石礦跡地植被恢復植物的生態恢復效果研究

采礦對現有土地的嚴重破壞，嚴重破壞礦山植被，形成大量裸露的山脈，不利于生態環境（海子龍，2004）。植被的破壞會影響生態系統的穩定性,從而誘發多種環境問題。中國有大量礦山廢棄地的環境問題亟待解決,由于礦山環境惡劣,表層土壤欠缺且貧瘠,無法提供植被生長的環境。僅靠自然修復在數十年內是無法恢復到原有植被覆蓋度的,礦區的生態修復治理正逐漸受到重視。因此,有必要采用人工修復來加快毀損礦山的生態恢復(白順江,2006)。采石場因其植被破壞嚴重,缺乏土壤及水土流失嚴重而成為礦山植被恢復中的難題(陳兵等,2009;韋月越等,2016)。已有研究從生態演替理論上提出人工輔助手段促進植被在短期內恢復(陳波和包志毅,2003)。石礦跡地可采用植物種植方式來改良土壤理化性質,增加土壤中的有機質,改良土壤酶活性(莊凱,2009)。礦區植被恢復宜選擇抗逆性好,耐貧瘠,適應性好,成活率高的物種來進行生態恢復,綜合植被恢復一般包括喬木、灌木、草本植物(張偉華等,2000)。本研究結合唐山灤縣椅子山采石場廢棄地的治理對5種灌木和6種草本植物在石礦跡地的生長狀態和對土壤特性的改變上作了研究,為石礦跡地植被恢復的綜合治理提供指導。1結果與分析1.1種灌木種植對土壤理化性質的影響采石場廢棄地遺留大量巖石邊坡和碎石堆放形成的邊坡,邊坡植被恢復過程中土壤易受雨水沖刷,因而種植灌木是礦區緩坡生態恢復的重要途徑。綠化邊坡的同時還能保持水土,減少雨水沖刷。分別于種植一年和三年后對覆土邊坡上種植的五種灌木進行觀測,發現灌木生長三年后紫穗槐的長勢最為茂盛,火炬樹、刺柏、側柏的生長量也較為明顯,沙棘的株高雖最小,但其長勢和覆蓋度也較為理想。各灌木生長指標和植被覆蓋度達到理想水平。對5種灌木生長1年和3年后的株高、徑粗、冠幅等生長指標進行測定發現,恢復三年后5種灌木的株高、徑粗、冠幅均有明顯增大。火炬樹的株高增長了1.05m,增至2m以上,刺柏、側柏和紫穗槐株高增至1.7m左右,沙棘的株高增至0.6m,徑粗增長較為緩慢。火炬樹的冠幅最大,增至1m對5種灌木種植1年和3年后的土壤理化性質進行測定發現,5種灌木的生長普遍會降低土壤的電導率,降幅最大的為沙棘(47.3%),火炬樹對土壤電導率的降低作用不明顯。5種灌木的生長使土壤pH值普遍下降,降幅大的是側柏,沙棘和紫穗槐對土壤pH值的降低作用相對較小。5種灌木的生長普遍增大了土壤有機質的含量,其中沙棘植區的有機質含量增加最為明顯,側柏、側柏由于枯枝落葉較少,其土壤有機質增量相對較少。各灌木種植區土壤中堿解氮的增量明顯,側柏增量最大,為16.62mg/kg,紫穗槐的增量相對較少,為7.77mg/kg(表2)。各灌木種植區土壤速效磷含量也有明顯提升但相差不大,增量均在6~9mg/kg之間。對5種灌木種植1年和3年后土壤酶進行測定發現,蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶是與土壤養分息息相關的指標(表3)。沙棘種植區土壤的過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性和脲酶活性均最大。側柏和紫穗槐種植區土壤過氧化氫酶活性增加明顯,刺柏和火炬樹的種植對土壤過氧化氫酶活性改善作用不大。火炬樹、沙棘、刺柏種植區的土壤蔗糖酶增量較大,紫穗槐和側柏的增量較小。側柏種植區土壤脲酶的增量最大,其次是沙棘,但刺柏種植區土壤脲酶未發生明顯變化。5種植物的種植對土壤的酶活性影響存在差異,且對土壤中酶活性普遍有增大的趨勢。1.2不同品種草地覆蓋度對土壤有機質含量的影響草本植物因其成活率高、種植和養護簡單而成為礦區生態修復中必不可少的成分(周瓊等,2011)。種植初期草本植物處于幼苗階段,株高、徑粗等指標都不明顯,未進行測定。主要對種植三年后的草本植物的覆蓋度進行觀測,其6種草本的覆蓋度高達90%。