高陡巖壁木質(zhì)藤蔓植物復(fù)綠栽培技術(shù)研究

石元基 曹鶴 楊新兵 劉彥林

摘要：為探究石灰?guī)r礦山高陡巖壁環(huán)境下不同木質(zhì)藤蔓植物復(fù)綠效果。采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)藤蔓植物覆蓋高度、景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)3個(gè)指標(biāo)，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行極差和方差分析，最終通過(guò)綜合平衡分析找出最優(yōu)組合。結(jié)果表明：植物種類、土層厚度、澆水間隔、氮肥用量對(duì)植物生長(zhǎng)的影響各不相同，葛藤的覆蓋高度最大；最佳的復(fù)綠栽培技術(shù)組合為：葛藤+土層厚75cm＋澆水間隔10天＋氮肥用量30g/m2。

關(guān)鍵詞：高陡巖壁；木質(zhì)藤蔓；復(fù)綠；栽培

Research on Woody Vine Re-greening Cultivation Techniques for High Steep Rock Walls

SHi Yuanji1 ?Cao He2，3，4 ?Liu Yanlin3 ?Yang Xinbing4

1 Anhui-Jiangxi Railway Anhui Co.， Ltd. Anhui Hefei 23001;2 Beijing Bohai Castrol Engineering Consulting Co.， Ltd. Hebei Xiongan Branch， Hebei Baoding，071700; 3 College of Forestry， Hebei Agricultural University， Hebei Baoding，071000. 4 Hebei Geology and Mineral Construction Engineering Group Co.， Ltdt， Hebei Shijiazhuang，050000

Abstract： In order to investigate the effect of different woody vine plants on regreening in the high steep rock wall environment of limestone mines. In this paper， the L9（34） orthogonal experiment was used to determine three indicators of woody vine plant cover height， landscape duration and landscape decay under different treatment conditions， and the extreme difference and ANOVA were performed on each indicator to find the optimal combination by comprehensive balance analysis. The results showed that plant species， soil thickness， watering interval and nitrogen fertilizer dosage had different effects on plant growth， and Kudzu vine had the greatest cover height; the best combination of re-greening techniques was： Kudzu vine + soil thickness of 75cm + watering interval of 10 days + nitrogen fertilizer dosage of 30g/m2.

Key words： high and steep rock walls; Woody vine; Re-green technique; cultivate

礦山開采形成大量高陡巖壁，其不僅在景觀上產(chǎn)生了不良影響，更是在小區(qū)域間植被、微生物的連通、交流等方面產(chǎn)生了阻隔[1]。由于高陡巖壁缺乏植物生長(zhǎng)所必須的土壤、水分和養(yǎng)分條件，且其坡度大、基質(zhì)難以進(jìn)行附著，即使有少量風(fēng)化土層附著于表面，降雨時(shí)也很容易被沖刷，因此高陡巖壁基本無(wú)法在自然條件下恢復(fù)，對(duì)高陡巖壁的綠化是生態(tài)學(xué)和水土保持學(xué)目前攻克的難點(diǎn)之一。高陡巖壁常用的復(fù)綠方法有客土噴播、穴植、做種植槽等[2]，但覆綠效果并不理想，目前普遍認(rèn)為使用藤蔓植物進(jìn)行快速?gòu)?fù)綠是較為理想方法之一。木質(zhì)藤蔓植物可攀援、纏繞、吸附生長(zhǎng)在巖壁上，且具有生長(zhǎng)速度快、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其在礦山覆綠、景觀垂直綠化、石漠化與荒漠化治理等植被恢復(fù)中有著不可替代的作用[3]。但是關(guān)于木質(zhì)藤蔓植物在廢棄礦山高陡巖壁環(huán)境條件下的如何栽培管理、最佳的水土肥組合等相關(guān)應(yīng)用研究甚少。由于地區(qū)差異，沒(méi)有絕對(duì)普適的藤蔓植物種植管理方法，在不同的地質(zhì)情況、區(qū)域，相同方法可能會(huì)出現(xiàn)截然不同的結(jié)果，因此需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的木質(zhì)藤蔓植物種類和栽培管理技術(shù)。河北太行山形成大量的石灰?guī)r礦山廢棄地，急需解決高陡巖壁的綠化問(wèn)題，本文以爬山虎、五葉地錦、葛藤三種木質(zhì)藤蔓植物為研究對(duì)象，探究其最佳的覆綠栽培技術(shù)組合，為礦山生態(tài)修復(fù)提供借鑒。

