綠喬木占9%，落葉喬木占19%；而灌木僅占全部物種的22%。通過這些數(shù)據(jù)可知，目前礦區(qū)土壤品質(zhì)差，不適宜大多數(shù)喬木、灌木的生長(zhǎng)，因此篩選抗性強(qiáng)的喬灌木十分必要。

2.3 礦區(qū)優(yōu)勢(shì)物種

由表2可知，礦區(qū)喬木層中女貞（35.19%）的重要值最高，其次是黃連木、鹽膚木、喜樹，重要值分別是13.27%、8.93%、6.80%；灌木層中重要值最高的為醉魚草（26.91%），其次是苧麻、大葉黃楊、絲蘭，重要值分別是25.56%、17.88%、12.39%；草本層中重要值最高的為芒草（23.43%），其次是鬼針草、一年蓬、艾草，重要值分別是12.85%、12.75%、9.99%。從數(shù)值上可以看出女貞、醉魚草、芒草在喬、灌、草各層中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表2 礦區(qū)物種重要值

續(xù)表

2.4 礦區(qū)植物群落類型

以各樣地物種的重要值為依據(jù)，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析（圖4），將有相似植物特征的樣地（S01-S18）分為一類，并以優(yōu)勢(shì)種原則作為劃分群落類型的依據(jù)[12]，將礦區(qū)植物劃分為若干個(gè)群落類型，群落類型命名為優(yōu)勢(shì)喬木種—優(yōu)勢(shì)灌木種—優(yōu)勢(shì)草本種[13]。

4. 樣地聚類結(jié)果樹狀圖

由圖4可知:平方Euclidean距離為15時(shí)，18個(gè)樣地可以分為5類。第1類包括8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、15號(hào)、17號(hào)、18號(hào)樣地，這一類喬木層以喜樹為優(yōu)勢(shì)種，泡桐為亞優(yōu)勢(shì)種；灌木層以苧麻為優(yōu)勢(shì)種，醉魚草為亞優(yōu)勢(shì)種；草本層以芒草為優(yōu)勢(shì)種，艾草、鬼針草為亞優(yōu)勢(shì)種。第2類包括5號(hào)、6號(hào)、12號(hào)、13號(hào)樣地，這一類喬木層以女貞為優(yōu)勢(shì)種，黃連木為亞優(yōu)勢(shì)種；灌木層以苧麻為優(yōu)勢(shì)種，繡線菊為亞優(yōu)勢(shì)種；草本層以一年蓬為優(yōu)勢(shì)種，鬼針草為亞優(yōu)勢(shì)種。第3類包括1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、14號(hào)樣地，這一類喬木層以女貞為優(yōu)勢(shì)種，鹽膚木為亞優(yōu)勢(shì)種；灌木層以醉魚草為優(yōu)勢(shì)種，大葉黃楊為亞優(yōu)勢(shì)種；草本層以芒草為優(yōu)勢(shì)種，藎草為亞優(yōu)勢(shì)種。第4類僅包括7號(hào)樣地，其喬木層以女貞為優(yōu)勢(shì)種，紫葉李為亞優(yōu)勢(shì)種；灌木層僅有山茶這一物種；草本層以一年蓬為優(yōu)勢(shì)種，艾草為亞優(yōu)勢(shì)種。第5類僅包括16號(hào)樣地，其喬木層缺少物種；灌木層以醉魚草為優(yōu)勢(shì)種，絲蘭為亞優(yōu)勢(shì)種；草本層以芒草為優(yōu)勢(shì)種，艾草為亞優(yōu)勢(shì)種[14]。

根據(jù)上面的分析可得，礦區(qū)植物群落可劃分為5種類型:喜樹—苧麻—芒草、女貞—苧麻—一年蓬、女貞—醉魚草—芒草、女貞—山茶—一年蓬、醉魚草—芒草。

2.5 礦區(qū)現(xiàn)有植物的生態(tài)性與景觀性

通過實(shí)地調(diào)研可知，礦區(qū)目前的植物種類以草本植物為主，且許多樣地的優(yōu)勢(shì)層為草本層。草本植物雖對(duì)土壤的覆蓋作用較好，能夠在短時(shí)間內(nèi)形成致密的覆蓋層，對(duì)改善礦區(qū)土壤環(huán)境及阻止水土流失具有一定作用，但草本植物的根系淺、生物量小，且易衰退，較之喬灌木，其改善土壤理化性質(zhì)，吸收、固定土壤重金屬及保持水土的能力較弱，因此，礦區(qū)現(xiàn)有植被產(chǎn)生的生態(tài)效益較低。

