基于生態學原理的多層次植物配置設計在景觀生態恢復中的應用

摘 要 陜西省豐富的礦產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，由于關停后未做好生態修復或風險管控等措施，礦洞和山區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。而多層次植物配置設計作為一種高效的景觀生態恢復措施，是改善礦山污染的重要方式之一。為給類似地區治理生態環境污染提供參考，以陜西省西安市鄠邑區黃柏峪礦山為例，闡述植物多層次配置的定義、生態學原理在多層次植物配置設計中的具體應用及多層次植物配置設計的具體步驟，從防風種植處理、斜面種植處理等方面分析多層次植物配置設計在景觀生態恢復中的應用策略。

關鍵詞 多層次植物配置設計；景觀生態恢復；生態學原理；陜西省西安市鄠邑區黃柏峪礦山

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，陜西省有關部門嚴格落實《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃（2021—2035年）》《陜西省“十四五”生態環境保護規劃》《陜西省生態環境標準體系建設指南（2021—2023年）》等文件精神，基于生態學原理，應用以多層次植物配置設計為代表的景觀生態恢復技術，有效改善地區自然環境。而陜西省西安市鄠邑區黃柏峪礦山則是其中的優秀代表，自2020年底開始修復后，該礦山產生的效益包括實施區域人居環境改善惠及0.77萬人，增加礦區植被覆蓋率不低于34%，水土流失面積減少率不低于33%，復墾后土地利用率不低于21%。因此，對黃柏峪礦山先進經驗進行分析、探索，具有重要的現實意義。

1 植物多層次配置

1.1 定義

植物多層次配置設計由英國造園家B.Clauston提出，是一種基于生態學原理的現代景觀恢復理念。該理念旨在增強、模擬自然生態系統的復雜性與多樣性，將不同功能、不同習性、不同高度的物種，圍繞環境建設的實際需求結合在一起，從而構建具備觀賞價值與高度生態可持續性的景觀。需要重視的是，在進行植物多層次配置設計的過程中，必須遵守生態學原則（如生態群落組織、生態位差異、物種適應性），從而確保其兼具社會價值、經濟價值與生態價值。

1.2 生態學原理的具體應用

在進行多層次植物配置設計時，生態學原理的運用方式如下。1）生態修復。以生態學原理為依據，利用植物的生物學特性進行生態修復。例如，鳳眼蓮、蘆葦、蓮、浮萍、水燭等水生植物，具有凈化水質的作用，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能力強、固土效果優異的優勢，故多用于水土流失嚴重的區域。2）層次結構。在配置植物時，應嚴格遵循生態學基本原理中的物種多樣性原理，充分考慮物種的生態位特征，合理選配植物種類，避免種間直接競爭，形成結構合理、功能健全、種群穩定的復層人工植物群落結構。3）物種多樣性。生態學原理認為，不同的物種在生態系統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鏈條，才能確保林木的生長態勢，保護物種多樣性。

1.3 多層次植物配置設計的具體步驟

1）派遣技術人員進行現場調查，收集水文、氣候、土壤等基礎數據，調查設計區域的環境基線值。2）明確設計目標如生物多樣保護、美學提升、生態恢復等，這與植物的配置與選擇密切相關。3）以現場調查數據與生態學原理為依據，挑選與實際需求契合的植物種類。此外，注意植物之間應為互利共生的關系。4）對植物的空間分布、層次結構進行規劃，設計出與生態原則相契合的植物配置方案。5）執行植物配置方案，并進行后期的維護與管理，保持植物群落的持久和穩定。