1研究地概況

試驗(yàn)地位于河北省省會(huì)石家莊西部鹿泉區(qū)，東經(jīng)114°10′～114°31′，北緯37°53′～38°17′。鹿泉區(qū)地形西高東低，屬太行山脈中段，石灰?guī)r礦山廢棄地大量分布。鹿泉區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型大陸性氣候，年降水量542.2mm，降水主要集中于7、8月份，占全年降水總量的60～80%左右。年平均氣溫20℃，極端最高氣溫43.4℃，極端最低氣溫-16.9℃。試驗(yàn)點(diǎn)位于鹿泉區(qū)白鹿泉鄉(xiāng)西申胡村附近的一處廢棄石灰?guī)r采石場(chǎng)，海拔在310 ～400m左右。周圍植被類型為落葉闊葉樹種零星分布的疏林地和灌草叢。

2研究方法

2.1試驗(yàn)地布設(shè)

試驗(yàn)于2019年3月布設(shè)完成，在采石場(chǎng)高陡巖壁陽(yáng)坡坡腳筑修種植槽，槽中客土為農(nóng)田土（有機(jī)質(zhì)含量為25.18g/kg、堿解氮含量為85.05mg/kg、速效磷含量為11.48mg/kg、速效鉀含量165mg/kg、PH值為7.78）。4月10日，按正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表1）栽種相應(yīng)植物，種植株行距為30cm×30cm，2行，“品”字形種植，每個(gè)試驗(yàn)槽種植30棵，種植前對(duì)苗木根系和地上部分進(jìn)行統(tǒng)一修剪，保證一致性。4月10日至5月1日為緩苗期，生長(zhǎng)期間只保留一個(gè)主枝，其余側(cè)生枝條掐尖處理。氮肥為石家莊正元化肥有限公司生產(chǎn)的尿素（N≥46.2％），平均分3次施入（時(shí)間為7月1日、7月15日、7月30日）。7月1日按試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)處理澆透水，如果遇見降雨天氣，澆水時(shí)間向后順延2天。

2.2數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)選取植物覆蓋高度、景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)作為高陡巖壁復(fù)綠效果評(píng)價(jià)指標(biāo)。（1）覆蓋高度：藤蔓植物在巖壁的攀爬長(zhǎng)度表示。數(shù)據(jù)采集分別于6月30日、7月31日、8月31日、9月30日、10月31日，測(cè)量時(shí)在每個(gè)處理的種植池中選擇3處植物攀爬覆蓋長(zhǎng)度適中的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量[4]。（2）景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)（相對(duì)葉壽命）：從施肥完成之日起（7月1日）到葉片完全脫落所歷經(jīng)的時(shí)間。（3）景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)：從葉片開始掉落到葉片完全脫落所經(jīng)歷的時(shí)間。

2結(jié)果與分析

2.1藤蔓植物覆蓋高度比較

2.1.1藤蔓植物覆蓋高度比較

由圖1可知，爬山虎的月覆蓋高度呈逐月上升趨勢(shì)，10月份最大；五葉地錦和葛藤月覆蓋高度均呈先增大后減小特點(diǎn)，均是8月份最大。以累計(jì)覆蓋高度表示不同處理中的藤蔓植物當(dāng)年對(duì)巖壁的覆蓋情況，9個(gè)處理累計(jì)覆蓋量由大到小排序?yàn)椋禾幚?＞處理9＞處理7＞處理6＞處理4＞處理5＞處理3＞處理2＞處理1。葛藤的三個(gè)處理均最大，爬山虎三個(gè)處理均最小。

2.1.2不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)藤蔓植物覆蓋高度方差分析

通過(guò)對(duì)7～10月份9個(gè)處理在巖壁的累計(jì)覆蓋高度進(jìn)行方差分析（表2），結(jié)果表明，植物種類對(duì)覆蓋高度達(dá)到極顯著影響（P＜0.01），土層厚度與澆水間隔對(duì)覆蓋高度無(wú)顯著性影響（P＞0.05），氮肥用量對(duì)覆蓋高度有顯著性影響（P＜0.05）。

