露天礦排矸堆土場自然植被演替規律及立地質量評價

劉建華

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

露天礦排矸堆土場自然植被演替規律及立地質量評價

劉建華

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

通過對不同的排矸年限矸石山的植被調查，結果顯示:Ⅰ類排土場,隨著排土年限增加，出現了多種植被群落，該生境的適生植物種類較多，具備了進行人工植被恢復的良好條件;Ⅱ類排土場，從群落外貌看，形成了明顯的復層結構,群落的形成使排土場生境條件進一步改善，可進行人工復墾造林;Ⅲ類排土場仍處于演替的初級階段，已初步具備耐旱喬木樹種生長的條件;Ⅳ類排土場無植被分布，不適宜人工復墾造林，需經過多年的風化或人工促進風化進一步改善生態環境。

排土場；植被調查；立地質量

遼西北有阜新礦區、鐵法礦區、北票礦區、南票礦區等十幾個礦區。阜新礦區是國家及東北較大的礦區之一，其范圍東起新丘，西至清河門，號稱“百里礦山”[1]。煤矸石是在煤炭開采過程中，與煤相伴共同存在的巖石，煤矸石主要由高嶺石、伊利石、黏土礦物、石英和少量煤、黃鐵礦組成。在煤的挖掘和篩選過程中隨之排放堆積在礦區周圍的土地上，形成礦區廢棄地。煤矸石具有灰黑色、灰褐色、灰白色、灰黃色等各種不同顏色[2]。煤矸石的化學組成除含碳外，一般以氧化物為主，據有關部門對東北19個重點煤礦(包括阜新)的38個煤矸石樣品的化驗分析結果表明，主要物質成分有兩種：SiO2和Al2O3，其中，SiO2含量較多約達63.4%，甚至更多達88%，Al2O3含量相對少一些約占19.8%，最多高達38.8%，其余的氧化物比較少，如Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，另外煤矸石還含有常量成分C、S、K、Si、Ca、Mg、Fe、Na等，很少量的微量成分：Pb、Mn、As、Cd、Hg、Cu、Ni、Se等[3]。主要地帶性植被有：油松、刺槐、山杏、荊條、酸棗、胡枝子等。主要草本植物為中華隱子草、蒿類、白羊草、野古草等。由于土壤貧瘠，有機質含量低，植被覆蓋小。

1 研究區概況

遼西北煤矸石地主要分布在遼寧省阜新市境內，該地區自然降水量少，年際變率大，時空分布不均勻。多年平均降水量480 mm，最少年份為338.2 mm，最多年份為824.7 mm，其中大的排矸堆土場主要有海州露天礦排土場、新邱排土場、高德矸石山和孫家灣矸石山。其中的海州露天礦排土場，位于太平區境內，系河南岸，排土場東西長3.9 km，南北寬1.8 km。地表海拔標高為165～200 m，平均175 m。地勢東南高，西北低，排土場面積約為13 km2，是阜新境內煤矸石地的最典型也是最大的代表地塊[4]。

2 研究方法

2.1 樣地設置和群落調查

根據現有的海州礦露天礦排土場資料，選擇自然恢復<8年排土場，8～15年排土場，15～25年排土場，25～35年排土場作為研究對象。試驗區域面積30 hm2，包括排土場的平臺和邊坡。根據群落實際分布情況，在各研究區選擇2～10個采樣點，每個采樣點進行重復樣方調查。在不同采樣點上分別設置5 m×5 m灌木樣方(3個重復)和1 m×1 m草本樣方(10個重復)，其中5 m×5 m樣方內設置3個1 m×1 m的樣方，樣方共計156個，分別調查灌木與草本的種類、蓋度、密度和高度等指標[5]。

3 結果與分析

3.1 不同類型排矸堆土場植物群落分析

礦區廢棄地特定的立地條件決定了植被分布的特殊特征。植物群落組成種類是按照煤矸石的風化程度、土壤水分、土壤養分、土壤酸堿度的分布規律而分布。經實地布設樣地的測定，阜新海州礦區廢棄地主要植物群落分布見表1。

表1 不同排土場類型植物群落分布

(1)Ⅰ類排土場,隨著排土年限增加，林下出現了酸棗、杠柳、荊條、興安胡枝子、虎榛子等灌木樹種，但灌木層蓋度較低，約5%，高度為1.2 m。一般杠柳和酸棗成片分布，相對蓋度稍大；而胡枝子和荊條在林下散生。草本層種類增加，蓋度增至95%，草群高度也增加，約為0.9 m。多年生草本繼續增加，物種數占草本的76%，特別是多年生禾本科草類增加較多，如：菅草、野古草、多葉隱子草、羊草等。優勢草本植物為茵陳蒿、狗尾草和糙隱子草，三者重要值貢獻率為32.07%。值得注意的是，群落生境已明顯向中生方向發展，積水之地還有香蒲。因此，該生境的適生植物種類較多，具備了進行人工植被恢復的良好條件。

