基于生態(tài)學(xué)原理的多層次植物配置設(shè)計在景觀生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用

摘 要 陜西省豐富的礦產(chǎn)資源在為人們帶來財富的同時極易造成污染。20世紀末，漢江流域附近硫鐵礦較多，由于關(guān)停后未做好生態(tài)修復(fù)或風(fēng)險管控等措施，礦洞和山區(qū)深溝露天堆放的礦渣在雨水等的沖刷下不斷向下游輸送“磺水”，嚴重影響水質(zhì)。而多層次植物配置設(shè)計作為一種高效的景觀生態(tài)恢復(fù)措施，是改善礦山污染的重要方式之一。為給類似地區(qū)治理生態(tài)環(huán)境污染提供參考，以陜西省西安市鄠邑區(qū)黃柏峪礦山為例，闡述植物多層次配置的定義、生態(tài)學(xué)原理在多層次植物配置設(shè)計中的具體應(yīng)用及多層次植物配置設(shè)計的具體步驟，從防風(fēng)種植處理、斜面種植處理等方面分析多層次植物配置設(shè)計在景觀生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞 多層次植物配置設(shè)計；景觀生態(tài)恢復(fù)；生態(tài)學(xué)原理；陜西省西安市鄠邑區(qū)黃柏峪礦山

中圖分類號：S688；TU986 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.12.026

近年來，陜西省有關(guān)部門嚴格落實《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035年）》《陜西省“十四五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》《陜西省生態(tài)環(huán)境標準體系建設(shè)指南（2021—2023年）》等文件精神，基于生態(tài)學(xué)原理，應(yīng)用以多層次植物配置設(shè)計為代表的景觀生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，有效改善地區(qū)自然環(huán)境。而陜西省西安市鄠邑區(qū)黃柏峪礦山則是其中的優(yōu)秀代表，自2020年底開始修復(fù)后，該礦山產(chǎn)生的效益包括實施區(qū)域人居環(huán)境改善惠及0.77萬人，增加礦區(qū)植被覆蓋率不低于34%，水土流失面積減少率不低于33%，復(fù)墾后土地利用率不低于21%。因此，對黃柏峪礦山先進經(jīng)驗進行分析、探索，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 植物多層次配置

1.1 定義

植物多層次配置設(shè)計由英國造園家B.Clauston提出，是一種基于生態(tài)學(xué)原理的現(xiàn)代景觀恢復(fù)理念。該理念旨在增強、模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性與多樣性，將不同功能、不同習(xí)性、不同高度的物種，圍繞環(huán)境建設(shè)的實際需求結(jié)合在一起，從而構(gòu)建具備觀賞價值與高度生態(tài)可持續(xù)性的景觀。需要重視的是，在進行植物多層次配置設(shè)計的過程中，必須遵守生態(tài)學(xué)原則（如生態(tài)群落組織、生態(tài)位差異、物種適應(yīng)性），從而確保其兼具社會價值、經(jīng)濟價值與生態(tài)價值。

1.2 生態(tài)學(xué)原理的具體應(yīng)用

在進行多層次植物配置設(shè)計時，生態(tài)學(xué)原理的運用方式如下。1）生態(tài)修復(fù)。以生態(tài)學(xué)原理為依據(jù)，利用植物的生物學(xué)特性進行生態(tài)修復(fù)。例如，鳳眼蓮、蘆葦、蓮、浮萍、水燭等水生植物，具有凈化水質(zhì)的作用，因此可用于污染嚴重的水域。刺槐、榆樹、木豆等植物則具有適應(yīng)能力強、固土效果優(yōu)異的優(yōu)勢，故多用于水土流失嚴重的區(qū)域。2）層次結(jié)構(gòu)。在配置植物時，應(yīng)嚴格遵循生態(tài)學(xué)基本原理中的物種多樣性原理，充分考慮物種的生態(tài)位特征，合理選配植物種類，避免種間直接競爭，形成結(jié)構(gòu)合理、功能健全、種群穩(wěn)定的復(fù)層人工植物群落結(jié)構(gòu)。3）物種多樣性。生態(tài)學(xué)原理認為，不同的物種在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著不同的角色，如授粉、分解廢物、凈化水和空氣等，只有形成完善的生態(tài)鏈條，才能確保林木的生長態(tài)勢，保護物種多樣性。

