露天礦排矸堆土場(chǎng)自然植被演替規(guī)律及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

劉建華

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

露天礦排矸堆土場(chǎng)自然植被演替規(guī)律及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

劉建華

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

通過(guò)對(duì)不同的排矸年限矸石山的植被調(diào)查，結(jié)果顯示:Ⅰ類(lèi)排土場(chǎng),隨著排土年限增加，出現(xiàn)了多種植被群落，該生境的適生植物種類(lèi)較多，具備了進(jìn)行人工植被恢復(fù)的良好條件;Ⅱ類(lèi)排土場(chǎng)，從群落外貌看，形成了明顯的復(fù)層結(jié)構(gòu),群落的形成使排土場(chǎng)生境條件進(jìn)一步改善，可進(jìn)行人工復(fù)墾造林;Ⅲ類(lèi)排土場(chǎng)仍處于演替的初級(jí)階段，已初步具備耐旱喬木樹(shù)種生長(zhǎng)的條件;Ⅳ類(lèi)排土場(chǎng)無(wú)植被分布，不適宜人工復(fù)墾造林，需經(jīng)過(guò)多年的風(fēng)化或人工促進(jìn)風(fēng)化進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境。

排土場(chǎng)；植被調(diào)查；立地質(zhì)量

遼西北有阜新礦區(qū)、鐵法礦區(qū)、北票礦區(qū)、南票礦區(qū)等十幾個(gè)礦區(qū)。阜新礦區(qū)是國(guó)家及東北較大的礦區(qū)之一，其范圍東起新丘，西至清河門(mén)，號(hào)稱(chēng)“百里礦山”[1]。煤矸石是在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，與煤相伴共同存在的巖石，煤矸石主要由高嶺石、伊利石、黏土礦物、石英和少量煤、黃鐵礦組成。在煤的挖掘和篩選過(guò)程中隨之排放堆積在礦區(qū)周?chē)耐恋厣希纬傻V區(qū)廢棄地。煤矸石具有灰黑色、灰褐色、灰白色、灰黃色等各種不同顏色[2]。煤矸石的化學(xué)組成除含碳外，一般以氧化物為主，據(jù)有關(guān)部門(mén)對(duì)東北19個(gè)重點(diǎn)煤礦(包括阜新)的38個(gè)煤矸石樣品的化驗(yàn)分析結(jié)果表明，主要物質(zhì)成分有兩種：SiO2和Al2O3，其中，SiO2含量較多約達(dá)63.4%，甚至更多達(dá)88%，Al2O3含量相對(duì)少一些約占19.8%，最多高達(dá)38.8%，其余的氧化物比較少，如Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，另外煤矸石還含有常量成分C、S、K、Si、Ca、Mg、Fe、Na等，很少量的微量成分：Pb、Mn、As、Cd、Hg、Cu、Ni、Se等[3]。主要地帶性植被有：油松、刺槐、山杏、荊條、酸棗、胡枝子等。主要草本植物為中華隱子草、蒿類(lèi)、白羊草、野古草等。由于土壤貧瘠，有機(jī)質(zhì)含量低，植被覆蓋小。

1 研究區(qū)概況

遼西北煤矸石地主要分布在遼寧省阜新市境內(nèi)，該地區(qū)自然降水量少，年際變率大，時(shí)空分布不均勻。多年平均降水量480 mm，最少年份為338.2 mm，最多年份為824.7 mm，其中大的排矸堆土場(chǎng)主要有海州露天礦排土場(chǎng)、新邱排土場(chǎng)、高德矸石山和孫家灣矸石山。其中的海州露天礦排土場(chǎng)，位于太平區(qū)境內(nèi)，系河南岸，排土場(chǎng)東西長(zhǎng)3.9 km，南北寬1.8 km。地表海拔標(biāo)高為165～200 m，平均175 m。地勢(shì)東南高，西北低，排土場(chǎng)面積約為13 km2，是阜新境內(nèi)煤矸石地的最典型也是最大的代表地塊[4]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置和群落調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)有的海州礦露天礦排土場(chǎng)資料，選擇自然恢復(fù)<8年排土場(chǎng)，8～15年排土場(chǎng)，15～25年排土場(chǎng)，25～35年排土場(chǎng)作為研究對(duì)象。試驗(yàn)區(qū)域面積30 hm2，包括排土場(chǎng)的平臺(tái)和邊坡。根據(jù)群落實(shí)際分布情況，在各研究區(qū)選擇2～10個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)樣方調(diào)查。在不同采樣點(diǎn)上分別設(shè)置5 m×5 m灌木樣方(3個(gè)重復(fù))和1 m×1 m草本樣方(10個(gè)重復(fù))，其中5 m×5 m樣方內(nèi)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，樣方共計(jì)156個(gè)，分別調(diào)查灌木與草本的種類(lèi)、蓋度、密度和高度等指標(biāo)[5]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同類(lèi)型排矸堆土場(chǎng)植物群落分析

