湖南冷水江市銻礦區植物調查與植物規劃研究

張 彬 陳新雅 施衛省

為促進湖南省冷水江市銻礦區的植被恢復與綜合利用，對銻礦區現有植物進行調查，利用聚類分析法分析礦區植物組成、優勢物種及植物群落類型，并對礦區進行植物規劃。研究結果表明:礦區植被由26科、44屬、46種組成，草本（50%）＞喬木（28%）＞灌木（22%）。喬、灌、草的優勢種分別為女貞、醉魚草、芒草。植物群落類型分為5類:喜樹—苧麻—芒草、女貞—苧麻—一年蓬、女貞—醉魚草—芒草、女貞—山茶—一年蓬、醉魚草—芒草。礦區4個區域的植物種植模式為:女貞—醉魚草—艾草（道路綠化區）；女貞+喜樹—醉魚草+接骨木—藎草、苧麻—葛（生態恢復區）；優勢樹種與鄉土樹種混交林植（山地林區）；觀賞價值高的喬灌木配植（居住辦公區）。研究結果為礦區植被恢復提供了物種選擇與種植配置模式，為其他礦區植被恢復提供參考。

植物調查；植物規劃；銻礦區；冷水江市

銻（Sb）是一種重要的不可再生資源，銻及銻化合物具有廣泛用途，現在常被用于制造耐火材料、合金、半導體材料及用于生物醫學領域。湖南省冷水江市銻礦區作為我國超大型銻礦區，銻礦的儲量和銻品的產量均排在世界前列[1]，但在巨大銻礦產出背后是一系列的生態問題，如土壤重金屬污染、植被退化、水土流失等。近年來，習近平總書記在講話中反復強調“綠水青山就是金山銀山”[2]，而銻礦開采造成的生態破壞與我國正在創建的生態文明形成了尖銳的矛盾，因此，礦區的生態環境治理變得十分緊迫。

目前，礦區環境治理與恢復的方式雖有多種，但采用植物修復是最根本、最經濟、最現實的途徑，而對礦區植被進行調查和植物規劃是礦區環境恢復取得成效的關鍵。文章以冷水江市銻礦區為研究對象，對礦區內的現有植物及礦區的植物規劃進行研究。

1 冷水江市銻礦區概況

銻礦區（27°45′13.83″N，111°29′54.33″E）位于湖南省冷水江市。冷水江市處于湖南省中部，是一座典型的資源型城市，其境內的錫礦山富含銻礦，礦區在市區北部，距市區直線距離約10 km，面積達22.5 km2（圖1）。礦區地貌類型屬低山丘陵溝谷地貌，原始地貌地形起伏較大，以山坡地為主，山坡地勢較陡，陡坡坡度一般在25°～45°之間，坡底與坡頂相對高差在50 m左右（圖2）。礦區氣候屬于亞熱帶季風氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，年平均氣溫在18℃左右[3]。雨量充沛，降水具有季節性。因雨水偏多，土壤濕重，多為紅壤、黃壤。礦區土壤重金屬污染嚴重，以銻、砷、鉛、鎘的污染為主，其含量分別為1 000 mg/kg、300 mg/kg、360 mg/kg、130 mg/kg，分別超過土壤標準值的200倍、28.3倍、14.5倍、68.4倍。礦區土壤pH值為7.3，偏弱堿性。

1. 礦區地理位置

2. 礦區地貌地形

2 冷水江市銻礦區植物調查

2.1 研究方法

調查于2020年7～8月進行，在礦區內選取18個樣地（圖3），樣地面積設為10 m×10 m，對樣地內的植物進行調查，包括植物種類、株數、高度、胸徑（地徑）、冠幅、長勢等[4-5]以及物種重要值。其中物種重要值是體現某個物種在群落中重要性的一個綜合數量指標[6-7]。計算公式為:重要值=（相對密度+相對頻度+相對蓋度）/3[8]。其中:相對密度=（某物種的個體數量/所有物種的個體的總數量）×100%；相對頻度=（某物種的頻度/所有物種的頻度）×100%；相對蓋度=（某物種的總蓋度/所有物種的總蓋度）×100%。

3. 樣地分布圖

運用聚類分析法，通過SPSS軟件將有相似植物特征的樣地分為一類。參數為各樣地物種的重要值，在Excel中建立表格，計算出各樣地各物種的重要值，表格縱向列出樣地的序號，橫向列出樣地中的植物名稱，然后將Excel表在SPSS中打開，使用系統聚類這一操作進行聚類分析，聚類方法選擇組間連接，度量標準選擇平方Euclidean。

