多花木藍(lán)在礦山水土流失區(qū)生長狀況分析

王愛貞

（福建省大田縣林業(yè)局，福建大田366100）

大田縣礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)面積達(dá)2 萬hm2多，其中露天開采面積約1333.33 hm2[1]。礦山露天開采和堆放礦山開采廢棄物，林地的植被和土壤表土層幾乎破壞殆盡，生態(tài)環(huán)境破壞十分嚴(yán)重[1]。在建設(shè)“美麗中國” 的大背景下，生態(tài)恢復(fù)已經(jīng)成為林業(yè)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。由于礦山廢棄地多干旱瘠薄，土壤理化性質(zhì)劣變，植被恢復(fù)困難，需要選擇適應(yīng)性強(qiáng)，可持續(xù)，具有建群種屬性，能夠起到構(gòu)建植物群落框架的植物。為此，大田縣林業(yè)局開展了礦山修復(fù)植物種類篩選試驗(yàn)研究。多花木藍(lán)（Indigofera amblyantha Craib） 別名為馬黃消，為中旱生草本、半灌木、灌木，主要分布于廣東、廣西、福建等地，具有抗旱、耐寒、耐瘠薄等特性，是優(yōu)良的水土保持植物[2]。多花木藍(lán)在移栽技術(shù)、抗寒性綜合評價(jià)、引種馴化等方面有一些研究報(bào)道[3-6]，但對其在礦山水土流失區(qū)生長狀況試驗(yàn)報(bào)道甚少。本試驗(yàn)通過對礦山廢棄地多花木藍(lán)生長狀況的分析，為礦山廢棄地植被恢復(fù)提供可參考的理論依據(jù)和可借鑒的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)地自然概況

大田縣地處戴云山山脈西麓中部山區(qū)，屬于中亞熱帶大陸性兼有海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫17.5 ℃，年均降水量1570 mm，氣候溫和，雨量充沛。試驗(yàn)地位于大田縣銀頂格礦區(qū)（東經(jīng)117°48′13″ ~ 117°49′13″、北緯25°48′03″ ~ 25°49′36″）。該區(qū)域地勢自西南向東北傾斜，構(gòu)成以中、低山為主體的地貌類型。母巖為燕山早期第三階段第四次侵入花崗巖，富含鐵礦，自1958 年開采至今，地表破壞嚴(yán)重，植被稀少，礦山廢棄物堆放較多，總體屬于水土流失嚴(yán)重區(qū)域。

2 試驗(yàn)方法

在銀頂格礦區(qū)選擇具有代表性三種地類。即：（1） 礦產(chǎn)廢棄物堆放區(qū)（R 處理）；（2） 地表土剝離心土區(qū)（S 處理）；（3） 植被破壞較少的原生土區(qū)（T 處理）。三種地類各建立三塊面積為10 m × 10 m 的標(biāo)準(zhǔn)地。各標(biāo)準(zhǔn)地采用魚鱗坑整地，按照株行距50 cm × 50 cm，品字形排列，穴規(guī)格30 cm × 20 cm × 20 cm （R 處理從外部引入客土集中于穴內(nèi)）。于2017 年春季，用75 ℃熱水浸泡15 min 的多花木藍(lán)種子（供試種子來源于福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院） 直播于穴內(nèi)（每穴播種3 粒，待出芽率統(tǒng)計(jì)后，保留生長健壯1 株）。播種后30 d 調(diào)查出芽率和穴保存率，每個(gè)處理調(diào)查30 個(gè)穴× 3 次重復(fù)。2020 年秋末，葉片未落葉前，對多花木藍(lán)的株高、地徑和冠幅進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)處理調(diào)查30 株，3 次重復(fù)。用目測法測定多花木藍(lán)蓋度。根據(jù)平均高和地徑選擇標(biāo)準(zhǔn)株（因環(huán)境差異比較大，株高、地徑允許在±5%范圍）。采用撩壕干掘法測定根系的分布狀況，土柱法測定根系密度。在離標(biāo)準(zhǔn)株20 cm 處，采用內(nèi)徑10 cm 根樁，分層（每層10 cm） 取樣（深至40 cm） 測定粗根（d＞0.2 cm） 和細(xì)根（d＜0.2 cm） 分布密度以及根瘤分布與數(shù)量。利用Excel 和DPS9.05 對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 成活情況及蓋度

