基于生態(tài)恢復(fù)的廢棄地植被群落特征研究

安麗娜

（榆林市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)培訓(xùn)中心，陜西榆林 719000）

礦業(yè)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來(lái)源，但目前我國(guó)因采礦侵占土地面積已接近4 萬(wàn)平方千米，并以每年330 km2的速度增加［1］。黨的十九大報(bào)告指出，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，形成綠色發(fā)展方式和生活方式［2］?！秶?guó)土資源“十四五”規(guī)劃綱要》指出：提高礦產(chǎn)資源開發(fā)保護(hù)水平，發(fā)展綠色礦業(yè)，建設(shè)綠色礦山［3］。擬通過對(duì)獨(dú)山城礦山不同廢棄地類型的植被狀況的調(diào)查研究，探明獨(dú)山城礦山廢棄地不同立地條件下植被恢復(fù)優(yōu)勢(shì)種，揭示獨(dú)山城礦山不同廢棄地植被群落空間的變異特征及廢棄地恢復(fù)治理的次序，使礦山恢復(fù)治理更具有針對(duì)性，有助于指導(dǎo)開展人工恢復(fù)技術(shù)和自然演替相結(jié)合的礦山植被恢復(fù)［4］。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象及其范圍

淶源縣位于河北省保定市西北部太行山北端深山區(qū)，本研究選擇淶源縣獨(dú)山城礦山的典型廢棄地作為研究區(qū)，獨(dú)山城鐵礦礦區(qū)面積合計(jì)14.43 km2，礦區(qū)范圍內(nèi)原有5 個(gè)采礦權(quán)，69 個(gè)采礦點(diǎn)。礦區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)114°27′45″～114°30′30″，北緯

39°10′30″～39°13′15″。

1.2 研究方法

1.2.1 調(diào)查法

淶源縣礦山外業(yè)調(diào)查，淶源縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)、實(shí)地調(diào)查，主要通過對(duì)當(dāng)?shù)鼐用窈凸芾聿块T走訪調(diào)查，收集相關(guān)礦區(qū)的土壤、水文、地質(zhì)、植被等圖件資料、數(shù)據(jù)資料，對(duì)微地貌、樣點(diǎn)設(shè)置、植被現(xiàn)狀調(diào)查。

1.2.2 文獻(xiàn)研究法

通過外業(yè)調(diào)查、圖書文獻(xiàn)查閱獲取資料，從而全面、正確地了解掌握資料，分析研究問題的一種方法。

1.2.3 對(duì)比分析法

根據(jù)在獨(dú)山城礦區(qū)廢棄地環(huán)境問題和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的難易程度上，選擇排土場(chǎng)地（采礦渣堆場(chǎng)、選礦渣堆場(chǎng)）、尾礦庫(kù)場(chǎng)地（尾礦庫(kù)、尾礦壩）作為礦山廢棄地類型進(jìn)行研究，以不同坡位、坡向的立地條件的植物樣方調(diào)查資料為基礎(chǔ)，采用群落物種多樣性指數(shù)對(duì)植被的生長(zhǎng)特征進(jìn)行分析。各類型區(qū)分別選取白石口銅鐵礦礦山的邊坡植被條件作為對(duì)照（CK）。

1.3 研究數(shù)據(jù)

1.3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源包括文獻(xiàn)查閱與資料搜集、實(shí)地調(diào)查與測(cè)繪（微地貌調(diào)查、樣地設(shè)置、植被現(xiàn)狀調(diào)查）。

根據(jù)前期相關(guān)資料的研讀和整理，立足獨(dú)山城鐵礦廢棄地的立地類型，2016 年6 月，進(jìn)行樣方調(diào)查和取樣，并于9 月進(jìn)行外業(yè)調(diào)查的補(bǔ)充工作。由于研究區(qū)的自然群落多為草本群落，自然條件下喬木和灌木很少，而且分布零散，品種單一，故設(shè)置2 m×2 m 樣方，每個(gè)樣方設(shè)置3個(gè)重復(fù)。樣地自然恢復(fù)階段為5～8 年，按照影響空間差異主要因素坡向和坡位，于排土場(chǎng)地取樣地30 個(gè)；尾礦庫(kù)場(chǎng)地取樣地9 個(gè)。各類型區(qū)分別選取白石口銅鐵礦礦山為對(duì)照，共12 個(gè)樣方，樣方總數(shù)66 個(gè)。如圖1 所示。