2.2 礦區物種組成

根據實地調研得到，礦區植被由26個科、44個屬、46個種組成（表1）。其中植物種類最多的為菊科（艾草、金光菊、蒲公英、一年蓬、翅果菊、青蒿、鬼針草）、禾本科（知風草、芒草、狗牙根草、馬尼拉草、狗尾草、藎草）、豆科（山槐、木藍、苜蓿、雞眼草、草木犀），分別為7種、6種、5種，占總物種的39%。這說明菊科、禾本科、豆科植物對環境適應性強，對土壤中的重金屬污染具有耐受性，其中，豆科植物還具有固氮的作用，可作為礦區植被恢復的先鋒植物。

表1 礦區現有植物表

續表

從生長型來看，礦區草本植物占多數，是全部物種的50%，其中多年生草本占28%，二年生草本占9%，一年生草本占13%；其次是喬木，占全部物種的28%，其中常綠喬木占9%，落葉喬木占19%；而灌木僅占全部物種的22%。通過這些數據可知，目前礦區土壤品質差，不適宜大多數喬木、灌木的生長，因此篩選抗性強的喬灌木十分必要。

2.3 礦區優勢物種

由表2可知，礦區喬木層中女貞（35.19%）的重要值最高，其次是黃連木、鹽膚木、喜樹，重要值分別是13.27%、8.93%、6.80%；灌木層中重要值最高的為醉魚草（26.91%），其次是苧麻、大葉黃楊、絲蘭，重要值分別是25.56%、17.88%、12.39%；草本層中重要值最高的為芒草（23.43%），其次是鬼針草、一年蓬、艾草，重要值分別是12.85%、12.75%、9.99%。從數值上可以看出女貞、醉魚草、芒草在喬、灌、草各層中占絕對優勢。

表2 礦區物種重要值

續表

2.4 礦區植物群落類型

以各樣地物種的重要值為依據，運用SPSS軟件進行聚類分析（圖4），將有相似植物特征的樣地（S01-S18）分為一類，并以優勢種原則作為劃分群落類型的依據[12]，將礦區植物劃分為若干個群落類型，群落類型命名為優勢喬木種—優勢灌木種—優勢草本種[13]。

4. 樣地聚類結果樹狀圖

由圖4可知:平方Euclidean距離為15時，18個樣地可以分為5類。第1類包括8號、9號、10號、11號、15號、17號、18號樣地，這一類喬木層以喜樹為優勢種，泡桐為亞優勢種；灌木層以苧麻為優勢種，醉魚草為亞優勢種；草本層以芒草為優勢種，艾草、鬼針草為亞優勢種。第2類包括5號、6號、12號、13號樣地，這一類喬木層以女貞為優勢種，黃連木為亞優勢種；灌木層以苧麻為優勢種，繡線菊為亞優勢種；草本層以一年蓬為優勢種，鬼針草為亞優勢種。第3類包括1號、2號、3號、4號、14號樣地，這一類喬木層以女貞為優勢種，鹽膚木為亞優勢種；灌木層以醉魚草為優勢種，大葉黃楊為亞優勢種；草本層以芒草為優勢種，藎草為亞優勢種。第4類僅包括7號樣地，其喬木層以女貞為優勢種，紫葉李為亞優勢種；灌木層僅有山茶這一物種；草本層以一年蓬為優勢種，艾草為亞優勢種。第5類僅包括16號樣地，其喬木層缺少物種；灌木層以醉魚草為優勢種，絲蘭為亞優勢種；草本層以芒草為優勢種，艾草為亞優勢種[14]。

根據上面的分析可得，礦區植物群落可劃分為5種類型:喜樹—苧麻—芒草、女貞—苧麻—一年蓬、女貞—醉魚草—芒草、女貞—山茶—一年蓬、醉魚草—芒草。

2.5 礦區現有植物的生態性與景觀性

通過實地調研可知，礦區目前的植物種類以草本植物為主，且許多樣地的優勢層為草本層。草本植物雖對土壤的覆蓋作用較好，能夠在短時間內形成致密的覆蓋層，對改善礦區土壤環境及阻止水土流失具有一定作用，但草本植物的根系淺、生物量小，且易衰退，較之喬灌木，其改善土壤理化性質，吸收、固定土壤重金屬及保持水土的能力較弱，因此，礦區現有植被產生的生態效益較低。

礦區現有植物大多數生長良好，但植物的種類與層次十分簡單，許多地方僅出現灌木層與草本層，或只有草本層，根據聚類分析，礦區植物群落類型可劃分為5類，但這5類之間的物種差異非常小，植物群落外貌差異小，所以礦區目前的植被景觀比較差。