2.1.3不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)藤蔓植物覆蓋高度極差分析

對(duì)7～10月份9個(gè)處理的累計(jì)覆蓋高度進(jìn)行極差分析結(jié)果表明（見表3）：葛藤在高陡巖壁的覆蓋高度顯著大于其它兩種藤蔓植物。隨著土層厚度的增加，植物覆蓋高度增加。隨著澆水間隔的拉長(zhǎng)，植物覆蓋高度降低。隨著氮肥用量的增加，植物覆蓋高度增加。不同因素對(duì)覆蓋高度的影響由大到小排序?yàn)椋褐参锓N類＞氮肥用量＞土層厚度＞澆水間隔。提高覆蓋高度的最佳試驗(yàn)因素水平組合為：A3B3C1D3，由于土層厚度和澆水間隔對(duì)3種藤蔓植物覆蓋高度無(wú)顯著性影響，且氮肥用量15g/m2與30g/m2之間無(wú)顯著性差異，因此從生產(chǎn)建設(shè)實(shí)際出發(fā)，提高藤蔓植物在高陡巖壁覆蓋高度的最佳的試驗(yàn)因素水平組合為：A3B1C3D2，即葛藤、土層厚度25cm、澆水間隔30天、氮肥用量15g/m2。

2.2藤蔓植物景觀時(shí)長(zhǎng)比較

2.2.1藤蔓植物景觀時(shí)長(zhǎng)

植物的物候期除了受自身遺傳物質(zhì)控制，還受環(huán)境的影響。由表4可知，五葉地錦葉片開始脫落時(shí)間和葉片完全脫落時(shí)間最早，爬山虎葉片開始脫落時(shí)間和葉片完全脫落時(shí)間最晚。由圖2可知，9個(gè)處理中景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)由大到小排序?yàn)椋禾幚?＝處理3＞處理1＞處理9＞處理7＞處理8＞處理4＞處理5＝處理6，爬山虎景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)的三個(gè)處理均最大，五葉地錦三個(gè)處理均最小。景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)由大到小排序?yàn)椋禾幚?＞處理2＝處理3＞處理9＞處理6＝處理7＞處理8＞處理4＞處理5，爬山虎相對(duì)葉壽命的三個(gè)處理均最大，其次是葛藤。

2.2.2不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)藤蔓植物景觀時(shí)長(zhǎng)方差分析

土層厚度在4個(gè)因素中對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)影響最小，氮肥用量對(duì)景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)影響最小，因此在對(duì)景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行方差分析時(shí)，分別將兩種因素作為誤差項(xiàng)（R值最小），結(jié)果如表5所示，植物種類對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)達(dá)到極顯著影響（P＜0.01），對(duì)景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到顯著影響（P＜0.05）。其它因素對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)和景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)無(wú)顯著性影響（P＞0.05）。

2.2.3不同處理?xiàng)l件下木質(zhì)藤蔓植物景觀時(shí)長(zhǎng)極差分析

試驗(yàn)處理極差分析結(jié)果表明（見表6）：三種木質(zhì)藤蔓植物景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)和景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)由大到小排序均為：爬山虎＞葛藤＞五葉地錦。4種因素對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)的影響由大到小排序?yàn)椋篈（植物種類）＞C（澆水間隔）＞D（氮肥用量）＞B（土層厚度），對(duì)景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的影響由大到小排序?yàn)椋篈（植物種類）＞B（土層厚度）＞C（澆水間隔）＞D（氮肥用量）。延長(zhǎng)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)的最佳試驗(yàn)因素水平組合為：A1B1C2D3、A1B3C2D3，增加景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的最佳試驗(yàn)因素為：A1B3C1D2，由于土層厚度、澆水間隔和氮肥用量分別對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)和景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)無(wú)顯著性影響，且景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)中爬山虎與葛藤之間無(wú)顯著性差異，因此從生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用考慮，延長(zhǎng)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)的最佳試驗(yàn)因素水平組合為：A1B1C3D3，即爬山虎+土層厚度25cm+澆水間隔30天+氮肥用量30g/m2。增加景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)的最佳試驗(yàn)因素為：A1B1C3D1、A3B1C3D1，即爬山虎或葛藤+土層厚度25cm+澆水間隔30天+氮肥用量0g/m。

