3種客土方式對朝陽鐵礦破損山體植被恢復效果的影響

李 歡

(遼寧省生態(tài)實驗林場，遼寧 朝陽 122000)

礦產(chǎn)資源開發(fā)是對環(huán)境破壞嚴重的人類活動之一，礦業(yè)開采過程中的矸石山、尾礦庫、露天采場、排土場、采空區(qū)及因有害金屬污染而失去經(jīng)濟利用價值的土地，其生態(tài)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生了急劇退化。作為一種極度退化的生態(tài)系統(tǒng)，破壞地上原有生態(tài)系統(tǒng)的植被因生態(tài)環(huán)境的劇變而退化與消失，水土流失十分嚴重，對周圍的生態(tài)環(huán)境有著極大的負作用，嚴重影響著社會與經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展，因此礦業(yè)破壞地的研究長期以來一直是恢復生態(tài)學的研究重點[1-3]。解決礦業(yè)破壞地的問題迫在眉睫，礦山破壞的植被自然恢復慢，應采取人工措施，加快步伐，以改善礦業(yè)破壞地的生態(tài)環(huán)境[4]。礦業(yè)破壞地的復墾與生態(tài)重建是我國當前生態(tài)環(huán)境保護所面臨的緊迫任務，也是我國礦業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略優(yōu)先關注的問題之一[2-4]。因此，本研究以朝陽市礦山破損山體為研究對象，通過采用整體客土、穴狀客土以及掛網(wǎng)客土噴播3種恢復模式，對其治理效果進行了研究，以期為礦山破損山體恢復提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究區(qū)域為遼寧省朝陽市，由西北向東南逐漸傾斜，海拔高度在400～1 200 m[5]。植被稀少，久經(jīng)沖刷切割，溝壑縱橫，地形支離破碎，是以山地丘陵為主的地貌類型[5]。土壤類型是褐土、棕壤[5]。該區(qū)位于華北植物區(qū)系的北緣，油松是本區(qū)的代表樹種，與蒙古櫟、遼東櫟等組成該區(qū)的地帶性植被[6]。氣候類型屬遼西山地丘陵暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，年均降水量500 mm左右[5-6]。春秋兩季干旱少雨，夏季炎熱，雨水集中，6-8月份降水量占全年降水量的68%～74%，冬季寒冷，降水稀少[6]。年均氣溫10 ℃左右，冬季平均氣溫在-11.2～6.1 ℃，夏季平均氣溫在21～24.3 ℃[5]。年平均日照時數(shù)2 850～2 950 h。無霜期為142～190 d[6]。

3個試驗地均在2015年治理完成。試驗地1設在凌源市紅山街道廟東村牛圈子溝東坡鐵礦坑，面積2.95 hm2，其特點是巖石堅硬、裸露，陡峭斜坡、坡度70°以上，需爆破等措施降坡；采用的治理模式為整體客土。試驗地2位于凌源市萬元店鎮(zhèn)大杖子村牛圈子溝鐵礦，面積4.67 hm2，其特點是地勢比較平緩，有少量的土；采用的治理模式為穴狀客土。試驗地3位于喀左縣草場鄉(xiāng)夠門村鐵礦坑，面積1.6 hm2，其特點為臺階式陡峭斜坡，降坡難度大，爆破等方式后仍有陡坡；采取的治理模式為掛網(wǎng)客土噴播。

1.2 治理措施

試驗地1通過降坡后碎石回填，機械整平形成階梯型梯田，整體客土0.5 m，機械整地，規(guī)格0.8 m×0.8 m×0.5 m。樹種選擇油松、山杏、側(cè)柏、沙棘、火炬樹以及地錦。栽植方式：平臺上油松、側(cè)柏分別與沙棘、山杏行間混交，坡面上沙棘、地錦混交，作業(yè)道邊栽植火炬樹。苗木規(guī)格：1級苗木。油松3年生營養(yǎng)杯苗，山杏2年生苗，側(cè)柏3年生營養(yǎng)杯苗，沙棘2年生扦插苗，火炬樹5年生大苗，地錦2年生苗。

試驗地2通過將碎石、尾礦砂等廢棄物整平后，機械挖種植穴，規(guī)格不小于1 m3，穴底鋪膜防止失水、表面覆膜保水保墑。客土方式：整平后地勢比較平緩，加之還有少量的土，故采用穴狀客土方式，種植穴內(nèi)全部客土(種植穴≥0.5 m3)，穴間客土厚度≥0.2 m。樹種選擇：平臺植側(cè)柏、火炬樹苗，緩斜坡植沙棘苗。苗木規(guī)格：1級苗木。側(cè)柏3年生營養(yǎng)杯苗，火炬樹5年生大苗，沙棘2年生扦插苗。

試驗地3采用掛網(wǎng)客土噴播式進行植被恢復[7]。客土方式：平臺整體客土，厚度≥0.4 m，斜坡采用噴播、植苗相結(jié)合，緩斜坡整體客土，厚度≥0.3 m，陡坡掛網(wǎng)噴泥漿，厚度≥0.15 m，噴播種子與泥漿混合，泥漿中含生物膠，提高泥漿粘度[7]。樹種選擇側(cè)柏、火炬樹、紫穗槐；噴播種子選擇紫穗槐、刺槐、榆樹和草籽。苗木規(guī)格：1級苗。側(cè)柏3年生營養(yǎng)杯苗，火炬樹5年生大苗，紫穗槐地徑0.6 cm以上。掛網(wǎng)措施：2 mm的鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格6 cm×6 cm，固定立樁和鐵絲網(wǎng)，緊貼坡面。為了更好地達到預期植被恢復效果，噴播區(qū)域外造林結(jié)束后667 m2播撒草籽1 kg。