3 冷水江市銻礦區植物規劃

3.1 規劃原則

（1）適地適樹。選擇對重金屬污染具有耐受性的植物。

(1)改善管理思維，實現政企分離。在國有平臺運營階段，為了更好的實行現代企業管理制度，應該真正的實現政企分離，減少行政的干預，真正讓地方國有平臺公司在承擔社會責任的同時可以獨立自主開展經營活動，政府將治理者角色轉變，僅作為出資人的角色依法享有權利，將國有平臺徹底放給市場，讓國有平臺自主經營、自我發展、自負盈虧同時在經營階段開展自我約束，使企業充實利益最大化的目標，最大限度利用市場資源來優化企業的資源配置，健全國有平臺的法人治理結構，讓政府退居到股東的位置。

（2）保留原有植被。土壤重金屬污染是阻礙礦區植被恢復的一個關鍵因素，而礦區原有植被對土壤重金屬污染已經產生了耐受性，保留這些植被，有利于礦區植被恢復。

（3）鄉土植物輔助種植。鄉土植物對當地氣候環境具有很強的適應性，在一些土壤條件較好的區域，鄉土植物的栽植能加速礦區的植被恢復。

（4）喬灌木為主，結合草本、藤本[15]。喬灌木根系發達，生物量大，對植被恢復效益大，在一些特殊位置如陡坡地、山崖邊等，可栽植草本、藤本覆蓋裸地。

（5）速生樹與慢生樹結合[16]。速生樹具有生長快、適應性強等優點，可作為先鋒樹種對土壤環境進行改良，慢生樹則對后期的綠化更有益。

（6）落葉樹與常綠樹結合。礦區的植物會不同程度地吸收土壤中的重金屬，植物落葉能減輕重金屬對植物體的傷害，滋養土壤，同時常綠樹與落葉樹結合能使植物景觀更豐富。

3.2 規劃樹種選擇

（1）基調樹種。基調樹種主要考慮對礦區環境的耐受性，能在礦區中大量種植，形成一種綠化基調。礦區的優勢喬木有女貞、黃連木、鹽膚木、喜樹；優勢灌木有醉魚草、苧麻、大葉黃楊、絲蘭；優勢草本有芒草、鬼針草、一年蓬、艾草，選擇它們作為礦區植物規劃的基調樹種。

（2）骨干樹種。骨干樹種同樣要考慮其對礦區環境的適宜性，可選礦區中的優勢種及一些抗性強的鄉土樹種，如喬木有女貞、喜樹、黃連木、泡桐、鹽膚木、欒樹、棕櫚等；灌木有醉魚草、絲蘭、苧麻、大葉黃楊、接骨木、石楠等；草本有草木犀、車前草、狗尾草、芒草、藎草等。

（3）一般樹種。為了增加區域的植物物種多樣性，豐富區域植物景觀，一般選擇色葉樹、觀花觀果樹、草本花卉。如銀杏、紫葉李、楓香、椿樹、桂花、香樟等喬木，薔薇、繡線菊、紫薇、木槿、山茶等灌木，鳶尾、石竹、麥冬等草本。

3.3 植物種植規劃

由圖5可知，礦區各冶煉廠沿公路兩旁分布，若以各冶煉廠為中心，則距離冶煉廠越近，土壤污染程度越大。因此，根據土壤的污染程度對礦區進行分區（圖6），包括道路綠化區、生態恢復區、山地林區、居住辦公區，針對不同的區域進行植物規劃。

5. 礦區布局圖

6. 礦區植物規劃分區圖

（1）道路綠化區。公路貫穿整個礦區，是礦區與外部進行聯系的重要交通，也是礦區內部物料運輸的重要道路，該區域污染程度大。針對道路綠化區的植物規劃，植物需要對重金屬污染具有耐受性，能吸收有害氣體，吸附塵埃，減弱噪音，具有植物觀賞價值。

該區域的植物種植模式為:女貞—醉魚草—艾草。常綠喬木女貞花期為夏季，白色花，是常見的綠化樹種；醉魚草花期也是夏季，藍紫色花，花期長，觀賞效果好；艾草繁密，作為植被覆蓋層，這種種植模式可為道路提供良好的植物景觀，同時產生良好的生態效益。女貞、醉魚草、艾草都是礦區的優勢物種，對礦區土壤重金屬污染具有強耐受性，且醉魚草的滯塵能力非常強[17]。

