8種植物在廢棄煤礦植被恢復中的應用

李強

〔山西潞安礦業（集團）有限責任公司林業處，山西 長治046204〕

中國是世界上最大的煤能源生產及消費國，煤礦開采導致了礦區矸石廢棄地土壤污染，受污染的矸石廢棄地包括采礦廢棄地、尾渣廢棄地和廢石堆積地等［1，2］。在煤礦區廢棄地，造成大量水土流失，且植被稀少，土壤養分貧乏，土壤自我修復能力較弱，并導致土壤、水體和大氣污染，引發一系列生態環境問題，嚴重威脅當地的生態環境。對于煤礦廢棄地進行土壤復墾，最常用的方法之一是植被恢復。

研究表明，在煤礦廢棄地進行植被恢復，可以明顯改善土壤理化性質，維持物種多樣性。因此，廢棄煤礦區的植被恢復已成為各國環境污染領域的研究熱點。礦山植被恢復的研究在英、美、澳等有悠久開礦歷史的發達國家開展較早，美國在1977年就頒布了全國性的土地復墾法規，目前被開采的各類礦山破壞土地的復墾率已達到了70.5%。1996年在美國召開了國際恢復生態學會議，專門探討了礦山廢棄地的生態恢復問題。我國對礦山廢棄地生態恢復和重建的研究從20世紀90年代才逐步得到重視，廢棄礦山復墾率較低，我國廢棄礦山生態恢復任重而道遠。近幾年，我國在廢棄礦山生態恢復與重建方面做了一些工作，比如在大型煤礦區生態重建、金屬尾礦的植被恢復等方面開展了卓有成效的探索。但是，總的來說，針對不同類型礦山廢棄地植被恢復技術的研究還比較欠缺。

中國煤礦區大多集中在北方干旱半干旱等生態環境較惡劣的地區，植被稀少，土壤養分含量低，植被恢復較為困難。本試驗以潞安集團石圪節煤礦廢棄地為研究對象，采用直播造林和植苗造林兩種模式，研究了兩種造林模式苗木成活率，旨在為廢棄煤礦地植被恢復提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地為潞安集團石圪節煤礦，位于山西長治市郊區，現已停產。本區屬典型大陸性氣候，干燥多風，四季分明，年平均氣溫8.9℃，日最高氣溫37.4℃，最低氣溫－29.1℃。年平均降水量為583.3 mm，最大917.0mm，最小414.0mm，雨季集中在7—9月，日最大降水量109.7mm。年平均蒸發量為1 755.3mm；最高為 1 996.3mm，最低為1 502.1mm。年主導風向為西北風，夏季風向為東南風，最大風速為17m·s－1。冰凍期為每年10月末到翌年4月，最大凍土深度為0.75m。

1.2 試驗設計與觀測方法

1.2.1 供試植物 供試植物共有8個種。試驗所用苗木、種子由山西省林科院提供。

1.2.2 試驗設計 試驗采用單因素隨機區組設計，3次重復。種子直播采用的小區面積為5m2（2m×2.5m），每小區播150粒種子。播種前進行催芽，具體方法：火炬樹播前進行沙藏層積至翌年春天。播前用堿稍揉搓，去其種皮上的蠟質，然后用40℃的熱水浸燙5min，不斷攪拌，然后撈出，混濕沙置于20℃室內催芽，20d左右露芽時即可行條播。構樹播種前進行浸種處理，種子置在35～40℃溫水中浸泡24h左右，濾水后進行播種。花椒對種子進行脫油處理，具體脫油方法為：一是配制溶液，將200g洗衣粉加溫水溶解，然后兌50kg冷水攪勻，倒入水缸或水盆內，水溫50～60℃；二是搓油，將要處理的種子倒入洗衣粉溶液里，用木棒等反復搗搓，搓至種皮的亮黑色成褐色為止；三是浸泡清洗，溶液中因混有搓掉的油質，黏度較大，搓洗后，用清水浸泡6～10h，軟化種皮，再用清水反復沖洗，直至種皮無油質時撈出晾干待播。刺槐采用浸種催芽，具體方法是將種子放入容器，加入50～60℃熱水浸泡一晝夜后撈出膨脹的種子，沉底的未膨脹種子換熱水重復進行，有1/3裂口即可播種。臭椿采用赤霉素催芽，用30～40℃溫水浸種一晝夜，種子吸足水分后，撈出放于蒲包內，放在20～25℃溫度下催芽，每日早晚各澆水一次，翻倒均勻，待種子有50%以上露白即可播種。山杏和山桃采用層積催芽；沙棘采用浸種催芽。播后覆土，未加覆蓋。植苗造林中，每個樹種試驗小區面積為80m2（10m×3m），密度按（2m×2m），各栽植20株2年生幼苗。2014年4月20日進行播種和栽植，5月10日統計播種出苗率，5月20日統計栽植發芽率，2014年9月統計其成活率，并對成活的種類采用目測法判斷其生長狀況。