1.3 研究方法

通過采用客土模式進行礦山生態(tài)植被恢復，治理完成后，于2018年9月至2019年10月進行數(shù)據(jù)調(diào)查，每塊試驗地隨機選取10塊標準地，標準地面積為667 m2。調(diào)查內(nèi)容包括樹木保存率、生長狀況及植物多樣性(樹種多樣性、草本蓋度等)等[7]。草本蓋度在標準地內(nèi)沿對角線每隔2 m設置1個0.5 m×0.5 m樣方，調(diào)查每個樣方的草本蓋度，調(diào)查后取平均值[8]。

樹種多樣性采用Shannon-Wiener指數(shù)H比較治理前后變化[3]。Shannon-Wiener指數(shù)：

式中：r為樹種數(shù)目；Pi為某樹種的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和DPS v7.55對試驗數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 整體客土方式

通過對試驗地采用整體客土方式治理效果表明(表1)，栽植樹種保存率沙棘>油松>側(cè)柏>山杏>地錦>火炬樹，沙棘最優(yōu)，其次為油松、側(cè)柏、山杏、地錦，火炬樹保存率最低。6種樹種栽植4年后生長良好，沙棘平均樹高1.8 m，平均地徑2.6 cm，平均冠幅1.5 m；油松平均樹高1.7 m，平均地徑5.1 cm；平均冠幅1.7 m；側(cè)柏平均樹高2.5 m，平均地徑5.1 cm，平均冠幅1.3 m；山杏平均樹高1.4 m，平均地徑2.2 cm，平均冠幅0.8 m；地錦平均長度3.1 m。

表1 樹種生長情況

治理前由于破壞嚴重，自然條件惡劣，樹種多樣性和草本蓋度均為0，通過整體客土治理措施后，效果顯著，加之圍欄封育，蒿類、鬼針草、禾本科草類均能自然生長且長勢迅速，群落樹種多樣性和天然生長的草本蓋度分別為1.82、95%。

2.2 穴狀客土方式

通過對試驗地穴狀客土方式效果分析得出(表2)，栽植樹種保存率側(cè)柏>沙棘>火炬樹，側(cè)柏、沙棘保存率均在90%以上，火炬樹保存率較低。側(cè)柏平均樹高1.6 m，平均地徑2.6 cm，冠幅0.8 m；沙棘平均樹高2.5 m，平均地徑4.1 cm，平均冠幅2.1 m；火炬樹平均樹高2.6 m，平均地徑4.9 cm，平均冠幅1.6 m。沙棘不僅可以改善坡面立地條件，有效地防止水土流失，同時可以采收沙棘果實，也可作為非豆科固氮樹種，對增加肥力有顯著效果。

表2 樹種生長情況

治理前樹種無法生長，僅平緩且有少量土的區(qū)域，有少量草本植物分布；治理后群落樹種多樣性和草本蓋度明顯增加，分別為1.03、55%。

2.3 掛網(wǎng)客土噴播方式

由表3可知，栽植樹種保存率側(cè)柏最高，火炬樹次之，紫穗槐最低。側(cè)柏平均樹高1.5 m，平均胸徑2.6 cm，平均冠幅0.6 m；火炬樹平均樹高2.2 m，平均地徑3.2 cm，冠幅0.8 m；紫穗槐平均樹高1.3 m。

表3 植苗樹種生長情況

播種樹種刺槐平均樹高2.9 m，平均胸徑3.1 cm，平均冠幅1.0 m；榆樹平均樹高2.1 m，平均胸徑2.1 cm，平均冠幅0.6 m；紫穗槐平均樹高1.1 m，每年都進行平茬。

由表4可知，治理前由于破壞嚴重，樹種無法生長，僅平緩且有少量土的區(qū)域有少量草本植物分布；治理后樹種多樣性和草本蓋度顯著增加，平均值分別為1.20和83.67%。

表4 樹種多樣性和草本蓋度對比情況

3 結(jié) 論

通過對試驗地整體客土方式效果分析得出，各樹種保存率達到72%以上，且長勢良好；樹種多樣性和草本蓋度顯著增加，分別達到1.82和95%，為更好地保持水土，營建良好的生態(tài)環(huán)境提供了有利的保障。

穴狀客土方式可有效提高造林成活率和保存率，各樹種保存率達到73%以上，且長勢良好；同時治理后樹種多樣性和草本蓋度顯著增加，分別達到1.03、55%。

通過對試驗地掛網(wǎng)客土噴播方式效果分析得出，植苗樹種和播種樹種3年后生長情況良好，生長量均顯著增加，特別是播種樹種(刺槐、榆樹)生長迅速，長勢良好，各樹種保存率達到77%以上。治理后樹種多樣性、草本蓋度顯著增加，樹種多樣性和草本蓋度平均值分別為1.20和83.67%；蒿類、胡枝子、鬼針草、禾本科草類均生長良好，繁衍迅速。

綜上所述，3種客土方式均達到了礦山破損山體治理的效果。整體客土方式優(yōu)于其它2種方式。但對于破損山體邊坡坡度非常大，降坡困難等情況，推薦使用掛網(wǎng)客土噴播方式；地勢比較平緩，有少量土的破損山體推薦使用穴狀客土方式。