（2）生態恢復區。包括各冶煉廠用地及冶煉廢渣填埋地，土壤質量較差，對植物的要求較高，植物需要對重金屬污染具有強耐受性，能吸收、抵抗有害氣體，能吸附灰塵。

在地勢平坦區域種植模式為:女貞+喜樹—醉魚草+接骨木—藎草；在地勢較陡區域種植模式為:苧麻—葛。生態恢復區更加注重植物的生態效益，所選擇的植物大部分是礦區的優勢樹種，不僅能在礦區生長良好，而且女貞、接骨木對多種有害氣體具有較強抗性，女貞、苧麻對土壤中的重金屬元素具有吸收、富集能力，醉魚草則滯塵能力非常強。

（3）山地林區。相對遠離冶煉廠與公路，土壤基礎較好，是礦區與原始自然林地的過渡區，因此，該區域是增加物種多樣性，促進礦區森林生態系統恢復的重點建設區域，可選擇一些適應性強、抗性好的鄉土植物種植。喬木層有女貞、喜樹、黃連木、泡桐、鹽膚木、欒樹、棕櫚、山槐、構樹、圓柏等；灌木層有醉魚草、絲蘭、苧麻、大葉黃楊、接骨木、石楠、白背葉等；草本層有草木犀、車前草、狗尾草、芒草、藎草、鳳尾蕨等。

女貞、黃連木、鹽膚木、喜樹是礦區的優勢物種，能在礦區生長良好，對礦區的土壤重金屬污染具有耐受性，而泡桐、欒樹、棕櫚等作為當地的鄉土樹種，抗污染能力也比較強，將它們混交種植有利于礦區森林生態系統的恢復。醉魚草、苧麻、大葉黃楊作為礦區的優勢灌木，對礦區土壤污染具有耐受性，而接骨木、白背葉等是當地的鄉土植物，對當地氣候適應性強，且在土壤質量相對較好的山地林區也能生長。草本層同樣選擇礦區優勢草本與當地的草本植物結合種植，這樣能加速礦區植被恢復。

（4）居住辦公區。人口較為集中，對植物觀賞性要求高。因此選用一些觀賞價值高的喬木種植，上層喬木種植銀杏、紫葉李、楓香、桂花等，下層配植山茶、紫薇、木槿等花灌木，地被層選麥冬、馬尼拉草等覆蓋地表。在一些重要節點處，采用大量的草本花卉以花壇的形式展現植物景觀。

居住辦公區是一個對植物景觀要求較高的地方，要求植物季相豐富。紫葉李作為一種可觀葉、觀花、觀果的植物，其葉子在整個生長季都為紫色，春季繁花盛開，夏季果實累累，有明顯的季相變化；紫薇、木槿都是夏季開花植物，為夏季酷暑增添顏色；銀杏、楓香是觀賞價值極高的秋色葉樹，桂花在秋季開花，芳香四溢；山茶則在冬末春初開放。居住辦公區配植這些植物，可使該區域全年有景可觀。

4 結語

目前，我國正在積極推進生態文明建設，對礦區進行生態治理刻不容緩，而植被恢復是礦區生態治理的核心內容。經對冷水江市銻礦區植被調查發現，礦區植物種類以草本植物為主，其中又以菊科、禾本科、豆科植物居多，結果說明:（1）礦區目前的土壤質量差；（2）菊科、禾本科、豆科的植物生態適應性強，是礦區植被恢復的先鋒植物，這與占幼鴻[18]、王娜[19]等學者的研究結果相符。

通過對物種重要值的研究分析得到礦區喬、灌、草各層的優勢植物，運用聚類分析法分析得出礦區植物群落類型，基于以上結論對礦區進行植物規劃，不同區域提出不同的植物種植模式，這些研究結果為冷水江市銻礦區植被恢復工作提供了重要參考，也為其他礦區的植被恢復提供借鑒。

值得注意的是，不同的礦區由于開采年限不同或開采礦種不同，所以造成的生態問題與破壞程度會存在差異，因此在對其他礦區進行植被恢復時，還需根據礦區的實際情況來選擇植物種類、制定植物種植模式。另外，礦區植被恢復是一個復雜的過程，涉及多個學科專業，植物物種選擇與植物規劃雖是礦區植物恢復非常關鍵的一點，但對于礦區這樣一個大多數情況下存在土壤污染的場地，土壤基質的改良也很重要，能使礦區植被恢復得更快、更好。未來研究可從植物物種選擇、植物規劃、礦區土壤基質改良3個方面開展，這對促進礦區植被恢復具有極大的意義。