紫薇生態(tài)修復(fù)鉛鋅礦礦區(qū)廢棄地栽培技術(shù)研究

李茂娟，肖穩(wěn)運(yùn)，劉海石，崔 強(qiáng)，張海霞，陳丹鳳，何才生

(郴州市林業(yè)科學(xué)研究所，湖南 郴州 423000)

礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)曾為我國(guó)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的騰飛作出舉足輕重的貢獻(xiàn)，但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級(jí)，傳統(tǒng)礦山開采產(chǎn)業(yè)逐漸衰退。在當(dāng)時(shí)發(fā)展模式下礦產(chǎn)資源被過度開采，由此產(chǎn)生了水體污染、山體破壞、植被受損等大量生態(tài)環(huán)境問題，造成了當(dāng)?shù)丨h(huán)境變得惡劣并且脆弱等后果，破壞了所在地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)和人居生活環(huán)境，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展也深受阻礙，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)問題亟待解決[1-4]。

植物修復(fù)技術(shù)具有綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)，在礦山生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用廣泛。經(jīng)前人研究發(fā)現(xiàn)，具有生態(tài)修復(fù)潛能的植物種類較多。周鵬飛等[5]報(bào)道的有濕地松(Pinuselliottii)、大葉女貞(Ligustrumcompactum)、苧麻(Boehmerianivea)和車前草(Plantagoasiatica)等。龍新憲[6]、湯葉濤等[7]研究表明東南景天(Sedumalfredii)、滇苦菜(Picrisdivaricata)具有很強(qiáng)的忍耐、吸收和富集鋅的能力，適用于被重金屬鋅污染土壤的生態(tài)修復(fù)。仲崇府[8]通過對(duì)鉛鋅礦區(qū)污染廢棄農(nóng)田中主要雜草種類的采集與調(diào)查，并結(jié)合盆栽控制試驗(yàn)對(duì)篩選出的植物——墊狀卷柏(Selaginellapulvinata)進(jìn)行了重金屬鉛、鋅脅迫實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明墊狀卷柏具有富集鉛、鋅的作用。近年來，國(guó)家和地方也相繼出臺(tái)了《礦山廢棄地植被恢復(fù)技術(shù)規(guī)范》《礦區(qū)廢棄地植被恢復(fù)技術(shù)規(guī)程》等文件。雖然通過實(shí)施礦區(qū)的綜合整治和覆土綠化，環(huán)境問題得到了一定程度的緩解，礦區(qū)廢棄地植被得到了一定的恢復(fù)，但是，將礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)與景觀構(gòu)建相結(jié)合，綠化與美化兼顧方面仍需探索。

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)植物。喜生于肥沃濕潤(rùn)的土壤中，也能耐旱，在鈣質(zhì)土或酸性土中都生長(zhǎng)良好。其樹姿優(yōu)美，小枝纖細(xì)，樹干光滑、潔凈。花期為6—9月，開花時(shí)間長(zhǎng)，花色艷麗，對(duì)重金屬和有害氣體有一定的吸附能力，是城市、工礦綠化的理想樹種。本試驗(yàn)以“赤紅紫葉”紫薇(Lagerstroemiaindica‘Ebony Fire’)為研究材料，在鉛鋅礦礦區(qū)廢棄地開展了不同栽植密度、栽植穴大小、起壟栽植、基肥類型、栽植地覆蓋方式等因素對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響研究，旨在為鉛鋅礦礦區(qū)廢棄地的生態(tài)修復(fù)提供理論基礎(chǔ)與實(shí)際指導(dǎo)。

1 研究地概況

試驗(yàn)地位于湖南省郴州市蘇仙區(qū)五蓋山鎮(zhèn)涼傘坪村鉛鋅礦礦區(qū)廢棄地，面積約2.67hm2。該地區(qū)海拔770m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛。年平均氣溫17.8℃，無霜期265 d，平均降雨日182d，平均降雨量為1473mm。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料“赤紅紫葉”紫薇由湖南省林業(yè)科學(xué)院王曉明研究團(tuán)隊(duì)提供，為2年生扦插苗，地徑7.0～8.0 mm，株高100～110 cm。