圖1 樣地布置示意圖

1.3.2 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2003 對(duì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過植物物種多樣性指數(shù)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

根據(jù)馬克平等對(duì)物種多樣性的研究［5］，選擇物種多樣性指數(shù)Shannon-Wiewer 指數(shù)H，生態(tài)優(yōu)勢(shì)度Simpson指數(shù)D、均勻度指數(shù)Pielou 指數(shù)J、物種豐富度指數(shù)Margalef 指數(shù)R對(duì)群落進(jìn)行分析［6］。

物種多樣性指數(shù)Shannon-Wiewer 指數(shù)：

式（1）中：H為多樣性的信息度量，集中反映物種數(shù)量和分布的均勻程度，同物種數(shù)量和分布均勻程度成正比；Ni為物種i的個(gè)體數(shù)量，N為群落中植物個(gè)體總數(shù)。

生態(tài)優(yōu)勢(shì)度Simpson 指數(shù)：

式（2）中：D表示群落中個(gè)別植物種的優(yōu)勢(shì)程度，與植物種的多樣性指數(shù)成反比；N為群落中植物的個(gè)體總數(shù)；p?為種的個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例。

均勻度指數(shù)Pielou 指數(shù)：

式（3）中：J為均勻度指數(shù)；式中S為群落中物種數(shù)量。Pielou 指數(shù)是對(duì)物種個(gè)體的分布均勻程度的度量，種間的個(gè)體數(shù)量差異與群落內(nèi)均勻度成反比。

物種豐富度指數(shù)Margalef 指數(shù)：

式（4）中：R為物種豐富度指數(shù)，是對(duì)一個(gè)群落中各種植物個(gè)體數(shù)量的表征；N為群落中植物的總個(gè)體數(shù)；S為群落中物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 獨(dú)山城礦山廢棄地植被群落特征

通過對(duì)獨(dú)山城鐵礦廢棄地的植物群落調(diào)查統(tǒng)計(jì)，物種數(shù)共計(jì)39 種，分屬19 科30 屬，植物個(gè)體數(shù)共計(jì)1 988 株（叢），其中草本植物物種數(shù)為30 種，灌木4種，喬木5 種。其中：采礦渣堆場(chǎng)共計(jì)25 個(gè)物種39 株，優(yōu)勢(shì)物種為狗尾草、苦麥菜和茵陳蒿；選礦渣堆場(chǎng)共計(jì)20 個(gè)物種29 株，優(yōu)勢(shì)物種為豬毛菜、狗尾草、苦麥菜；尾礦庫(kù)共計(jì)17 個(gè)物種32 株，優(yōu)勢(shì)物種為沙棘、龍葵、茵陳蒿、苦麥菜和小紅菊；尾礦壩共計(jì)21 個(gè)物種44 株，優(yōu)勢(shì)物種為沙棘、龍葵、茵陳蒿、苦麥菜和小紅菊。

2.2 不同廢棄地類型植物多樣性

2.2.1 采礦渣堆場(chǎng)植物物種多樣性

采礦渣堆場(chǎng)不同立地條件下，指數(shù)R和H代表的植物個(gè)體數(shù)量，反映出坡底和平臺(tái)的物種數(shù)量多于坡中；指數(shù)D和J指數(shù)反映出坡頂?shù)闹参锛谐潭茸詈?，物種均勻，其次是坡中的位置，且陰坡的物種均勻度強(qiáng)于陽(yáng)坡。如圖2 所示。