五芒雀麥和萱草的株高均達到40cm,其他4種植物株高均達到60cm。通過對各草本植物改良土壤程度的比較得出:紫花苜蓿的種植使土壤電導率大幅下降;艾草和沙打旺使土壤pH值大幅下降;沙打旺和狼尾草種植區的有機質含量增加最為明顯;花苜蓿和沙打旺種植區土壤中堿解氮的含量提高明顯,且各草本植物種植區土壤酶的活性也有明顯提高。1.3坡面土的生長指標高陡裸露的巖質邊坡是采石場廢棄地生態恢復最難治理區域,立地條件惡劣,邊坡覆土綠化和客土噴播法均難以實現(戴娜,2014)。而在裸露巖質邊坡上修筑飄臺在邊坡上營造一個可存放土壤的空間,利用爬藤植物實現高陡巖質邊坡綠化。現場對高陡巖質邊坡的飄臺覆土種植爬山虎,爬山虎通過吸盤吸附巖壁生長從而快速綠化巖壁。對飄臺和平臺種植的爬山虎的生長指標和土壤特性測定(表4)。爬山虎生長一年后株高為1.094m,但三年后株高增至6.783m,可見爬山虎的生長速度很快,三年能完成6m以上高度范圍的覆蓋。徑粗由5.18mm增至11.06mm,葉綠素沒有明顯的變化,葉面積比生長初期有明顯的增大。種植3年爬山虎土壤電導率明顯降低;pH有輕微降低作用;有機質大幅增加,由1.52g/kg增至8.51g/kg;堿解氮和速效磷也有明顯增大,堿解氮增加了5.68mg/kg,速效磷增大了2.89mg/kg。蔗糖酶、過氧化氫酶增長明顯蔗糖酶增幅為142%,過氧化氫酶酶增幅為71.2%,脲酶活性變化不大,增幅為16.9%。2種植物種植量高、株高、冠幅和生物量對土壤特性的影響結合唐山灤縣椅子山石礦跡3種立地條件下灌木、草本、藤本植物的綜合治理情況,對各植物在石礦跡地的生長狀態及對土壤的改善作用作了研究。得出以下結論:沙棘、刺柏、側柏、紫穗槐、火炬樹5種灌木植物在礦區長勢良好。恢復三年后,5種灌木的株高、徑粗、冠幅均有明顯增大。火炬樹的株高增至2m以上,刺柏、側柏和紫穗槐株高增至1.7m左右,沙棘的增長較為緩慢。火炬樹的冠幅最大,增至1m平臺覆土種植的草本植物均長勢良好,6種草本植物覆蓋度高達90%。五芒雀麥和萱草的株高均達到40cm,其余四種植物株高均達到60cm。爬山虎作為高陡裸露巖質邊坡快速綠化的重要藤類植物,在巖壁飄臺和平臺上生長迅速,三年內生長長度超過6m,能基本覆蓋裸露巖體。因此在高陡巖壁上建造飄臺,并種植攀爬類植物是巖壁快速復綠的有效方式。各種植物的生長都對種植區土壤特性有明顯改善作用。通過對石礦跡地3種立地條件下采用的不同的植被恢復方式的研究,為礦山廢棄地生態重建中植被的綜合治理提供了實踐依據。3材料和方法3.1生態修復及綠化改造試驗區位于河北省灤縣榛子鎮椅子山采石場,礦山開采活動嚴重毀損了礦區的植被、地貌,遺留下大量高陡巖質邊坡、緩坡及碎石平臺。2014年對該礦區進行了生態修復,對廢棄平臺進行平整覆土,種植了沙打旺、紫花苜蓿、狼尾草、無芒雀麥、萱草、艾草等草本植物。緩坡也進行覆土,并選擇耐性較好的沙棘、刺柏、側柏、紫穗槐、火炬樹等灌木及作為植被恢復優選物種種植。高陡巖質邊坡通過削坡產生平臺和修筑飄臺實現存土空間,并種植藤類植物爬山虎進行高陡巖質邊坡的綠化。經過三年的生長各類植物長勢良好,取得了良好的綠化效果。3.2土壤養分、土壤有機質、多度和蓋度測定于2015年7月和2017年7月分別對植被恢復一年和三年后各植物種植區土壤進行取樣分析,對十種草本植物種植地塊分別進行取土分析。用PHSJ-3F實驗室pH計測土壤的pH,DDS-307A電導儀測土壤電導率,有機質采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法,堿解氮采用堿解擴散法,速效磷采用碳酸氫鈉浸提法(鮑士旦,2000,中國農業出版社,pp.39-110)。過氧化氫酶采用容量法測定、脲酶采用比色法測定(關松蔭,1986,中國農業出版社,pp.260-361)。對灌木生長一年和生長三年后的株高和冠幅用皮尺測定,徑粗用游標卡尺測,