礦區(qū)現(xiàn)有植物大多數(shù)生長(zhǎng)良好，但植物的種類與層次十分簡(jiǎn)單，許多地方僅出現(xiàn)灌木層與草本層，或只有草本層，根據(jù)聚類分析，礦區(qū)植物群落類型可劃分為5類，但這5類之間的物種差異非常小，植物群落外貌差異小，所以礦區(qū)目前的植被景觀比較差。

3 冷水江市銻礦區(qū)植物規(guī)劃

3.1 規(guī)劃原則

（1）適地適樹。選擇對(duì)重金屬污染具有耐受性的植物。

(1)改善管理思維，實(shí)現(xiàn)政企分離。在國(guó)有平臺(tái)運(yùn)營(yíng)階段，為了更好的實(shí)行現(xiàn)代企業(yè)管理制度，應(yīng)該真正的實(shí)現(xiàn)政企分離，減少行政的干預(yù)，真正讓地方國(guó)有平臺(tái)公司在承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的同時(shí)可以獨(dú)立自主開展經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，政府將治理者角色轉(zhuǎn)變，僅作為出資人的角色依法享有權(quán)利，將國(guó)有平臺(tái)徹底放給市場(chǎng)，讓國(guó)有平臺(tái)自主經(jīng)營(yíng)、自我發(fā)展、自負(fù)盈虧同時(shí)在經(jīng)營(yíng)階段開展自我約束，使企業(yè)充實(shí)利益最大化的目標(biāo)，最大限度利用市場(chǎng)資源來優(yōu)化企業(yè)的資源配置，健全國(guó)有平臺(tái)的法人治理結(jié)構(gòu)，讓政府退居到股東的位置。

（2）保留原有植被。土壤重金屬污染是阻礙礦區(qū)植被恢復(fù)的一個(gè)關(guān)鍵因素，而礦區(qū)原有植被對(duì)土壤重金屬污染已經(jīng)產(chǎn)生了耐受性，保留這些植被，有利于礦區(qū)植被恢復(fù)。

（3）鄉(xiāng)土植物輔助種植。鄉(xiāng)土植物對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在一些土壤條件較好的區(qū)域，鄉(xiāng)土植物的栽植能加速礦區(qū)的植被恢復(fù)。

（4）喬灌木為主，結(jié)合草本、藤本[15]。喬灌木根系發(fā)達(dá)，生物量大，對(duì)植被恢復(fù)效益大，在一些特殊位置如陡坡地、山崖邊等，可栽植草本、藤本覆蓋裸地。

（5）速生樹與慢生樹結(jié)合[16]。速生樹具有生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可作為先鋒樹種對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行改良，慢生樹則對(duì)后期的綠化更有益。

（6）落葉樹與常綠樹結(jié)合。礦區(qū)的植物會(huì)不同程度地吸收土壤中的重金屬，植物落葉能減輕重金屬對(duì)植物體的傷害，滋養(yǎng)土壤，同時(shí)常綠樹與落葉樹結(jié)合能使植物景觀更豐富。

3.2 規(guī)劃樹種選擇

（1）基調(diào)樹種?；{(diào)樹種主要考慮對(duì)礦區(qū)環(huán)境的耐受性，能在礦區(qū)中大量種植，形成一種綠化基調(diào)。礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)喬木有女貞、黃連木、鹽膚木、喜樹；優(yōu)勢(shì)灌木有醉魚草、苧麻、大葉黃楊、絲蘭；優(yōu)勢(shì)草本有芒草、鬼針草、一年蓬、艾草，選擇它們作為礦區(qū)植物規(guī)劃的基調(diào)樹種。

