撫仙湖流域磷礦開采廢棄地恢復竹林群落的物種配置研究*

趙敏慧,楊禮攀,楊中寶,王 躍

(1.玉溪師范學院,云南 玉溪653100;2.云南中醫學院,昆明 650500)

磷礦是撫仙湖流域的重要資源,在澄江縣具有20余年的開采歷史。磷礦開采引發的水土流失成為撫仙湖的一個重要污染源。礦區水土流失這一面源污染的形式,除對本區域產生影響外,還會對更大范圍內的土地利用、水文條件產生影響[1]。礦山廢棄地對土地的侵占和環境污染已成為區域社會經濟發展的制約因素[2-4],因此磷礦開采的植被和生態恢復是該區域環境治理的主要措施。

植被所表現出的固持土壤、保持水土、凈化環境是生態建設的重要目標,同時也產生較好的經濟和社會效益,成為礦山生態恢復和重建的核心。竹林是易栽易管的一類經濟林,在撫仙湖流域分布廣泛,生長良好,并具有較強的水土保持效能,可選作磷礦開采廢棄地的恢復林種[5-6]。而恢復林種內物種的配置(選擇)適當與否是植被恢復工作成敗的關鍵之一[7]。為恢復和改善撫仙湖磷礦開采區生態環境,提高地方民眾的經濟收入,通過野外調查,對撫仙湖流域經濟效益較高的竹林群落特征及群落內物種地位進行了分析,制定了磷礦開采廢棄地恢復竹林群落的最佳物種配置方案,以使竹林在恢復中通過合理的樹種配置,增加物種多樣性,在短期內發揮最大的生態效益和經濟效益。

1 研究區概況

撫仙湖磷礦開采區位于撫仙湖東北角,玉溪市澄江縣城東,東經 102°56′-103°01′,北緯 24°37′-24°46′。開采區面積7 244.27 hm2,占流域總面積的10.28%,總儲量4億t,品位高,易開采。本區屬亞熱帶高原季風氣候,干濕季節分明,雨熱同季,年平均氣溫16.5℃,最冷月1月平均氣溫 8.3℃,最熱月 7月平均氣溫20.5℃,年降水量900～1 200 mm,年日照時數為2 141.8 h。土壤有紅壤、黃棕壤、水稻土,以紅壤為主。地帶性植被是以殼斗科(Fagaceae)、樟科(Lauraceae)、茶科(Theaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)植物為優勢種的半濕潤常綠闊葉林。但該區由于開發時間較早,人為破壞嚴重,目前半濕潤常綠闊葉林僅殘留39.40 hm2,占整個開采區的0.54%,在磷礦開采區植被生態系統中的生態作用有限。目前地表植被以旱地栽培植被面積最大,為2 749.61 hm2,占磷礦開采區面積37.96%。其次是次生植被華山松林和云南松,兩者面積合計占開采區的31.71%,其它植被類型均面積較小,且呈零散分布狀態。磷礦開采廢棄地面積119.70 hm2,雖只占開采區面積的1.65%,但因常年深度剝離式的開采方式對地表植被破壞較大,又缺乏有利的開采面恢復措施,雨季表土隨徑流流失,增加了撫仙湖的污染負荷。

2 研究方法

依分散典型取樣原則,在研究區竹林群落成片分布的地段,選取樣地進行群落調查。樣地形狀不限,依地形而定,共設置樣地3個,單個面積25 m2(5 m×5 m)。在每個樣地內每木調查喬木、灌木,并分別設置面積為1 m×1 m的小樣方5個,調查草本植物。在設置的群落樣地內,用法瑞學派方法調查每個樣方的植物種類、每種植物的存在度、生活型、多優度、群集度、高度及群落蓋度。存在度用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五級表示。生活型采用Raunkiaer系統表示,即以休眠或復蘇芽所處的位置高低和保護的方式分為以下幾類:高位芽植物(Ph),地上芽植物(Ch),地面芽植物(H),地下芽植物(G)和一年生植物(T)[7]。

多優度采用+～5六級制[8],即蓋度-多度級,以蓋度為主結合多度,各等級表示樣地內某種植物的種蓋度大小值。各等級含義分別為:5:種蓋度在75%以上者;4:種蓋度在50%～75%以上者;3:種蓋度在25%～50%者;2:種蓋度在5%～25%者;1:種蓋度在5%以下,或數量尚多者;+:種蓋度很小,數量也少,或單株。根據蓋度等級,同時體現了被調查的樣地總數和物種在樣地的出現次數計算得到蓋度系數。群聚度級采用5級制,以聚生狀況與蓋度相結合,各等級含義為:5:集成大片,背景化;4:小群或大塊;3:小片或小塊;2:小叢或小簇;1:個別散生或單生。

然后計算每個物種的綜合優勢比,綜合優勢比=(蓋度比+高度比)/2×100%,其中蓋度比=某一物種的蓋度/樣地中蓋度最大的物種蓋度×100%,高度比=某一物種的高度/樣地中高度最大的物種高度×100%。