2.3藤蔓植物復(fù)綠效果綜合分析

通過(guò)上述三項(xiàng)指標(biāo)的具體分析可知，各指標(biāo)要達(dá)到最佳效果，所搭配的試驗(yàn)因素水平有一定差異，因此對(duì)三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合平衡分析。由于土層厚度、澆水間隔和氮肥用量均對(duì)景觀衰敗時(shí)長(zhǎng)和景觀持續(xù)時(shí)長(zhǎng)無(wú)顯著性影響，因此土層厚度、澆水間隔和氮肥用量實(shí)驗(yàn)因素組合在綜合平衡分析過(guò)程中以覆蓋高度為評(píng)判指標(biāo)，從景觀時(shí)長(zhǎng)考慮爬山虎的復(fù)綠效果較好，從植物覆蓋高度考慮葛藤的生長(zhǎng)覆蓋效果最佳，由于礦山生態(tài)修往往要求當(dāng)年達(dá)到較高的覆蓋效果，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選用葛藤，結(jié)果如表7所示，復(fù)綠效果最佳的因素組合為A3B3C1D3，即葛藤+種植土層厚75cm＋澆水間隔10天＋氮肥用量30g/m2。

3結(jié)論與討論

在高陡巖壁復(fù)綠過(guò)程中，植物的選擇及其種植管理技術(shù)對(duì)復(fù)綠效果有直接影響。馮茹通過(guò)AHP為采石場(chǎng)廢棄地高陡巖壁綠化，篩選出爬山虎和葛藤兩種藤蔓植物[5]，謝良生使用“百分法”為華南地區(qū)篩選出山葛藤、異葉爬山虎、貓爪花等16種巖質(zhì)坡面綠化藤蔓植物[6]。而本研究使用綜合平衡法，在3種藤蔓植物中選出高陡巖壁復(fù)綠效果最優(yōu)的葛藤。盧珊珊在對(duì)7cm、10cm、15cm三種基質(zhì)厚度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響研究中得出，基質(zhì)越厚、土壤含水量越多植物的覆蓋度越高、景觀效果越好[7]，Ceccon E等人研究發(fā)現(xiàn)施用氮肥能夠促進(jìn)植物主植生長(zhǎng)，提高植被蓋度[8]，但也有研究表明，植物生物生長(zhǎng)高度在施氮條件無(wú)顯著增長(zhǎng)[9]。這與本研究中得出土層厚度越厚、澆水間隔時(shí)間越短、氮肥施用量越多木質(zhì)藤蔓植物覆蓋高度越高結(jié)果相一致。研究結(jié)果可為當(dāng)?shù)丶爸苓厖^(qū)域木質(zhì)藤蔓植物礦山復(fù)綠提供借鑒。

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)L9（34）的對(duì)比得出：在石灰?guī)r礦山高陡巖壁環(huán)境條件下，最佳的覆綠組合管理技術(shù)為：葛藤+土層厚75cm＋澆水間隔10天＋氮肥用量30g/m2。

參考文獻(xiàn)

[1] H. Cornelissen，I. Watson，E. Adam，T. Malefetse. Challenges and strategies of abandoned mine rehabilitation in South Africa： The case of asbestos mine rehabilitation[J]. Journal of Geochemical Exploration，2019，205（1）：354-361

[2] 鄒浩，王章瓊，陳金國(guó)，等.花崗巖采石場(chǎng)高陡硬質(zhì)巖壁復(fù)綠難點(diǎn)及對(duì)策[J].資源環(huán)境與工程，2019，33（2）：237-240.

[3] D.A. Ronzhina， L.A. Ivanova， L.A. Ivanov. Leaf functional traits and biomass of wetland plants in forest and steppe zones[J].Russian Journal of Plant Physiology，2019，66（3）：393-402.

[4] 傅家齊.亞熱帶石壁裸巖植物綠化效果研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)（上半月刊），2012，18（1）：126-127.

[5] 馮茹，李富平，王磊，等.基于AHP的采石場(chǎng)廢棄地藤本植物篩選[J].分子植物育種，2019，17（22）：7616-7622.

[6] 謝良生.華南地區(qū)適宜巖質(zhì)坡面綠化的攀援植物篩選[J].中國(guó)園林，2006（11）：73-76.

[7] 盧珊珊. 北京地區(qū)植被屋面植物組合與基質(zhì)厚度研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2016.

[8] Ceccon E， Sanchez S， Campo J. Three seedling dynamics in two abandoned tropical dry forests of differing successional status in Yucatan， Mexico： a fieldexperiment with N and P fertilization[J]. Plant Ecology， 2004， 170（2）：277-285.

[9] 毛晉花. 紅皮云杉幼苗對(duì)增氮減水的響應(yīng)[D].哈爾濱：黑龍江大學(xué)，2018.