礦區(qū)廢棄地特定的立地條件決定了植被分布的特殊特征。植物群落組成種類(lèi)是按照煤矸石的風(fēng)化程度、土壤水分、土壤養(yǎng)分、土壤酸堿度的分布規(guī)律而分布。經(jīng)實(shí)地布設(shè)樣地的測(cè)定，阜新海州礦區(qū)廢棄地主要植物群落分布見(jiàn)表1。

表1 不同排土場(chǎng)類(lèi)型植物群落分布

(1)Ⅰ類(lèi)排土場(chǎng),隨著排土年限增加，林下出現(xiàn)了酸棗、杠柳、荊條、興安胡枝子、虎榛子等灌木樹(shù)種，但灌木層蓋度較低，約5%，高度為1.2 m。一般杠柳和酸棗成片分布，相對(duì)蓋度稍大；而胡枝子和荊條在林下散生。草本層種類(lèi)增加，蓋度增至95%，草群高度也增加，約為0.9 m。多年生草本繼續(xù)增加，物種數(shù)占草本的76%，特別是多年生禾本科草類(lèi)增加較多，如：菅草、野古草、多葉隱子草、羊草等。優(yōu)勢(shì)草本植物為茵陳蒿、狗尾草和糙隱子草，三者重要值貢獻(xiàn)率為32.07%。值得注意的是，群落生境已明顯向中生方向發(fā)展，積水之地還有香蒲。因此，該生境的適生植物種類(lèi)較多，具備了進(jìn)行人工植被恢復(fù)的良好條件。

(2)Ⅱ類(lèi)排土場(chǎng)，從群落外貌看，形成了明顯的復(fù)層結(jié)構(gòu)。林下草群蓋度達(dá)75%，高度增至0.65 m。優(yōu)勢(shì)草本植物為狗尾草、茵陳蒿和鵝絨藤，三者重要值的貢獻(xiàn)率為51.43%，且蒿類(lèi)的優(yōu)勢(shì)加較快。多年生蘆葦、黃蒿、百里香、大針茅、羽茅、阿爾泰紫菀、狗尾草相繼侵入，多年生草本的物種數(shù)達(dá)到61%，群落的形成使排土場(chǎng)生境條件進(jìn)一步改善，可進(jìn)行人工復(fù)墾造林。

(3)Ⅲ類(lèi)排土場(chǎng)，為狗尾草、虎尾草、白茅群落，仍處于演替的初級(jí)階段，但物種組成發(fā)生較大變化，除1年生植物外，開(kāi)始出現(xiàn)多年生的茵陳蒿、早熟禾等。說(shuō)明環(huán)境條件有所改善，已初步具備耐旱喬木樹(shù)種生長(zhǎng)的條件。

(4)Ⅳ類(lèi)排土場(chǎng)無(wú)植被分布，不適宜人工復(fù)墾造林，得經(jīng)過(guò)多年的風(fēng)化或人工促進(jìn)風(fēng)化進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境。

3.2 海州礦排土場(chǎng)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

開(kāi)展海州礦排土場(chǎng)立地類(lèi)型劃分及立地質(zhì)量評(píng)價(jià)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，它將為排土場(chǎng)植被恢復(fù)，土地資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。研究表明停止排矸年限、矸石堆放高度、表層風(fēng)化物厚度是影響風(fēng)化物化學(xué)性質(zhì)、植被種類(lèi)及生長(zhǎng)狀況的主要因素。因此，可按停止排矸年限劃分排土場(chǎng)的立地類(lèi)型。立地分類(lèi)結(jié)果如下：

表2 不同類(lèi)型排土場(chǎng)立地質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了更直觀的分析各類(lèi)型排土場(chǎng)植物生長(zhǎng)適應(yīng)性，選取矸石山上具有代表性植被紫穗槐為例，對(duì)其造林成活率和高生長(zhǎng)進(jìn)行多重比較分析。