1.2.3 管理及生長觀測 造林后澆一次定根水，其后均未澆水。采用目測法，把植物的生長狀況分為5級：即旺盛、良好、中等、弱和不適宜。能很好適應土壤條件，生長旺盛、葉色濃綠的植物被判定為“旺盛”級；能適應土壤條件，生長良好，但長勢次于“旺盛”級，葉色淡綠的植物被判定為“良好”級；能適應土壤條件，生長勢一般，葉色淡黃的植物被判定為“中等”級；在土壤上勉強能夠生存，生長勢弱，葉色異常的植物被判定為“弱”級；種植后不適宜土壤條件，在生長季節相繼死亡的植物，被判定為“不適宜”級。

2 結果與分析

2.1 種子直播方式情況

從表1可以看出，不同樹種出苗率有顯著差異，其中花椒出苗率最低，為4.98%，構樹出苗率最高，為40.12%；構樹和刺槐之間沒有顯著差異；火炬樹、山杏之間差異不顯著。從試驗數據可以看出，直播方式進行植被恢復，種子的出苗普遍不高。但經過一段時間的生長之后，到9月再去調查時，存苗率均為0%，也就是說用種子直接在這樣條件的礦渣地上進行植被恢復是不行的。原因主要在于土壤瘠薄，保水保肥能力弱，試驗的8種植物都沒有存活。

表1 種子直播苗木成活情況

表2 植苗造林苗木成活情況

2.2 植苗造林苗木成活情況

從表2可以看出，不同植物發芽率有顯著差異，其中火炬樹的發芽率最低，為59.37%，刺槐發芽率最高，為93.89%。山杏、山桃之間沒有顯著差異，平均發芽率基本相同；構樹、臭椿、沙棘之間發芽率也沒有顯著差異。

從成活率來看，成活率在70%～80%有4個種，80%以上只有刺槐一個種，60%以下有兩個種，60%～70%之間有兩個種。說明只要選擇適合的樹種，采取一定的技術措施，在礦渣地上造林還是能夠成功的。

3 結論與討論

根據試驗結果，在參試的8種植物中，直播造林出苗率均為0，說明直播造林對廢棄煤礦地植被恢復是行不通的；植苗造林刺槐成活率最高，為86.67%，且生長旺盛，其次為沙棘、臭椿、構樹，成活率分別為76.73%、75.25%、72.16%。根據研究結果，建議在植苗造林時，優先選擇刺槐，其次為沙棘、臭椿、構樹。根據植苗造林成活率看，只要選擇適合的樹種，采取合適的種植技術措施，在礦渣地上進行植被恢復還是可行的。

煤礦地植被恢復存在的主要問題是立地條件差，土壤瘠薄，保水保肥性差，缺少土壤肥力和水分，土層薄，甚至沒有土壤，有些土壤被污染不利于植物的生長，沒有植被恢復的土壤條件，且雨季易沖刷流動。同時，煤矸石是由炭質頁巖、炭質砂巖、砂巖、頁巖、黏土等組成的混合物，礦物組成主要是高嶺土、石英、蒙脫石、長石、氧化鋁等。因此，風化速度快，堆置數月就崩解成碎粒，1～3年后細粒（3mm）及以下的顆粒占總固體重的50%以上，經常發生泄流和溝蝕，加速水土流失。此外，煤矸石的酸堿度不適宜植物生長，并且燃燒值高的煤矸石山還存在自燃的問題。所以根據試驗結果來看，首先應該采取一定的工程措施，固定住礦渣，然后選用適宜的物種逐步進行植被恢復。在造林方式上，不宜采用播種造林的方式，適宜采用植苗造林的方式。

［1］張靈，白中科，景明，等.黃土區大型露天煤礦復墾排土場植被恢復立地類型劃分——以安太堡露天煤礦為例［J］.水土保持研究，2014（6）：54－60

［2］高迪，王占義，陳國清，等.草原煤礦排土場2種常用生物工程措施植被恢復效果評價［J］.水土保持研究，2014（6）：260－264

［3］邢慧，張婕，白中科，等.安太堡露天礦排土場植被恢復模式與土壤因子相關性研究［J］.環境科學與管理，2015（1）：82－85

［4］李晉川，王翔，岳建英，等.安太堡露天礦植被恢復過程中土壤生態肥力評價［J］.水土保持研究，2015（1）：66－71，79