(2)Ⅱ類排土場，從群落外貌看，形成了明顯的復層結構。林下草群蓋度達75%，高度增至0.65 m。優勢草本植物為狗尾草、茵陳蒿和鵝絨藤，三者重要值的貢獻率為51.43%，且蒿類的優勢加較快。多年生蘆葦、黃蒿、百里香、大針茅、羽茅、阿爾泰紫菀、狗尾草相繼侵入，多年生草本的物種數達到61%，群落的形成使排土場生境條件進一步改善，可進行人工復墾造林。

(3)Ⅲ類排土場，為狗尾草、虎尾草、白茅群落，仍處于演替的初級階段，但物種組成發生較大變化，除1年生植物外，開始出現多年生的茵陳蒿、早熟禾等。說明環境條件有所改善，已初步具備耐旱喬木樹種生長的條件。

(4)Ⅳ類排土場無植被分布，不適宜人工復墾造林，得經過多年的風化或人工促進風化進一步改善生態環境。

3.2 海州礦排土場立地質量評價

開展海州礦排土場立地類型劃分及立地質量評價具有重要的應用價值，它將為排土場植被恢復，土地資源合理利用提供科學依據。研究表明停止排矸年限、矸石堆放高度、表層風化物厚度是影響風化物化學性質、植被種類及生長狀況的主要因素。因此，可按停止排矸年限劃分排土場的立地類型。立地分類結果如下：

表2 不同類型排土場立地質量評價

為了更直觀的分析各類型排土場植物生長適應性，選取矸石山上具有代表性植被紫穗槐為例，對其造林成活率和高生長進行多重比較分析。

表3 紫穗槐造林成活率多重比較

由表3可知，紫穗槐在Ⅱ、Ⅲ類排土場上的成活率與Ⅳ類排土場上的成活率差異極顯著，Ⅱ類與Ⅲ類的成活率差異也極為顯著。說明了紫穗槐在海州露天礦排土場不同立地類型環境下的成活率存在著顯著差異，排矸年限≥25年的立地類型適宜植被生長，排矸年限15～25年的立地類型適宜抗逆性強的植被生長，而8～15、≤8年的Ⅲ類、Ⅳ類由于停止排矸年限太短，個別地段還存在著自燃現象，使風化物的溫度過高，風化物表層干燥少水，孔隙狀況不良，致使林木不能成活[6]。

4 結論

4.1 Ⅰ類排土場,隨著排土年限增加，出現了多種植被群落，該生境的適生植物種類較多，具備了進行人工植被恢復的良好條件。Ⅱ類排土場，從群落外貌看，形成了明顯的復層結構。落的形成使排土場生境條件進一步改善，可進行人工復墾造林。Ⅲ類排土場仍處于演替的初級階段，已初步具備耐旱喬木樹種生長的條件。Ⅳ類排土場無植被分布，不適宜人工復墾造林，得經過多年的風化或人工促進風化進一步改善生態環境。

4.2 通過對排土場立地類型劃分及對排土場適應性高的紫穗槐造林成活率多重比較分析看出，植物在不同立地類型排土場生存的自然環境存在顯著差異，驗證了對排土場立地類型劃分的科學性和合理性。

[1] 范英宏，陸兆華，程建龍,等.中國煤礦區主要生態環境問題及生態重建技術[J].生態學報，2003，23(10)：2145-2147

[2] 高淑慧，賈志斌，張樹禮,等.露天煤礦排土場的復墾研究[J].北方環境，2011，3(23)：40-41

[3] 牛星，蒙仲舉，高永,等.伊敏露天煤礦排土場自然恢復植被群落特征研究[J].水土保持通報，2011，31(1)：215-221

[4] 高英旭，劉紅民，劉陽,等.海州露天礦排土場不同林分土壤理化性質對植被生物量的影響[J].中南林業科技大學學報,2014，34(1)：78-83

[5] 王瓊，辜再元，史春華,等.廢棄采石場植被自然恢復過程中物種多樣性變化特征[J].環境科學研究，2009，22(11)：1306-1307

[6] 劉青柏, 劉明國, 劉興雙,等.阜新地區矸石山植被恢復的調查與分析[J].環境科學研究，2003，34(6)：434- 437

Laws of Natural Vegetation Succession and Evaluation of Site Quality in Open-Pit Mine Waste Dump

Liu Jianhua

(Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute, Fuxin 123000, China)

Vegetation of waste dump with different years of waste rock discharging was investigated.Result shows that: multiple vegetation communities appear in classⅠDump with increased age;the habitat have many species suitable plants, which have a good condition of the artificial vegetation recovery;classⅡdump, from the appearance of the community, distinct stratified structure was formed composite layer structure.The formation of the dump further improves habitat conditions, and artificial reclamation afforestation can be conducted;class Ⅲ dump is still at an early stage of succession and has growth conditions for drought-tolerant tree species;class Ⅳ dump has no vegetation distribution and unfits artificial reclamation afforestation, it requires years of weathering or artificial weathering to promote further the ecological environment.

waste dump of mine;investigation on vegetation;site quality

1005-5215(2015)01-0017-02

2014-10-08

劉建華(1982-)，男，遼寧朝陽人，大學，工程師，現從事林業經營工作.

S718.51.9

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.006