植物種植成活是生態(tài)恢復(fù)的基礎(chǔ)。從表1 可知，不同處理多花木藍(lán)出苗率在72.3% ~ 80.2%之間，出苗率較高。R 處理多花木藍(lán)種子出苗率達(dá)到72.3%，與S 處理、T 處理相比種子出苗率低5.3% ~ 7.9%，但出苗率經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)化后方差分析，三種處理兩兩間未達(dá)到顯著差異，表明多花木藍(lán)在惡劣的生長環(huán)境中仍有較高的出苗率，說明多花木藍(lán)適應(yīng)性較高，抗逆性較強(qiáng)。在保證成活率的基礎(chǔ)上，每穴保留1 株生長健壯的植株。穴保存率（有出苗的穴的數(shù)量與總穴數(shù)之比），三種處理在93.5% ~ 97.3%之間。R 處理與S 處理、T 處理比，穴保存率下降2.3% ~ 3.8%。R 處理生長環(huán)境較惡劣，在植物群落未郁閉前，地表層溫度較高，水分供給困難等現(xiàn)實(shí)問題，降低了植株保存率。但經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)化后的差異顯著性檢驗(yàn)，不同處理穴保存率各處理間未達(dá)到顯著差異，表明多花木藍(lán)具有較強(qiáng)適應(yīng)性，是礦山水土流失區(qū)生態(tài)恢復(fù)較好的先鋒植物之一。

表1 不同處理多花木藍(lán)成活與植物生長測定結(jié)果

三種處理多花木藍(lán)蓋度雖然存在差異，但種植4 a 后，都形成了一定蓋度，蓋度在82.6% ~ 90.5%之間，初步形成了相對蔭蔽，保持一定濕度的生態(tài)環(huán)境，減緩了自然降雨對地表的沖刷、淋溶，水土流失得到初步遏制。經(jīng)過4 a的生長發(fā)育，構(gòu)建了多花木藍(lán)為優(yōu)勢種的植物群落，生物多樣性增大，說明多花木藍(lán)在礦區(qū)水土流失區(qū)植物群落建成中，有著建群種屬性，是較好的生態(tài)恢復(fù)植物。

3.2 高徑生長

高徑生長是評價(jià)植物生長狀況和形態(tài)建成的重要指標(biāo)。由表1 可知，三種處理株高從高到低依次為：T 處理＞S 處理＞R 處理，地徑從大到小也是T 處理＞S 處理＞R 處理。T 處理與R 處理比，株高、地徑分別增加67.5%和59.7%：T 處理與S 處理比，株高、地徑分別增加19.5%和25.3%；S 處理與R 處理比，株高、地徑分別增加40.2%和27.4%。從表1 可見，T 處理與R 處理株高間差異極顯著，地徑間差異也極顯著；T 處理與S處理株高間差異不顯著，地徑間差異達(dá)到顯著水平；S 處理與R 處理株高間差異達(dá)極顯著，地徑間差異顯著，表明T 處理無論株高、地徑均大于S 處理、R 處理。三種處理間高徑的差異反映了地類間土壤肥力間的差異，為了提高高徑生長量，發(fā)揮更大的生態(tài)功能，應(yīng)該加強(qiáng)水肥管理，適當(dāng)補(bǔ)充水分和追施營養(yǎng)物質(zhì)。