表3 紫穗槐造林成活率多重比較

由表3可知，紫穗槐在Ⅱ、Ⅲ類(lèi)排土場(chǎng)上的成活率與Ⅳ類(lèi)排土場(chǎng)上的成活率差異極顯著，Ⅱ類(lèi)與Ⅲ類(lèi)的成活率差異也極為顯著。說(shuō)明了紫穗槐在海州露天礦排土場(chǎng)不同立地類(lèi)型環(huán)境下的成活率存在著顯著差異，排矸年限≥25年的立地類(lèi)型適宜植被生長(zhǎng)，排矸年限15～25年的立地類(lèi)型適宜抗逆性強(qiáng)的植被生長(zhǎng)，而8～15、≤8年的Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)由于停止排矸年限太短，個(gè)別地段還存在著自燃現(xiàn)象，使風(fēng)化物的溫度過(guò)高，風(fēng)化物表層干燥少水，孔隙狀況不良，致使林木不能成活[6]。

4 結(jié)論

4.1 Ⅰ類(lèi)排土場(chǎng),隨著排土年限增加，出現(xiàn)了多種植被群落，該生境的適生植物種類(lèi)較多，具備了進(jìn)行人工植被恢復(fù)的良好條件。Ⅱ類(lèi)排土場(chǎng)，從群落外貌看，形成了明顯的復(fù)層結(jié)構(gòu)。落的形成使排土場(chǎng)生境條件進(jìn)一步改善，可進(jìn)行人工復(fù)墾造林。Ⅲ類(lèi)排土場(chǎng)仍處于演替的初級(jí)階段，已初步具備耐旱喬木樹(shù)種生長(zhǎng)的條件。Ⅳ類(lèi)排土場(chǎng)無(wú)植被分布，不適宜人工復(fù)墾造林，得經(jīng)過(guò)多年的風(fēng)化或人工促進(jìn)風(fēng)化進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境。

4.2 通過(guò)對(duì)排土場(chǎng)立地類(lèi)型劃分及對(duì)排土場(chǎng)適應(yīng)性高的紫穗槐造林成活率多重比較分析看出，植物在不同立地類(lèi)型排土場(chǎng)生存的自然環(huán)境存在顯著差異，驗(yàn)證了對(duì)排土場(chǎng)立地類(lèi)型劃分的科學(xué)性和合理性。

[1] 范英宏，陸兆華，程建龍,等.中國(guó)煤礦區(qū)主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及生態(tài)重建技術(shù)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(10)：2145-2147

[2] 高淑慧，賈志斌，張樹(shù)禮,等.露天煤礦排土場(chǎng)的復(fù)墾研究[J].北方環(huán)境，2011，3(23)：40-41

[3] 牛星，蒙仲舉，高永,等.伊敏露天煤礦排土場(chǎng)自然恢復(fù)植被群落特征研究[J].水土保持通報(bào)，2011，31(1)：215-221

[4] 高英旭，劉紅民，劉陽(yáng),等.海州露天礦排土場(chǎng)不同林分土壤理化性質(zhì)對(duì)植被生物量的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014，34(1)：78-83

[5] 王瓊，辜再元，史春華,等.廢棄采石場(chǎng)植被自然恢復(fù)過(guò)程中物種多樣性變化特征[J].環(huán)境科學(xué)研究，2009，22(11)：1306-1307

[6] 劉青柏, 劉明國(guó), 劉興雙,等.阜新地區(qū)矸石山植被恢復(fù)的調(diào)查與分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2003，34(6)：434- 437

Laws of Natural Vegetation Succession and Evaluation of Site Quality in Open-Pit Mine Waste Dump

Liu Jianhua

(Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute, Fuxin 123000, China)

Vegetation of waste dump with different years of waste rock discharging was investigated.Result shows that: multiple vegetation communities appear in classⅠDump with increased age;the habitat have many species suitable plants, which have a good condition of the artificial vegetation recovery;classⅡdump, from the appearance of the community, distinct stratified structure was formed composite layer structure.The formation of the dump further improves habitat conditions, and artificial reclamation afforestation can be conducted;class Ⅲ dump is still at an early stage of succession and has growth conditions for drought-tolerant tree species;class Ⅳ dump has no vegetation distribution and unfits artificial reclamation afforestation, it requires years of weathering or artificial weathering to promote further the ecological environment.

waste dump of mine;investigation on vegetation;site quality

1005-5215(2015)01-0017-02

2014-10-08

劉建華(1982-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事林業(yè)經(jīng)營(yíng)工作.

S718.51.9

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.006