（2）骨干樹種。骨干樹種同樣要考慮其對(duì)礦區(qū)環(huán)境的適宜性，可選礦區(qū)中的優(yōu)勢(shì)種及一些抗性強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種，如喬木有女貞、喜樹、黃連木、泡桐、鹽膚木、欒樹、棕櫚等；灌木有醉魚草、絲蘭、苧麻、大葉黃楊、接骨木、石楠等；草本有草木犀、車前草、狗尾草、芒草、藎草等。

（3）一般樹種。為了增加區(qū)域的植物物種多樣性，豐富區(qū)域植物景觀，一般選擇色葉樹、觀花觀果樹、草本花卉。如銀杏、紫葉李、楓香、椿樹、桂花、香樟等喬木，薔薇、繡線菊、紫薇、木槿、山茶等灌木，鳶尾、石竹、麥冬等草本。

3.3 植物種植規(guī)劃

由圖5可知，礦區(qū)各冶煉廠沿公路兩旁分布，若以各冶煉廠為中心，則距離冶煉廠越近，土壤污染程度越大。因此，根據(jù)土壤的污染程度對(duì)礦區(qū)進(jìn)行分區(qū)（圖6），包括道路綠化區(qū)、生態(tài)恢復(fù)區(qū)、山地林區(qū)、居住辦公區(qū)，針對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行植物規(guī)劃。

5. 礦區(qū)布局圖

6. 礦區(qū)植物規(guī)劃分區(qū)圖

（1）道路綠化區(qū)。公路貫穿整個(gè)礦區(qū)，是礦區(qū)與外部進(jìn)行聯(lián)系的重要交通，也是礦區(qū)內(nèi)部物料運(yùn)輸?shù)闹匾缆?，該區(qū)域污染程度大。針對(duì)道路綠化區(qū)的植物規(guī)劃，植物需要對(duì)重金屬污染具有耐受性，能吸收有害氣體，吸附塵埃，減弱噪音，具有植物觀賞價(jià)值。

該區(qū)域的植物種植模式為:女貞—醉魚草—艾草。常綠喬木女貞花期為夏季，白色花，是常見的綠化樹種；醉魚草花期也是夏季，藍(lán)紫色花，花期長(zhǎng)，觀賞效果好；艾草繁密，作為植被覆蓋層，這種種植模式可為道路提供良好的植物景觀，同時(shí)產(chǎn)生良好的生態(tài)效益。女貞、醉魚草、艾草都是礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)物種，對(duì)礦區(qū)土壤重金屬污染具有強(qiáng)耐受性，且醉魚草的滯塵能力非常強(qiáng)[17]。

（2）生態(tài)恢復(fù)區(qū)。包括各冶煉廠用地及冶煉廢渣填埋地，土壤質(zhì)量較差，對(duì)植物的要求較高，植物需要對(duì)重金屬污染具有強(qiáng)耐受性，能吸收、抵抗有害氣體，能吸附灰塵。

在地勢(shì)平坦區(qū)域種植模式為:女貞+喜樹—醉魚草+接骨木—藎草；在地勢(shì)較陡區(qū)域種植模式為:苧麻—葛。生態(tài)恢復(fù)區(qū)更加注重植物的生態(tài)效益，所選擇的植物大部分是礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)樹種，不僅能在礦區(qū)生長(zhǎng)良好，而且女貞、接骨木對(duì)多種有害氣體具有較強(qiáng)抗性，女貞、苧麻對(duì)土壤中的重金屬元素具有吸收、富集能力，醉魚草則滯塵能力非常強(qiáng)。

（3）山地林區(qū)。相對(duì)遠(yuǎn)離冶煉廠與公路，土壤基礎(chǔ)較好，是礦區(qū)與原始自然林地的過渡區(qū)，因此，該區(qū)域是增加物種多樣性，促進(jìn)礦區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，可選擇一些適應(yīng)性強(qiáng)、抗性好的鄉(xiāng)土植物種植。喬木層有女貞、喜樹、黃連木、泡桐、鹽膚木、欒樹、棕櫚、山槐、構(gòu)樹、圓柏等；灌木層有醉魚草、絲蘭、苧麻、大葉黃楊、接骨木、石楠、白背葉等；草本層有草木犀、車前草、狗尾草、芒草、藎草、鳳尾蕨等。