1.3 多層次植物配置設(shè)計的具體步驟

1）派遣技術(shù)人員進行現(xiàn)場調(diào)查，收集水文、氣候、土壤等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，調(diào)查設(shè)計區(qū)域的環(huán)境基線值。2）明確設(shè)計目標如生物多樣保護、美學(xué)提升、生態(tài)恢復(fù)等，這與植物的配置與選擇密切相關(guān)。3）以現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)與生態(tài)學(xué)原理為依據(jù)，挑選與實際需求契合的植物種類。此外，注意植物之間應(yīng)為互利共生的關(guān)系。4）對植物的空間分布、層次結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃，設(shè)計出與生態(tài)原則相契合的植物配置方案。5）執(zhí)行植物配置方案，并進行后期的維護與管理，保持植物群落的持久和穩(wěn)定。

2 研究區(qū)域概況

黃柏峪礦山位于西安市鄠邑區(qū)黃柏峪溝內(nèi)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年降水量650～800 mm，四季分明。該礦山距西安市區(qū)40 km左右，距鄠邑區(qū)城區(qū)14 km左右，北距黃柏峪峪口3.2 km左右，場地高程在920～1 180 m，相對高程260 m；整體地勢西北高、東南低。作業(yè)平臺整體地勢平緩，坡度小于15%；由于多年的采礦活動，礦區(qū)環(huán)境受到嚴重破壞。山體覆蓋的植被被嚴重剝離，處于裸露狀態(tài)，出現(xiàn)明顯的水土流失問題。采礦形成邊坡坡度在60%～75%；渣土傾倒邊坡坡度大于75%。場地坡向主要為南向及西南向，整體光照條件良好。場地土壤pH值8.2，屬弱堿性土壤，影響植物生長。養(yǎng)分含量整體較低，缺乏有機質(zhì)，土壤肥力不足，速效養(yǎng)分含量不高，影響植物生長及抗病蟲害能力。礦區(qū)植被以灌叢、白羊草草叢與農(nóng)田植被為主，其占地面積分別為67.13 hm2、106.91 hm2、191.26 hm2，占礦區(qū)總面積的86.80%。由此可見，當(dāng)?shù)刂参锱渲脝我?，無法滿足生物多樣性的需求。作業(yè)主要目的為保護當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，其次為提升美觀性。為達到這一目的，應(yīng)嚴格遵循生態(tài)學(xué)原理，采用多層次植物配置設(shè)計，主要采用兩種種植防治方法，即防風(fēng)種植處理與斜面種植處理。

3 基于生態(tài)學(xué)原理的多層次植物配置設(shè)計在景觀生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用策略

3.1 防風(fēng)種植處理

黃柏峪礦山位于山區(qū)，由于狹管效應(yīng)，東北風(fēng)、西北風(fēng)風(fēng)力較大，不但會污染自然環(huán)境，影響作物生長，還會損害周圍居民的呼吸道系統(tǒng)，誘發(fā)高血壓、冠心病、克山病和風(fēng)濕病等疾病。因此，應(yīng)從生態(tài)學(xué)原理出發(fā)，選擇具有防風(fēng)效果、適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤狀況的植物，在礦山東北面、西北面開辟防風(fēng)帶，減少沙塵的侵蝕，保護生態(tài)環(huán)境。1）榆樹。喜光照，耐鹽堿，耐干旱，根系發(fā)達，具有良好的固土能力，其掉落物含有豐富的營養(yǎng)成分，有助于土壤肥力的保持。2）黃山欒樹。對土壤要求不高，對鹽漬土、旱情有良好的耐性，可修復(fù)Pb、Cu污染。3）臭椿。耐鹽堿、耐低溫，對HCl、Cl2、SO2等氣體有良好的抗性；固土能力強、萌蘗力強、側(cè)根發(fā)達，對Zn、Cu、Cr富集能力強。

