石矿迹地植被恢复植物的生态恢复效果研究

石矿迹地植被恢复植物的生态恢复效果研究

采矿对现有土地的严重破坏，严重破坏矿山植被，形成大量裸露的山脉，不利于生态环境（海子龙，2004）。植被的破坏会影响生态系统的稳定性,从而诱发多种环境问题。中国有大量矿山废弃地的环境问题亟待解决,由于矿山环境恶劣,表层土壤欠缺且贫瘠,无法提供植被生长的环境。仅靠自然修复在数十年内是无法恢复到原有植被覆盖度的,矿区的生态修复治理正逐渐受到重视。因此,有必要采用人工修复来加快毁损矿山的生态恢复(白顺江,2006)。采石场因其植被破坏严重,缺乏土壤及水土流失严重而成为矿山植被恢复中的难题(陈兵等,2009;韦月越等,2016)。已有研究从生态演替理论上提出人工辅助手段促进植被在短期内恢复(陈波和包志毅,2003)。石矿迹地可采用植物种植方式来改良土壤理化性质,增加土壤中的有机质,改良土壤酶活性(庄凯,2009)。矿区植被恢复宜选择抗逆性好,耐贫瘠,适应性好,成活率高的物种来进行生态恢复,综合植被恢复一般包括乔木、灌木、草本植物(张伟华等,2000)。本研究结合唐山滦县椅子山采石场废弃地的治理对5种灌木和6种草本植物在石矿迹地的生长状态和对土壤特性的改变上作了研究,为石矿迹地植被恢复的综合治理提供指导。1结果与分析1.1种灌木种植对土壤理化性质的影响采石场废弃地遗留大量岩石边坡和碎石堆放形成的边坡,边坡植被恢复过程中土壤易受雨水冲刷,因而种植灌木是矿区缓坡生态恢复的重要途径。绿化边坡的同时还能保持水土,减少雨水冲刷。分别于种植一年和三年后对覆土边坡上种植的五种灌木进行观测,发现灌木生长三年后紫穗槐的长势最为茂盛,火炬树、刺柏、侧柏的生长量也较为明显,沙棘的株高虽最小,但其长势和覆盖度也较为理想。各灌木生长指标和植被覆盖度达到理想水平。对5种灌木生长1年和3年后的株高、径粗、冠幅等生长指标进行测定发现,恢复三年后5种灌木的株高、径粗、冠幅均有明显增大。火炬树的株高增长了1.05m,增至2m以上,刺柏、侧柏和紫穗槐株高增至1.7m左右,沙棘的株高增至0.6m,径粗增长较为缓慢。火炬树的冠幅最大,增至1m对5种灌木种植1年和3年后的土壤理化性质进行测定发现,5种灌木的生长普遍会降低土壤的电导率,降幅最大的为沙棘(47.3%),火炬树对土壤电导率的降低作用不明显。5种灌木的生长使土壤pH值普遍下降,降幅大的是侧柏,沙棘和紫穗槐对土壤pH值的降低作用相对较小。5种灌木的生长普遍增大了土壤有机质的含量,其中沙棘植区的有机质含量增加最为明显,侧柏、侧柏由于枯枝落叶较少,其土壤有机质增量相对较少。各灌木种植区土壤中碱解氮的增量明显,侧柏增量最大,为16.62mg/kg,紫穗槐的增量相对较少,为7.77mg/kg(表2)。各灌木种植区土壤速效磷含量也有明显提升但相差不大,增量均在6~9mg/kg之间。对5种灌木种植1年和3年后土壤酶进行测定发现,蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶是与土壤养分息息相关的指标(表3)。沙棘种植区土壤的过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性和脲酶活性均最大。侧柏和紫穗槐种植区土壤过氧化氢酶活性增加明显,刺柏和火炬树的种植对土壤过氧化氢酶活性改善作用不大。火炬树、沙棘、刺柏种植区的土壤蔗糖酶增量较大,紫穗槐和侧柏的增量较小。侧柏种植区土壤脲酶的增量最大,其次是沙棘,但刺柏种植区土壤脲酶未发生明显变化。5种植物的种植对土壤的酶活性影响存在差异,且对土壤中酶活性普遍有增大的趋势。1.2不同品种草地覆盖度对土壤有机质含量的影响草本植物因其成活率高、种植和养护简单而成为矿区生态修复中必不可少的成分(周琼等,2011)。种植初期草本植物处于幼苗阶段,株高、径粗等指标都不明显,未进行测定。