2 研究區域概況

黃柏峪礦山位于西安市鄠邑區黃柏峪溝內，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年降水量650～800 mm，四季分明。該礦山距西安市區40 km左右，距鄠邑區城區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。作業平臺整體地勢平緩，坡度小于15%；由于多年的采礦活動，礦區環境受到嚴重破壞。山體覆蓋的植被被嚴重剝離，處于裸露狀態，出現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。養分含量整體較低，缺乏有機質，土壤肥力不足，速效養分含量不高，影響植物生長及抗病蟲害能力。礦區植被以灌叢、白羊草草叢與農田植被為主，其占地面積分別為67.13 hm2、106.91 hm2、191.26 hm2，占礦區總面積的86.80%。由此可見，當地植物配置單一，無法滿足生物多樣性的需求。作業主要目的為保護當地生態，其次為提升美觀性。為達到這一目的，應嚴格遵循生態學原理，采用多層次植物配置設計，主要采用兩種種植防治方法，即防風種植處理與斜面種植處理。

3 基于生態學原理的多層次植物配置設計在景觀生態恢復中的應用策略

3.1 防風種植處理

黃柏峪礦山位于山區，由于狹管效應，東北風、西北風風力較大，不但會污染自然環境，影響作物生長，還會損害周圍居民的呼吸道系統，誘發高血壓、冠心病、克山病和風濕病等疾病。因此，應從生態學原理出發，選擇具有防風效果、適應當地氣候條件、土壤狀況的植物，在礦山東北面、西北面開辟防風帶，減少沙塵的侵蝕，保護生態環境。1）榆樹。喜光照，耐鹽堿，耐干旱，根系發達，具有良好的固土能力，其掉落物含有豐富的營養成分，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、側根發達，對Zn、Cu、Cr富集能力強。

3.2 斜面種植處理

礦區開采面多為斜坡面，極為陡峭，如遇刮風下雨，極易滑坡。因此，在斜面種植植物是景觀恢復的必要工程。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。根據現狀地形差異，宜采用不同復綠技術及植物配比。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性，根據不同植被適應性確定應用比例及種植區塊。針對不同修復類型，選擇不同的植物進行修復。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。根據生態學原理，黃柏峪礦山所用植物大多為鄉土植物，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。抗逆性強，耐旱，耐鹽堿，水土保持能力強，根系發達，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，根系發達，固土能力強。2）黃刺玫。耐鹽堿，耐旱，耐陰，根系發達，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，對環境有較好的適應性，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，側根發達，對Cu的富集能力強。2）栓皮櫟。耐旱，耐低溫，根系發達。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）側柏。對土壤、氣候要求不高，對HCl、Cl2、SO2等氣體有較強抗性，修復Pb、Cu、Zn等污染的能力較強。5）樟樹。耐陰，抗煙塵，抗有毒氣體，但在貧瘠地區生長緩慢，因此極少用于黃柏峪礦山。

4 養護管理

4.1 水分管理

黃柏峪礦山開發始于20世紀80年代，在開發過程中，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，導致含水層漏水、水位下降。2019年，由陜西恒瑞測控系統有限公司進行檢測，含水量僅為12%～14%，難以滿足植被生長需求。因此，在景觀恢復工程中，使用噴灑器或灌溉系統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。或者用塑料紗網制成直徑8 cm、長50 cm的網袋，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左右將網袋抽出重新吸水，再放回原處。在恢復2～3年后，植被生長穩定，一般無須進行太多的水分養護，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構和化學性質，導致土壤養分流失。據調查得知，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分[3]。為迅速形成植被覆蓋，人工施肥成了恢復初期必需的環節[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]復合肥。當植被恢復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，實現礦區的自循環，減少人工養分管理[6]。

5 結語

在環保理念不斷深入的當下，在恢復景觀生態的過程中，有關部門應嚴格秉持生態學原則，采用植物多層次的設計理念，選擇與當地氣候、土壤條件契合的樹木，提高地區的生態效益與社會效益，從而為“兩山”理論的落實做出一定的貢獻。

參考文獻：

[1] 李靜.植物多層次配置設計在景觀生態恢復中的應用：以豫南地區為例[J].分子植物育種，2024，22（4）：1299-1305.

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

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

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

[6] 丁鄉情.植物多樣性在園林景觀生態恢復中的應用[J].中國林業產業，2023（10）：116-117.

（責任編輯：張春雨）