石礦跡地植被恢復(fù)植物的生態(tài)恢復(fù)效果研究

石礦跡地植被恢復(fù)植物的生態(tài)恢復(fù)效果研究

采礦對現(xiàn)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(tài)環(huán)境（海子龍，2004）。植被的破壞會影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而誘發(fā)多種環(huán)境問題。中國有大量礦山廢棄地的環(huán)境問題亟待解決,由于礦山環(huán)境惡劣,表層土壤欠缺且貧瘠,無法提供植被生長的環(huán)境。僅靠自然修復(fù)在數(shù)十年內(nèi)是無法恢復(fù)到原有植被覆蓋度的,礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)治理正逐漸受到重視。因此,有必要采用人工修復(fù)來加快毀損礦山的生態(tài)恢復(fù)(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(fù)中的難題(陳兵等,2009;韋月越等,2016)。已有研究從生態(tài)演替理論上提出人工輔助手段促進植被在短期內(nèi)恢復(fù)(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(zhì),增加土壤中的有機質(zhì),改良土壤酶活性(莊凱,2009)。礦區(qū)植被恢復(fù)宜選擇抗逆性好,耐貧瘠,適應(yīng)性好,成活率高的物種來進行生態(tài)恢復(fù),綜合植被恢復(fù)一般包括喬木、灌木、草本植物(張偉華等,2000)。本研究結(jié)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(tài)和對土壤特性的改變上作了研究,為石礦跡地植被恢復(fù)的綜合治理提供指導(dǎo)。1結(jié)果與分析1.1種灌木種植對土壤理化性質(zhì)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(fù)過程中土壤易受雨水沖刷,因而種植灌木是礦區(qū)緩坡生態(tài)恢復(fù)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(fā)現(xiàn)灌木生長三年后紫穗槐的長勢最為茂盛,火炬樹、刺柏、側(cè)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(fā)現(xiàn),恢復(fù)三年后5種灌木的株高、徑粗、冠幅均有明顯增大?；鹁鏄涞闹旮咴鲩L了1.05m,增至2m以上,刺柏、側(cè)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?；鹁鏄涞墓诜畲?增至1m對5種灌木種植1年和3年后的土壤理化性質(zhì)進行測定發(fā)現(xiàn),5種灌木的生長普遍會降低土壤的電導(dǎo)率,降幅最大的為沙棘(47.3%),火炬樹對土壤電導(dǎo)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(cè)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(zhì)的含量,其中沙棘植區(qū)的有機質(zhì)含量增加最為明顯,側(cè)柏、側(cè)柏由于枯枝落葉較少,其土壤有機質(zhì)增量相對較少。各灌木種植區(qū)土壤中堿解氮的增量明顯,側(cè)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(qū)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(fā)現(xiàn),蔗糖酶、過氧化氫酶和脲酶是與土壤養(yǎng)分息息相關(guān)的指標(表3)。沙棘種植區(qū)土壤的過氧化氫酶活性、蔗糖酶活性和脲酶活性均最大。側(cè)柏和紫穗槐種植區(qū)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(qū)的土壤蔗糖酶增量較大,紫穗槐和側(cè)柏的增量較小。側(cè)柏種植區(qū)土壤脲酶的增量最大,其次是沙棘,但刺柏種植區(qū)土壤脲酶未發(fā)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(zhì)含量的影響草本植物因其成活率高、種植和養(yǎng)護簡單而成為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)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(dǎo)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(qū)的有機質(zhì)含量增加最為明顯;花苜蓿和沙打旺種植區(qū)土壤中堿解氮的含量提高明顯,且各草本植物種植區(qū)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(zhì)邊坡是采石場廢棄地生態(tài)恢復(fù)最難治理區(qū)域,立地條件惡劣,邊坡覆土綠化和客土噴播法均難以實現(xiàn)(戴娜,2014)。而在裸露巖質(zhì)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(xiàn)高陡巖質(zhì)邊坡綠化?，F(xiàn)場對高陡巖質(zhì)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(dǎo)率明顯降低;pH有輕微降低作用;有機質(zhì)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(jié)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(tài)及對土壤的改善作用作了研究。得出以下結(jié)論:沙棘、刺柏、側(cè)柏、紫穗槐、火炬樹5種灌木植物在礦區(qū)長勢良好?；謴?fù)三年后,5種灌木的株高、徑粗、冠幅均有明顯增大?；鹁鏄涞闹旮咴鲋?m以上,刺柏、側(cè)柏和紫穗槐株高增至1.7m左右,沙棘的增長較為緩慢?；鹁鏄涞墓诜畲?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(zhì)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(nèi)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(fù)綠的有效方式。各種植物的生長都對種植區(qū)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(fù)方式的研究,為礦山廢棄地生態(tài)重建中植被的綜合治理提供了實踐依據(jù)。3材料和方法3.1生態(tài)修復(fù)及綠化改造試驗區(qū)位于河北省灤縣榛子鎮(zhèn)椅子山采石場,礦山開采活動嚴重毀損了礦區(qū)的植被、地貌,遺留下大量高陡巖質(zhì)邊坡、緩坡及碎石平臺。2014年對該礦區(qū)進行了生態(tài)修復(fù),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(cè)柏、紫穗槐、火炬樹等灌木及作為植被恢復(fù)優(yōu)選物種種植。高陡巖質(zhì)邊坡通過削坡產(chǎn)生平臺和修筑飄臺實現(xiàn)存土空間,并種植藤類植物爬山虎進行高陡巖質(zhì)邊坡的綠化。經(jīng)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(yǎng)分、土壤有機質(zhì)、多度和蓋度測定于2015年7月和2017年7月分別對植被恢復(fù)一年和三年后各植物種植區(qū)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(dǎo)儀測土壤電導(dǎo)率,有機質(zhì)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(nóng)業(yè)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(guān)松蔭,1986,中國農(nóng)業(yè)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,