女貞、黃連木、鹽膚木、喜樹是礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)物種，能在礦區(qū)生長(zhǎng)良好，對(duì)礦區(qū)的土壤重金屬污染具有耐受性，而泡桐、欒樹、棕櫚等作為當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土樹種，抗污染能力也比較強(qiáng)，將它們混交種植有利于礦區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。醉魚草、苧麻、大葉黃楊作為礦區(qū)的優(yōu)勢(shì)灌木，對(duì)礦區(qū)土壤污染具有耐受性，而接骨木、白背葉等是當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物，對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蜻m應(yīng)性強(qiáng)，且在土壤質(zhì)量相對(duì)較好的山地林區(qū)也能生長(zhǎng)。草本層同樣選擇礦區(qū)優(yōu)勢(shì)草本與當(dāng)?shù)氐牟荼局参锝Y(jié)合種植，這樣能加速礦區(qū)植被恢復(fù)。

（4）居住辦公區(qū)。人口較為集中，對(duì)植物觀賞性要求高。因此選用一些觀賞價(jià)值高的喬木種植，上層喬木種植銀杏、紫葉李、楓香、桂花等，下層配植山茶、紫薇、木槿等花灌木，地被層選麥冬、馬尼拉草等覆蓋地表。在一些重要節(jié)點(diǎn)處，采用大量的草本花卉以花壇的形式展現(xiàn)植物景觀。

居住辦公區(qū)是一個(gè)對(duì)植物景觀要求較高的地方，要求植物季相豐富。紫葉李作為一種可觀葉、觀花、觀果的植物，其葉子在整個(gè)生長(zhǎng)季都為紫色，春季繁花盛開，夏季果實(shí)累累，有明顯的季相變化；紫薇、木槿都是夏季開花植物，為夏季酷暑增添顏色；銀杏、楓香是觀賞價(jià)值極高的秋色葉樹，桂花在秋季開花，芳香四溢；山茶則在冬末春初開放。居住辦公區(qū)配植這些植物，可使該區(qū)域全年有景可觀。

4 結(jié)語

目前，我國(guó)正在積極推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，對(duì)礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)治理刻不容緩，而植被恢復(fù)是礦區(qū)生態(tài)治理的核心內(nèi)容。經(jīng)對(duì)冷水江市銻礦區(qū)植被調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)植物種類以草本植物為主，其中又以菊科、禾本科、豆科植物居多，結(jié)果說明:（1）礦區(qū)目前的土壤質(zhì)量差；（2）菊科、禾本科、豆科的植物生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，是礦區(qū)植被恢復(fù)的先鋒植物，這與占幼鴻[18]、王娜[19]等學(xué)者的研究結(jié)果相符。

通過對(duì)物種重要值的研究分析得到礦區(qū)喬、灌、草各層的優(yōu)勢(shì)植物，運(yùn)用聚類分析法分析得出礦區(qū)植物群落類型，基于以上結(jié)論對(duì)礦區(qū)進(jìn)行植物規(guī)劃，不同區(qū)域提出不同的植物種植模式，這些研究結(jié)果為冷水江市銻礦區(qū)植被恢復(fù)工作提供了重要參考，也為其他礦區(qū)的植被恢復(fù)提供借鑒。

值得注意的是，不同的礦區(qū)由于開采年限不同或開采礦種不同，所以造成的生態(tài)問題與破壞程度會(huì)存在差異，因此在對(duì)其他礦區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí)，還需根據(jù)礦區(qū)的實(shí)際情況來選擇植物種類、制定植物種植模式。另外，礦區(qū)植被恢復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及多個(gè)學(xué)科專業(yè)，植物物種選擇與植物規(guī)劃雖是礦區(qū)植物恢復(fù)非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，但對(duì)于礦區(qū)這樣一個(gè)大多數(shù)情況下存在土壤污染的場(chǎng)地，土壤基質(zhì)的改良也很重要，能使礦區(qū)植被恢復(fù)得更快、更好。未來研究可從植物物種選擇、植物規(guī)劃、礦區(qū)土壤基質(zhì)改良3個(gè)方面開展，這對(duì)促進(jìn)礦區(qū)植被恢復(fù)具有極大的意義。