3 竹林群落特征及各植物種在群落中的地位分析

3.1 竹林群落特征

自然竹子(Phyllostachys decora)種群多為森林下的伴生種類,隨著原生森林的毀壞逐漸發展成林,并能形成維持相當時間的穩定群落,或村寨附近由人工栽培自然發展成林。研究區竹林面積合計21.19 hm2,占該區域面積的0.29%,多為人工種植發展而來的單優群落,生長迅速,3～5 a便可成林,總蓋度較高,多分布于水濕條件較好的溝箐中。調查樣地內竹林高6～12 m,莖干粗1.5～4 cm,生長茂密,在25 m2的樣地內,竹子生長整齊,有62～150株,每公頃可達18 000～45 000株。林內除建群種美竹及草本紫荊澤蘭外,其它物種均是樣地四周傳播進來的本地鄉土種。調查樣地內共有18種植物,總物種數較低,單個樣地5～12種,且各物種個體數少、多優度-群聚度較低,介于+.1～2.2之間(見表1)。竹類因具有特殊的生活型,在植被分類中作為一個單獨的植被類型(見表1、表2)。

3.2 竹林群落樣地存在度4級及4級以上物種在群落中的地位

樣地1有物種9種,存在度4級及4級以上的6種,灌木層土茯苓、滇山茶綜合優勢比0.75,巴豆藤0.69,在該層占相對優勢,另外有梁王茶單株出現;草本層存在度4級以上的只有沿階草1種出現。樣地2總物種數5種,存在度4級以上的除美竹外只有土牛膝1種以單株出現。樣地3有物種12種,存在度4級及4級以上的7種,其中灌木層中巴豆藤綜合優勢比1,滇山茶0.91,土茯苓0.87,梁王茶0.62,優勢比依次降低;草本層綜合優勢比沿階草為1最占優勢,其次是土牛膝0.56。因此竹林群落中除美竹之外優勢度較高的物種是:灌木層:土茯苓、滇山茶、梁王茶和藤本植物巴豆藤,草本層:沿階草、土牛膝(見表3)。

表1 竹林群落樣地環境

表2 竹林群落樣地物種特征

表3 竹林群落樣地存在度四級及以上物種綜合優勢比

4 竹林群落內的物種配置

4.1 物種選擇原則

為使恢復后的竹林群落結構合理、功能完善,物種多樣性豐富,群落內物種的配置應依待恢復地段的立地條件,按“喬灌草藤結合”的原則,選擇既要具有固坡、防止水土流失等生態防護作用,又要有利于景觀美化的樹種。具體的種類選擇則要考慮以下特點:(1)根系發達、生長快;(2)適應性強、抗逆性好;(3)具固氮能力;(4)當地優良的鄉土樹種和先鋒樹種;(5)種源易于人工繁殖,易栽易管;(6)樹種不僅經濟價值高,還具有多功能效益。

4.2 物種配置方案

竹林由于受到較多人為干擾,物種多樣性低,但竹林更多是作為經濟的考慮而栽培的,因此為了提高人工竹林群落的物種豐富性和穩定性,可適當配置竹林樣地內存在度4級及以上物種。同時可在林內適當的配置滇樸、黃連木(Pistacia chinensis)等常綠闊葉林的優良喬木樹種,火棘(Pyracantha f ortuneana)、常綠薔薇(Rosa longicuspis)等適應性較強的灌木,以及地石榴(Ficus ticoua)、葛根(Pueraria lobata)等具不定根,有較強萌生性,能在較短時間內覆蓋大面積地表,護坡,護土效果良好的藤本植物。這樣既可以增加竹林的物種豐富度和覆蓋度,也可使作為經濟林使用的竹林也不至于因竹子的砍伐而破壞群落結構。

具體的物種配置在礦區土地復墾后分3個地段來施行:在開采斜坡區、平臺區、集水區、表土堆積區,沿等高線帶狀整地,選種研究區適應性強的闊葉樹種和竹林群落內的美竹和優勢灌木樹種,以起到構建群落的作用;在開采陡坎區,選用研究區廣泛分布的耐貧瘠、干旱、萌生性強、護坡,護土效果良好、生長迅速的藤蔓植物,如地石榴、葛根、巴豆藤等,以提高土壤的保水性和快速改善干旱、貧瘠的小環境;在待恢復地段附近劃出小片水肥條件較好的區域做補植區,并在其上栽種待恢復優勢喬木種和成活率高、具經濟價值、美化效果的火棘、常綠薔薇做后備補充,同時在廢棄平臺區植入美竹、慈竹(Af f inis(Rendle)McClure)、滇樸、黃連木。這樣,通過營造喬灌草藤復層林,將對礦區生態恢復起到較好的作用。

5 結語

竹林青翠挺拔、冠形優美,生長迅速,是優良的庭院綠化樹種,也是高山風景區之優良風景林樹種,也是當地群眾喜愛的經濟林,易栽易管,具較高經濟價值。同時在水源涵養、提高土壤抗蝕性和土壤營養成分含量方面效果較優。因此竹林是磷礦開采廢棄地上做植被恢復的理想林種。但竹林生長需要較好的水分條件,只適宜在水分條件較好的山坳種值,而在水分條件較差的山坡上則不易成活。因此為了兼顧生態和經濟效益,磷礦開采形成的低洼積水地帶可選竹子做植被恢復,附近地帶可依具體地段的小生境差異,配置群落和研究區優勢喬灌樹種及研究區耐貧瘠、干旱、萌生性強、護坡,護土效果良好、生長迅速的藤草植物。這將縮短群落從廢棄地到經濟林的恢復和演替時間,使恢復后的竹林群落結構合理、物種多樣性豐富,生態系統穩定,以盡快發揮磷礦開采區的生態服務功能和經濟效益。

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