栽培基質(zhì)采用黃心土與鉛鋅礦尾砂1∶1混合配比。尾砂基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 鉛鋅尾砂基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physicochemical properties of lead zinc tailings樣品含量鉛鋅礦尾砂鉻/(mg·kg-1)銅/(mg·kg-1)鎘/(mg·kg-1)錳/(g·kg-1)鋅/(mg·kg-1)鉛/(mg·kg-1)鎢/(mg·kg-1)水解性氮/(mg·kg-1)有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)pH14.0117.311.524.81 305.73 067.790.57.817.78.0鉛鋅礦尾砂速效鉀/(mg·kg-1)有效態(tài)銅/(mg·kg-1)有效態(tài)鎘/(mg·kg-1)有效態(tài)錳/(mg·kg-1)有效態(tài)鋅/(mg·kg-1)有效態(tài)鉛/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)有效態(tài)鐵/(mg·kg-1)銻/(mg·kg-1)15.01.62.777.3165.7966.312.858.724.0

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.2.1 栽植密度試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4種栽植密度處理，分別為：A1(株行距1.0m×1.0m)、A2(株行距1.5m×1.5m)、A3(株行距2.0m×1.0m)、A4(株行距2.0m×2.0m)，每個(gè)處理栽20株，重復(fù)4次。

2.2.2 栽植穴大小試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置3種處理，穴大小規(guī)格分別為：B1(長(zhǎng)×寬×深：70cm×70cm×70cm)、 B2(長(zhǎng)×寬×深：50cm×50cm×50cm)、 B3(長(zhǎng)×寬×深：30cm×30cm×30cm)，以不挖穴為CK，每個(gè)處理20個(gè)穴，重復(fù)4次。

2.2.3 起壟栽植試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置3種處理，起壟規(guī)格分別為：C1(壟高0.4m)、C2(壟高0.3m)、C3(壟高0.2m)，CK(不起壟)，壟面上部寬50～60cm，下部70～80cm。每種處理20 m(栽20株)，重復(fù)4次。

2.2.4 基肥試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4種基肥處理，分別為：D1(菌肥1 kg·株-1)、D2(有機(jī)肥1kg·株-1)、 D3(有機(jī)肥1kg·株-1+過磷酸鈣1 kg·株-1)、D4(有機(jī)肥1 kg·株-1+過磷酸鈣1 kg·株-1+復(fù)合肥0.15 kg·株-1)(以下簡(jiǎn)稱有機(jī)+P+復(fù)合)，以基肥為零作為CK。每個(gè)處理20株，重復(fù)4次。

2.2.5 栽植地覆蓋方式試驗(yàn)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4種處理，分別為：E1(覆蓋黑色地膜)、E2(覆蓋稻草)、 E3(栽種草覆蓋)、E4(栽種金銀花)，以不覆蓋作為CK。每個(gè)處理20株，重復(fù)4次。

2.2.6 生長(zhǎng)量測(cè)定

栽種時(shí)在距土面10cm處測(cè)量苗木地徑并標(biāo)記，栽植2 a后再次測(cè)量地徑。每年12月測(cè)量當(dāng)年生新梢生長(zhǎng)量。

2.2.7 數(shù)據(jù)處理

采用WPS Office 2020和DPS V18.1軟件進(jìn)行圖表繪制和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

3 結(jié)果與分析

3.1 栽植密度對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響

由表2可知，不同栽培密度對(duì)紫薇地徑增長(zhǎng)量的影響沒有達(dá)到顯著水平。但A4的平均地徑增長(zhǎng)量最高，為3.73mm；其次是A2的處理，平均地徑增長(zhǎng)量為3.50mm；最低為A1處理，平均地徑增長(zhǎng)量為3.10mm，比A2、A3、A4處理下的密度分別低13.0%、10.2%、12.3%。隨著栽植密度的下降，地徑增長(zhǎng)量也不斷提高。

表2 不同栽植密度對(duì)紫薇生長(zhǎng)的影響Tab.2The effect of different planting densities on the growth of Lagerstroemia indica處理株行距/m地徑年增長(zhǎng)量/mm新梢年生長(zhǎng)量/cmA11.0×1.03.10±0.83 a54.07±10.34 aA21.5×1.53.50±0.57 a57.54±11.93 aA32.0×1.03.42±0.21 a55.38±12.54 aA42.0×2.03.73±0.64 a56.56±11.51 a 注:有相同字母的處理間差異不顯著,無相同字母的差異顯著。小寫字母表示0.05的顯著水平。下同。