圖2 采礦渣堆場(chǎng)不同立地條件類型植物物種多樣性

2.2.2 選礦渣堆場(chǎng)植物物種多樣性

選礦渣堆場(chǎng)不同立地條件下，指數(shù)R表現(xiàn)為陰坡高于陽(yáng)坡，坡底高于坡頂及坡中，指數(shù)D表現(xiàn)陽(yáng)坡高于陰坡、坡中高于坡頂、坡底，指數(shù)H和指數(shù)J在各立地條件表現(xiàn)趨同，差異小?？傮w來(lái)說，從物種豐富度和植物個(gè)體分布上看，坡底和平臺(tái)的植物個(gè)體數(shù)較多，均勻度較高，立地條件較坡中更適合植物的生長(zhǎng)；陰坡的植物多樣性也強(qiáng)于陽(yáng)坡。如圖3 所示。

圖3 選礦渣堆場(chǎng)不同立地條件類型植物物種多樣性

2.2.3 尾礦庫(kù)植物物種多樣性

尾礦庫(kù)不同立地條件下，指數(shù)R在坡頂平臺(tái)達(dá)到了一個(gè)較高值，說明坡頂物種種類較多，群落物種種類更加豐富；指數(shù)D從坡底到坡頂平臺(tái)指數(shù)相差不大，說明尾礦庫(kù)各物種分布集中程度相差不大；多樣性指數(shù)H說明坡頂平臺(tái)相比陽(yáng)坡坡底和陽(yáng)坡坡中來(lái)說更適合不同植物種生長(zhǎng)。均勻度指數(shù)J在3 個(gè)位置相差不大，說明植物分布疏密得當(dāng)。如圖4 所示。

圖4 尾礦庫(kù)不同立地條件類型植物物種多樣性

2.2.4 尾礦壩植物物種多樣性

尾礦壩不同立地條件下，指數(shù)R反映出平臺(tái)和坡底的植物物種數(shù)量和植物個(gè)體總數(shù)相對(duì)較好，但不及參照植物群落。指數(shù)H、指數(shù)J數(shù)據(jù)表明尾礦壩不同立地條件下物種數(shù)量和物種個(gè)體分布相對(duì)均勻，且差異不明顯。指數(shù)D反映出不同立地條件下優(yōu)勢(shì)種數(shù)量相近。如圖5 所示。

圖5 尾礦壩不同立地條件類型植物物種多樣性

3 結(jié)論與討論

1）探明了獨(dú)山城礦山不同廢棄地植被群落。研究區(qū)露天鐵礦廢棄地的植物群落物種數(shù)共計(jì)39 種，分屬19科30 屬，植物個(gè)體數(shù)共計(jì)1 988 株（叢），其中草本植物物種數(shù)為30 種，灌木4 種，喬木5 種。研究區(qū)內(nèi)草本植物在植被群落中屬于先鋒物種，且菊科和禾本科處于優(yōu)勢(shì)地位。采礦渣堆場(chǎng)共計(jì)25 個(gè)物種39 株，選礦渣堆場(chǎng)共計(jì)20 個(gè)物種29 株，尾礦庫(kù)共計(jì)17 個(gè)物種32 株，尾礦壩共計(jì)21 個(gè)物種44 株。4 種不同廢棄地類型的優(yōu)勢(shì)物種為豬毛菜、狗尾草、苦麥菜、茵陳蒿及沙棘，其中排土場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)物種為豬毛菜、狗尾草，尾礦廢棄地的優(yōu)勢(shì)物種為沙棘、狗尾草、苦麥菜。在廢棄地植被重建與植物選種時(shí)，建議選擇各立地條件類型的優(yōu)勢(shì)種。

2）揭示了獨(dú)山城礦山不同廢棄地植被群落空間變異特征與廢棄地恢復(fù)治理的次序。尾礦場(chǎng)地植物多樣性綜合恢復(fù)潛力指數(shù)均高于排土場(chǎng)并接近CK，且各廢棄地立地條件類型的植物多樣性指數(shù)差異較后者小；排土場(chǎng)植被群落表明坡底好于坡頂、坡中，且陰坡較好于陽(yáng)坡；尾礦場(chǎng)植被群落表明坡頂好于坡中、坡底，陽(yáng)坡好于陰坡。在廢棄地重建與恢復(fù)治理時(shí)，注意對(duì)陽(yáng)坡坡中與陰坡坡中的土壤改良與培育?？蓞⒄瘴驳V場(chǎng)地對(duì)排土場(chǎng)地進(jìn)行恢復(fù)治理。