3.3 根系與根瘤生長狀況

根系生長狀況是植物適應(yīng)性和抗逆性的重要體現(xiàn)。由表2 可知，從根系分布空間分析，R 處理根系無論是主根的深度，還是水平側(cè)根的廣度，均大于S 處理和T 處理。T 處理與R 處理比，垂直分布深度增加18.5%，水平分布擴(kuò)展增加25.3%。R 處理細(xì)根鮮質(zhì)量在0 ~ 10 cm 土層占比高達(dá)39.7%，表明地下生長空間受到壓制，根系總體分布趨淺，但R 處理根系超過客土區(qū)，延伸至礦產(chǎn)廢棄物堆放區(qū)。這是多花木藍(lán)根系在生長環(huán)境水分和營養(yǎng)物質(zhì)不足時(shí)，為了吸收水分和養(yǎng)分，根系向外擴(kuò)張。從根瘤分布與數(shù)量分析，R 處理根瘤分布空間更廣，數(shù)量更多。R 處理側(cè)根結(jié)瘤率達(dá)到88.3%，而T 處理結(jié)瘤率為68.6%，S 處理結(jié)瘤率為74.7%。結(jié)瘤率依T 處理———S 處理——R 處理結(jié)瘤率遞增，而結(jié)瘤數(shù)量由多到少依序?yàn)镽 處理（1.8 個(gè)·cm-1） ＞S 處理（1.4個(gè)·cm-1） ＞T 處理（1.3 個(gè)·cm-1），表明R 處理結(jié)瘤率較高，結(jié)瘤數(shù)量更多，且密集。

表2 不同處理多花木藍(lán)根系生長狀況

4 結(jié)論與討論

多花木藍(lán)在礦山水土流失區(qū)生長狀況良好。礦產(chǎn)廢棄物堆放區(qū)和地表土剝離心土區(qū)多花木藍(lán)種子直播出苗率達(dá)72.3%和77.6%，穴保存率93.5% ~ 95.3%，蓋度可達(dá)82.6%和87.3%，與植被破壞較少的原生土區(qū)種植的多花木藍(lán)差異不顯著，但株高、地徑均極顯著或顯著低于原生土區(qū)。礦產(chǎn)廢棄物堆放區(qū)多花木藍(lán)根系生長狀況良好，但空間分布低于植被破壞較少的原生土區(qū)，而結(jié)瘤率和根瘤數(shù)量顯著高于原生土區(qū)種植的多花木藍(lán)，表現(xiàn)出較高的適應(yīng)性。

植物根系擔(dān)負(fù)著從土壤中吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)，提供給植物生長發(fā)育過程中所需要的物質(zhì)。在礦區(qū)水土流失區(qū)水分和營養(yǎng)物質(zhì)都比較匱乏，促使根系向下、向遠(yuǎn)處擴(kuò)展，以求獲取更多的水分和營養(yǎng)物質(zhì)。根瘤同樣具有吸收營養(yǎng)物質(zhì)的功能，在生長環(huán)境養(yǎng)分不足，缺少氮、磷、鉀三大營養(yǎng)元素的狀態(tài)下，根瘤發(fā)生率和數(shù)量的增加，多花木藍(lán)根瘤數(shù)量增加是養(yǎng)分供應(yīng)不足時(shí)的被動響應(yīng)，吳濤等[7]的研究表明，AM 真菌的侵染可以顯著改善低磷土壤中宿主植物對磷營養(yǎng)的吸收。多花木藍(lán)既有明顯的主根，又有發(fā)達(dá)的水平側(cè)根，具有適應(yīng)生長環(huán)境變化的生物機(jī)制，有著更高的抗逆性，在生長環(huán)境不利于植物生長時(shí)，就會出現(xiàn)傾向修復(fù)至正常狀態(tài)的彌補(bǔ)現(xiàn)象。

種子出苗率與其自身硬實(shí)率密切相關(guān)。多花木藍(lán)種子種皮堅(jiān)硬，硬實(shí)率高，透水性低，未經(jīng)預(yù)處理其發(fā)芽率較低。趙小社等研究[8]認(rèn)為，多花木藍(lán)種子的硬實(shí)率高達(dá)85.7%，采取濃硫酸、熱水浸泡可以提高發(fā)芽率。因此無論是在礦產(chǎn)廢棄物堆放區(qū)，還是在地表土剝離心土區(qū)、植被較少破壞的原生土區(qū)，采用多花木藍(lán)種子直播，都需要進(jìn)行種子預(yù)處理。多花木藍(lán)種子預(yù)處理是提高發(fā)芽率的關(guān)鍵技術(shù)，采用一穴播多枚種子是一種保險(xiǎn)機(jī)制。