不同栽培密度對(duì)礦區(qū)紫薇新梢生長(zhǎng)量的影響不同。在A2的處理下，新梢生長(zhǎng)量最高，為57.54cm，最低為A1的處理，新梢生長(zhǎng)量為54.07cm。4個(gè)處理間新梢生長(zhǎng)量也沒有顯著性差異。因此，在造林中選擇1.0m×1.0m以上株間距均可。但從整體效果和后期生長(zhǎng)考慮，選擇1.5m×1.5m栽植密度為宜。

3.2 栽植穴大小對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響

不同栽植穴大小對(duì)礦區(qū)廢棄地紫薇年地徑增長(zhǎng)量有顯著的影響(見表3)。處理B1平均地徑增長(zhǎng)量最高，達(dá)3.26mm；其次為處理B2，平均地徑增長(zhǎng)量為2.81mm；第三為處理B3，平均地徑增長(zhǎng)量為2.55mm；最低為CK，平均地徑增長(zhǎng)量為2.03mm。多重比較結(jié)果表明，處理B1地徑增長(zhǎng)量顯著高于其他3個(gè)處理，CK的地徑增長(zhǎng)量顯著低于其他3個(gè)處理。處理B2、B3之間沒有顯著性差異?？偟膩碚f，隨著栽植穴的減小，地徑增長(zhǎng)量也不斷降低。

表3 不同栽植穴大小對(duì)紫薇生長(zhǎng)的影響Tab.3The effect of different planting hole sizes on the growth of Lagerstroemia indica處理栽植穴/cm地徑年增長(zhǎng)量/mm新梢年生長(zhǎng)量/cmB170×70×703.26±0.55 a58.57±7.02 aB250×50×502.81±0.47 b45.29±11.73 bB330×30×302.55±0.53 b48.73±8.80 bCK不挖穴2.03±0.51 c44.82±9.03 b

不同栽植穴大小對(duì)礦區(qū)紫薇年新梢生長(zhǎng)量影響也有顯著性差異。在B1的處理下，新梢生長(zhǎng)量最高，為58.57cm，比最低的CK新梢生長(zhǎng)量高出30.7%。多重比較結(jié)果顯示：處理B1新梢生長(zhǎng)量顯著高于其他3個(gè)處理，處理B2、B3和CK之間沒有顯著性差異。說明栽植穴越大，植株長(zhǎng)勢(shì)越好，新梢生長(zhǎng)量越高。

3.3 起壟栽植對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響

起壟栽植對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，地徑年增長(zhǎng)量從高到低依次為CK(3.07mm)>C3(2.47mm)>C2(2.37mm)>C1(1.93mm)。隨著起壟高度的增加，地徑增長(zhǎng)量反而不斷降低。多重比較結(jié)果表明，CK的地徑增長(zhǎng)量顯著高于其他3個(gè)處理，C1的地徑增長(zhǎng)量顯著低于其他3個(gè)處理。處理C2、C3之間沒有顯著性差異。

表4 起壟栽植對(duì)紫薇生長(zhǎng)的影響Tab.4The effect of different ridge planting on the growth of Lagerstroemia indica處理起壟高度/m地徑年增長(zhǎng)量/mm新梢年生長(zhǎng)量/cmC10.41.93±0.59 c31.94±11.72 bC20.32.37±0.46 b32.77±6.47 bC30.22.47±0.54 b39.17±13.86 abCK不起壟3.07±0.37 a43.34±7.42 a

起壟栽植對(duì)礦區(qū)廢棄地紫薇平均新梢生長(zhǎng)量也有顯著性影響。新梢生長(zhǎng)量最高的為CK，達(dá)43.34cm，最低的處理為C1，新梢生長(zhǎng)量為31.94cm。多重比較結(jié)果顯示：CK的新梢生長(zhǎng)量顯著高于處理C1和處理C2，但與處理C3之間沒有顯著性差異。試驗(yàn)結(jié)果顯示：不起壟的紫薇生長(zhǎng)量反而高于起壟的處理，原因可能是起壟后雖然不容易積水，但由于2021年的干旱天氣，反而造成了土壤保水性能降低，引起紫薇受到干旱影響。