3.2 斜面種植處理

礦區(qū)開采面多為斜坡面，極為陡峭，如遇刮風(fēng)下雨，極易滑坡。因此，在斜面種植植物是景觀恢復(fù)的必要工程。需要重視的是，斜坡面存在土壤附著能力差、坡面角度大等問題，加大了種植施工的難度。根據(jù)現(xiàn)狀地形差異，宜采用不同復(fù)綠技術(shù)及植物配比。從耐陰性、耐強光性、耐瘠薄性、耐寒性、耐旱澇性及抗病蟲害性等方面分析植被適應(yīng)性，根據(jù)不同植被適應(yīng)性確定應(yīng)用比例及種植區(qū)塊。針對不同修復(fù)類型，選擇不同的植物進行修復(fù)。坡面上、中部采用灌木+喬木的配置方式等；中下部為了防止雨水沖刷，采用喬木+灌木+草本的配置方式。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，黃柏峪礦山所用植物大多為鄉(xiāng)土植物，部分引種植物在種植前均進行試驗驗證，待證明其在本區(qū)域生長正常后，再進行種植。

所用草本植物如下。1）大花萱草。耐旱，耐陰，通常不需要澆水，適宜生長在土壤貧瘠、水分較少的土地。2）馬藺?？鼓嫘詮?，耐旱，耐鹽堿，水土保持能力強，根系發(fā)達，對重金屬Pb、Cd具有較強的富集能力。3）鳶尾。耐寒性強，能夠適應(yīng)黃柏峪礦山的弱堿性土地。4）諸葛菜。耐陰，耐寒，耐旱，對土壤要求不高。

所用灌木如下。1）丁香。耐低溫，耐干旱，喜光，根系發(fā)達，固土能力強。2）黃刺玫。耐鹽堿，耐旱，耐陰，根系發(fā)達，抗病能力強，對淺層土壤具有固持作用。3）繡線菊。耐干旱貧瘠，能夠有效固定礦山表土。4）木槿。對土壤要求不高，萌蘗力強，對Cl2、SO2等污染氣體具有良好的抗性，水土保持能力較強。5）迎春花。耐旱，耐陰濕，喜光，對環(huán)境有較好的適應(yīng)性，同時具有良好的水土保持能力。6）黃櫨。萌蘗力強，耐干旱瘠薄，耐鹽堿，對土壤要求不高。

所用喬木如下。1）油松。耐寒，不耐鹽堿，耐貧瘠，喜光，側(cè)根發(fā)達，對Cu的富集能力強。2）栓皮櫟。耐旱，耐低溫，根系發(fā)達。3）白蠟。萌蘗力強，耐鹽堿，耐干旱瘠薄，抗煙塵，水土保持能力強。4）側(cè)柏。對土壤、氣候要求不高，對HCl、Cl2、SO2等氣體有較強抗性，修復(fù)Pb、Cu、Zn等污染的能力較強。5）樟樹。耐陰，抗煙塵，抗有毒氣體，但在貧瘠地區(qū)生長緩慢，因此極少用于黃柏峪礦山。