主要对种植三年后的草本植物的覆盖度进行观测,其6种草本的覆盖度高达90%。五芒雀麦和萱草的株高均达到40cm,其他4种植物株高均达到60cm。通过对各草本植物改良土壤程度的比较得出:紫花苜蓿的种植使土壤电导率大幅下降;艾草和沙打旺使土壤pH值大幅下降;沙打旺和狼尾草种植区的有机质含量增加最为明显;花苜蓿和沙打旺种植区土壤中碱解氮的含量提高明显,且各草本植物种植区土壤酶的活性也有明显提高。1.3坡面土的生长指标高陡裸露的岩质边坡是采石场废弃地生态恢复最难治理区域,立地条件恶劣,边坡覆土绿化和客土喷播法均难以实现(戴娜,2014)。而在裸露岩质边坡上修筑飘台在边坡上营造一个可存放土壤的空间,利用爬藤植物实现高陡岩质边坡绿化。现场对高陡岩质边坡的飘台覆土种植爬山虎,爬山虎通过吸盘吸附岩壁生长从而快速绿化岩壁。对飘台和平台种植的爬山虎的生长指标和土壤特性测定(表4)。爬山虎生长一年后株高为1.094m,但三年后株高增至6.783m,可见爬山虎的生长速度很快,三年能完成6m以上高度范围的覆盖。径粗由5.18mm增至11.06mm,叶绿素没有明显的变化,叶面积比生长初期有明显的增大。种植3年爬山虎土壤电导率明显降低;pH有轻微降低作用;有机质大幅增加,由1.52g/kg增至8.51g/kg;碱解氮和速效磷也有明显增大,碱解氮增加了5.68mg/kg,速效磷增大了2.89mg/kg。蔗糖酶、过氧化氢酶增长明显蔗糖酶增幅为142%,过氧化氢酶酶增幅为71.2%,脲酶活性变化不大,增幅为16.9%。2种植物种植量高、株高、冠幅和生物量对土壤特性的影响结合唐山滦县椅子山石矿迹3种立地条件下灌木、草本、藤本植物的综合治理情况,对各植物在石矿迹地的生长状态及对土壤的改善作用作了研究。得出以下结论:沙棘、刺柏、侧柏、紫穗槐、火炬树5种灌木植物在矿区长势良好。恢复三年后,5种灌木的株高、径粗、冠幅均有明显增大。火炬树的株高增至2m以上,刺柏、侧柏和紫穗槐株高增至1.7m左右,沙棘的增长较为缓慢。火炬树的冠幅最大,增至1m平台覆土种植的草本植物均长势良好,6种草本植物覆盖度高达90%。五芒雀麦和萱草的株高均达到40cm,其余四种植物株高均达到60cm。爬山虎作为高陡裸露岩质边坡快速绿化的重要藤类植物,在岩壁飘台和平台上生长迅速,三年内生长长度超过6m,能基本覆盖裸露岩体。因此在高陡岩壁上建造飘台,并种植攀爬类植物是岩壁快速复绿的有效方式。各种植物的生长都对种植区土壤特性有明显改善作用。通过对石矿迹地3种立地条件下采用的不同的植被恢复方式的研究,为矿山废弃地生态重建中植被的综合治理提供了实践依据。3材料和方法3.1生态修复及绿化改造试验区位于河北省滦县榛子镇椅子山采石场,矿山开采活动严重毁损了矿区的植被、地貌,遗留下大量高陡岩质边坡、缓坡及碎石平台。2014年对该矿区进行了生态修复,对废弃平台进行平整覆土,种植了沙打旺、紫花苜蓿、狼尾草、无芒雀麦、萱草、艾草等草本植物。缓坡也进行覆土,并选择耐性较好的沙棘、刺柏、侧柏、紫穗槐、火炬树等灌木及作为植被恢复优选物种种植。高陡岩质边坡通过削坡产生平台和修筑飘台实现存土空间,并种植藤类植物爬山虎进行高陡岩质边坡的绿化。经过三年的生长各类植物长势良好,取得了良好的绿化效果。3.2土壤养分、土壤有机质、多度和盖度测定于2015年7月和2017年7月分别对植被恢复一年和三年后各植物种植区土壤进行取样分析,对十种草本植物种植地块分别进行取土分析。用PHSJ-3F实验室pH计测土壤的pH,DDS-307A电导仪测土壤电导率,有机质采用重铬酸钾容量法-稀释热法,碱解氮采用碱解扩散法,速效磷采用碳酸氢钠浸提法(鲍士旦,2000,中国农业出版社,pp.39-110)。过氧化氢酶采用容量法测定、脲酶采用比色法测定(关松荫,1986,中国农业出版社,pp.260-361)。对灌木生长一年和生长三年后的株高和冠幅用皮尺测定,径粗用游标卡尺测,