3.4 不同基肥處理對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響

不同基肥配比對(duì)紫薇地徑增長(zhǎng)量有一定的影響。從表5可以看出：D4處理平均地徑增長(zhǎng)量最高，達(dá)2.97mm；其次為D2處理，平均地徑增長(zhǎng)量為2.88mm；最低為CK，平均地徑增長(zhǎng)量為2.29mm。D1、D2、D3、D4的地徑增長(zhǎng)量分別比CK高出 24.5%、25.8%、22.7%和30.0%。多重比較結(jié)果表明，D4處理的地徑增長(zhǎng)量顯著高于處理D1和CK，但與D2、D3處理之間沒有顯著性差異。試驗(yàn)結(jié)果說明使用基肥處理能有效提高紫薇地徑增長(zhǎng)量，采用有機(jī)1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復(fù)合0.15 kg·株-1效果最好。

表5 不同基肥處理對(duì)紫薇生長(zhǎng)的影響Tab.5 The effect of different basic fertilizer on the growth of Lagerstroemia indica處理基肥配比地徑年增長(zhǎng)量/mm新梢年生長(zhǎng)量/cmD1菌肥1 kg·株-12.85±0.46 b38.75±7.07 bD2有機(jī)肥1 kg·株-12.88±0.48 ab43.91±10.08 abD3有機(jī)1 kg·株-1+P 1 kg·株-12.81±0.43 ab45.35±9.61 abD4有機(jī)1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復(fù)合0.15 kg·株-12.97±0.63 a51.91±13.06 aCK不施肥2.29±0.53 b35.73±9.29 b

不同基肥配比對(duì)紫薇新梢生長(zhǎng)量也有一定的影響。新梢生長(zhǎng)量最高的為處理D4，達(dá)51.91cm，最低的處理為CK，新梢生長(zhǎng)量?jī)H為35.73cm。多重比較結(jié)果顯示：D4處理的新梢生長(zhǎng)量顯著高于D1和CK，但與D2和D3之間沒有顯著性差異。試驗(yàn)結(jié)果表明：施基肥能有效促進(jìn)紫薇枝條生長(zhǎng)，但不同基肥效果不同，混合基肥比單一基肥效果更好。

3.5 不同覆蓋物處理對(duì)紫薇生長(zhǎng)量的影響

不同覆蓋物處理對(duì)礦區(qū)紫薇平均地徑增長(zhǎng)量影響如表6所示。從表6可知，采用E2，平均地徑增長(zhǎng)量最高，達(dá)3.37mm；其次為E1，平均地徑增長(zhǎng)量為3.11mm；最低為CK，平均地徑增長(zhǎng)量為2.79mm。多重比較結(jié)果表明，5種處理之間均沒有顯著性差異。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同覆蓋物處理對(duì)紫薇地徑生長(zhǎng)量有一定的影響，但影響不大。

表6 不同覆蓋物處理對(duì)紫薇生長(zhǎng)的影響Tab.6The effect of different cover on the growth of La-gerstroemia indica處理覆蓋物地徑年增長(zhǎng)量/mm新梢年生長(zhǎng)量/cmE1黑色地膜3.11±0.86 a49.88±12.24 aE2稻草3.37±0.71 a42.57±8.06 aE3栽種草2.90±0.60 a43.25±8.73 aE4金銀花2.86±0.57 a45.42±16.07 aCK不覆蓋2.79±0.91 a41.29±11.42 a

如表6所示，不同覆蓋物處理對(duì)紫薇年新梢生長(zhǎng)量影響不同。新梢生長(zhǎng)量最高的為處理E1，達(dá)49.88cm，最低的處理為CK，新梢生長(zhǎng)量為41.29cm。但多重比較結(jié)果顯示5種處理之間均沒有顯著性差異。雖然不同覆蓋物處理對(duì)紫薇地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量均沒有顯著性影響，但是不覆蓋處理下的紫薇，其地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量均是所有處理中最低的。因此，實(shí)際造林中，可以根據(jù)具體情況，選擇覆蓋物，將有效提高造林效果。