4 養(yǎng)護管理

4.1 水分管理

黃柏峪礦山開發(fā)始于20世紀80年代，在開發(fā)過程中，由于不重視保護工作，地下含水層與開采層之間的隔水層受到破壞，導(dǎo)致含水層漏水、水位下降。2019年，由陜西恒瑞測控系統(tǒng)有限公司進行檢測，含水量僅為12%～14%，難以滿足植被生長需求。因此，在景觀恢復(fù)工程中，使用噴灑器或灌溉系統(tǒng)將水噴灑到土壤表面，以便水分滲透到地下[1]。同時，采用保水劑為植被提供水分。保水劑是一種高吸水性樹脂，最大吸水力達14 kg·cm-2。樹木根系的吸水力大多為17～18 kg·cm-2，能直接吸收保水劑中的水分。礦山廢棄地宜采用0.5～3.0 mm的大顆粒保水劑，保證所貯水分的80%～85%被林木高效利用。粉狀保水劑使用時應(yīng)與土壤混合均勻，否則會影響土壤通氣性和林木生長，甚至造成苗木枯死?；蛘哂盟芰霞喚W(wǎng)制成直徑8 cm、長50 cm的網(wǎng)袋，裝入吸足水分的凝膠狀大顆粒保水劑1.3～1.4 kg，針葉樹苗木根系旁垂直放置1個，闊葉樹和果樹苗木根系兩側(cè)各垂直放置1個；其水分釋放涉及直徑25～30 cm的范圍，周邊土壤含水量20～30 d維持在12%～13%。若期間無降水，植苗后25 d左右將網(wǎng)袋抽出重新吸水，再放回原處。在恢復(fù)2～3年后，植被生長穩(wěn)定，一般無須進行太多的水分養(yǎng)護，但遇到特別干旱的年份，依舊需要人工補水[2]。

4.2 肥力管理

黃柏峪礦山在開采過程中，破壞了土壤的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失。據(jù)調(diào)查得知，該礦山氨素含量低于0.5 g·kg-1，磷素含量低于10 mg·kg-1，無法為植被生長提供充足養(yǎng)分[3]。為迅速形成植被覆蓋，人工施肥成了恢復(fù)初期必需的環(huán)節(jié)[4]。施肥量、施肥時間視植被品種而定。例如，榆樹在4—10月施肥，每667 m2可施尿素40 kg，過磷酸鈣40 kg，氯化鉀30 kg[5]。油松1年施肥2次，分別為3—4月和6—7月各施1次，每次每667 m2需施復(fù)合肥100～150 kg，對于1～3年生的幼樹，可施用[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=5∶3∶2]復(fù)合肥；對于3年生以上的樹木，可施用[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=3∶2∶1]復(fù)合肥。當(dāng)植被恢復(fù)2～3年后，可利用一些豆科固氮植物（大豆、花生、南嶺黃檀、黃檀、鈍葉黃檀、降香、圓葉舞草、假地豆及野青樹等），以及植物自身殘體有機質(zhì)，實現(xiàn)礦區(qū)的自循環(huán)，減少人工養(yǎng)分管理[6]。

5 結(jié)語

在環(huán)保理念不斷深入的當(dāng)下，在恢復(fù)景觀生態(tài)的過程中，有關(guān)部門應(yīng)嚴格秉持生態(tài)學(xué)原則，采用植物多層次的設(shè)計理念，選擇與當(dāng)?shù)貧夂?、土壤條件契合的樹木，提高地區(qū)的生態(tài)效益與社會效益，從而為“兩山”理論的落實做出一定的貢獻。

參考文獻：

[1] 李靜.植物多層次配置設(shè)計在景觀生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用：以豫南地區(qū)為例[J].分子植物育種，2024，22（4）：1299-1305.

[2] 王婷慧，王艷，馬璐璐，等.高?；謴?fù)性環(huán)境景觀設(shè)計研究：西南林業(yè)大學(xué)白龍校區(qū)一號門為例[J].中外建筑，2024（4）：89-93.

[3] 姚懿菲.植物多樣性促進園林景觀的生態(tài)恢復(fù)與生物多樣性保護[J].分子植物育種，2023，21（18）：6227-6231.

[4] 楊中貴，王東宇.濕地景觀生態(tài)恢復(fù)設(shè)計：以武漢市湯遜湖大堤灣紅旗渠濕地為例[J].藝術(shù)教育，2023（6）：214-218.

[5] 邱璞.礦山公園的生態(tài)恢復(fù)與景觀營造：以山西某廢棄礦為例[J].中國錳業(yè)，2023，41（5）：68-72.

[6] 丁鄉(xiāng)情.植物多樣性在園林景觀生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用[J].中國林業(yè)產(chǎn)業(yè)，2023（10）：116-117.

（責(zé)任編輯：張春雨）