4 結(jié)論與討論

(1)栽植密度往往會(huì)對(duì)林木生長(zhǎng)質(zhì)量產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為對(duì)林木樹體生長(zhǎng)情況、直徑及成材率的影響[9]。王寧寧等[10]對(duì)不同栽植密度下歐美楊(Populus×canadensisMoench)葉片生物累積量的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)：不同栽植密度中，樹冠葉片耐蔭性對(duì)葉面積指數(shù)存在重要影響。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示：不同栽培密度對(duì)礦區(qū)廢棄地紫薇平均地徑增長(zhǎng)量有一定的影響。其中平均地徑增長(zhǎng)量最高處理為株行距2.0m×2.0m，平均地徑增長(zhǎng)量達(dá)3.73mm，隨著栽植密度的下降，地徑增長(zhǎng)量也不斷提高。因此，在造林中選擇1.0m×1.0m以上株行距均可。但從整體效果和后期生長(zhǎng)方面考慮，以選擇1.5m×1.5m株行距為宜。

(2)栽植穴規(guī)格對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的影響，栽植穴大小應(yīng)根據(jù)不同土壤質(zhì)地、不同水位、不同氣候因子等因素選擇[11]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：不同栽植穴大小對(duì)礦區(qū)廢棄地紫薇平均地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量均有顯著的影響。在栽植穴大小為70cm×70cm×70cm的處理下，地徑增長(zhǎng)量最高，達(dá)3.26mm，新梢生長(zhǎng)量也最高，為58.57cm。試驗(yàn)結(jié)果表明：栽植穴越大，植株長(zhǎng)勢(shì)越好，生長(zhǎng)量越高。

(3)起壟栽植是廣泛應(yīng)用于土壤改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的栽培方式。與平作相比，起壟栽植可以提高作物產(chǎn)量，改善土壤水分、溫度、通氣等土壤性狀，而且通過起壟還可人為改變植物根系與地下水位的距離[12]。張琛等[13]研究不同起壟高度對(duì)黑果枸杞(Lyciumruthenicum)生長(zhǎng)的影響，結(jié)果顯示起壟種植黑果枸杞更有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)黑果枸杞生長(zhǎng)的影響較小。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：不起壟栽植的紫薇平均地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量反而顯著高于起壟的處理。可能原因是起壟后雖然不容易積水，但由于2021年的持續(xù)干旱天氣，反而造成了土壤過于干燥，保水性能降低，造成紫薇生長(zhǎng)受到影響。

(4)施肥可以顯著改善土壤肥力，在造林過程中施基肥能有效促進(jìn)苗木地徑與樹高的生長(zhǎng)，科學(xué)施用基肥不僅可以提高肥料利用效率，還有利于造林樹種的生長(zhǎng)發(fā)育[14]。湯行昊等[15]研究發(fā)現(xiàn)：適量施肥(復(fù)合肥肥量應(yīng)控制在150g·株-1，有機(jī)肥肥量應(yīng)控制在1.0～1.5 kg·株-1)才能有效提高閩楠(Phoebebournei)造林成效。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：采用有機(jī)肥1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復(fù)合肥0.15 kg·株-1基肥處理的紫薇平均地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量均最高，比不施基肥情況下的地徑增長(zhǎng)量高0.68mm，新梢生長(zhǎng)量高16.18cm。試驗(yàn)結(jié)果表明：施基肥能有效促進(jìn)紫薇枝條生長(zhǎng)，不同基肥效果不同，混合基肥比單一基肥效果更好。

(5)土壤覆蓋是造林中水分調(diào)控的主要方式之一。生產(chǎn)中通常采用地膜覆蓋、卵石覆蓋、有機(jī)物覆蓋等方式在土壤表面形成一道減少土壤與大氣間水熱交換的物理阻隔層，阻礙土壤與大氣間的水分和能量交換，使得土壤的水、肥、氣、熱等狀況得到重新組合[16]。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示：不同覆蓋物處理對(duì)紫薇地徑增長(zhǎng)量和新梢生長(zhǎng)量均沒有顯著性影響，但是不覆蓋處理下的紫薇，其地徑增長(zhǎng)量和新稍生長(zhǎng)量均是所有處理中最低的，因此，實(shí)際造林中，可以根據(jù)具體情況，選擇覆蓋物，將有效提高造林效果。