露采礦山生態恢復植被群落構建策略研究

張浩然， 楊 晴， 宋長明， 吳 華， 辜 彬　(四川大學生命科學學院，四川成都 610064)

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露采礦山生態恢復植被群落構建策略研究

張浩然， 楊 晴， 宋長明， 吳 華， 辜 彬*(四川大學生命科學學院，四川成都 610064)

摘要以舟山慶豐采石場為研究對象，對人工恢復坡體2010年及2015年2個時間節點植被以及周邊自然坡體原生植被展開調查，分析各個階段植被資源的差異，結果表明：與自然坡體植被資源相比，恢復10 a的人工坡體物種豐富度更高。比較不同時期群落結構變化，結果表明：不同時期群落結構均與最初設計群落有很大差別，與自然坡體群落結構相比，恢復5 a的人工坡體群落結構層次單一，可視為先鋒群落，恢復10 a的群落結構層次更為復雜，穩定性高。總結10 a修復經驗，提出植物群落構建策略，為今后礦山生態恢復提供參考。

關鍵詞露采礦山；生態恢復；群落

Study on Opencast Mine Ecological Restoration Vegetation Community Construction Strategy

ZHANG Hao-ran,YANG Qing, SONG Chang-ming, GU Bin*et al

(College of Life Science, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610064)

AbstractTaking Qingfeng quarry in Zhoushan City as the study object, the artificial vegetation and surrounding natural native vegetation of artificial restoration slope were investigated in 2010 and 2015, the vegetation resources in different periods were also analyzed.The results showed that the decade artificial restoration slope has a higher species richness compared with the natural slope.Comparing the community structure changes in different periods, the results indicated the community structure in each period are very different from original designed community.What's more, when compared with the community structure of natural slope, the five years' restoration slope has simple community structure, which can be regarded as a pioneer community; when compared with the community structure of natural slope, the community structure of the decade artificial restoration slope is more complex and higher stability.Meanwhile, the restoration experiences in ten years were summarized, several plant communities building strategies were proposed, which can provide a reference for mine ecological restoration in the future .

Key wordsOpencast mine; Ecological restoration; Community

隨著我國經濟的快速發展，各項基礎設施建設的力度不斷加大，對各類礦產資源的需求急劇增加，露采礦山的數量和規模也迅速增加和擴大，對環境和景觀造成了嚴重的破壞，因此對露采礦山的治理顯得急切而又必要。礦山生態恢復的關鍵是植被恢復[1]，植被恢復的最終目的是構建穩定的群落結構。深入研究礦山生態恢復過程中邊坡植被的群落結構和演替過程，將有助于結合工程措施更好地進行礦山生態恢復[2]，對工程設計、植物配置以及成效預判有著重要的指導意義。

我國露采礦山分布多，分布面廣，在經濟比較發達的省區，其多分布在城市邊、道路邊、湖邊和風景名勝區[3]，而分布在城市邊的露采礦山對城市環境和景觀的影響尤為嚴重。城市邊緣區是城市化發展和城市土地開發中最活躍的區域，該區域的人類活動較其他地區更為復雜，景觀格局和生態過程更具有特殊性，景觀生態問題和生態安全問題也更為突出[4]。城市邊露采礦山是人類活動在城市邊緣區的特殊遺留，對其生態修復的研究顯得任重而道遠。為此，筆者以舟山市定海區邊上的慶豐采石場為例，對城市邊露采礦山生態恢復群落構建進行研究，為實現生態恢復和景觀營造提供參考。

1研究背景

1.1慶豐露采礦山生態恢復工程概況慶豐采石場位于舟山市定海區東南部火龍崗山西麓。該采石場在極大地推動地方經濟發展的同時也嚴重破壞了自然山體環境，形成寬300 m以上、高近140 m的人工高陡邊坡，巖體裸露面積達7.0萬m2。該采石場生態恢復工程于2006年5月6日開始，至2007年7月28日完工。主體工程由下至上分為14級坡面。其中1～4級坡坡度較緩，坡比為1∶1；5～11級坡坡度最陡，坡比為1∶0.5；12～14級坡坡比為1∶0.75。筆者所在實驗室從工程設計伊始就參與到該項目中，自2006年5月至2015年5月對采石場生態恢復進行了長達10 a的跟蹤調查，取得了豐富的研究資料。

1.2慶豐露采礦山自然條件采礦邊坡區位于浙東沿海中生代火山巖帶的北段，外圍構造以北東向斷裂為主，南北向、北西向斷裂為輔，距區域性深大斷裂較遠。土壤以紅壤為主，屬北亞熱帶南緣季風海洋性氣候，冬暖夏涼，雨量充沛，年平均溫度為16.3 ℃，年平均降雨量為1 318.8 mm，年平均蒸發量為1 226.6 mm，全年平均風速為3.4 m/s。

2植被群落恢復設計

人工恢復生態系統的群落構建是通過植物設計來實現的，設計主要遵循特殊生境相適應、適地適樹、物種多樣性、坡度適宜、景觀性等原則，擬通過合理的植物配置設計構建穩定的群落結構，完成礦山的生態恢復。具體的植物配置方案如表1、2所示。

表1　植物群落配置方案

表2　混合種植物配置

3人工坡體與自然坡體植物資源概況

2010年與2015年對慶豐采石場進行了植被種類調查。2010年人工坡體共有植物42種隸屬于20科(表3)；2015年人工坡體共有植物46種隸屬于28科(表4)；慶豐采石場周邊同一朝向的相鄰自然坡體共有植物51種隸屬于31科[5](表5)。

表3　2010年人工坡體植被

表4　2015年人工坡體植被

4植被群落分析

4.1不同時期不同坡體植被資源差異群落演替初期，一年生草本植物(先鋒物種)占據優勢，但隨著時間的推移和演替的進行，植物種類和數量逐漸增加，群落結構日趨復雜，物種多樣性發生明顯的變化[6]。恢復5 a的人工坡體有植物42種(隸屬于20科)，其中草本18種，木本24種，草本與木本所占百分比分別為43%與57%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶1.3；恢復10 a的人工坡體有植物46種(隸屬于28科)，其中草本18種，木本28種，草本與木本所占百分比分別為40%與60%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶1.6；自然山體生長植物51種(隸屬于31科)，其中草本植物15種，木本植物36種，草本與木本所占百分比分別為29%與71%，草本植物與木本植物的比例為1.0∶2.4(圖1)。恢復5 a與10 a相比，雖然種數差別只有4種，但差了8個科，植物的豐富度差距明顯；恢復10 a與自然山體植被相比，雖然物種豐富度已很接近，但草本植物與木本植物的比例相差很大，說明群落穩定性還存在一定差距。

表5　2015年自然坡體植被

圖1　不同時期不同坡體木本植物與草本植物種類百分比Fig.1　Proportion of ligneous and herbal plants in different periods and slopes

4.2自然坡體與不同時段人工坡體植物群落構成與最初的群落設計(表1)相比，恢復5 a(表6)和恢復10 a(表7)的人工坡體群落結構有明顯的不同，群落形成過程均按設計的群落模式發展。恢復5a的植被群落結構單一，以灌木和草本為主；植被豐富度低，基本以豆科和禾本科植物為主；植被活力不強。恢復10 a的植被群落有更復雜的群落結構層次，即喬-灌-草結構完整；植物豐富度更高，活力更強，有更多科屬的植物種類；植被生長茂盛，群落結構更穩定。相比而言，恢復10 a的人工坡體有更多的植物入侵，這對生態恢復大有益處，但與自然坡體的植被群落(表8)相比仍有差距，盡管恢復10 a的人工坡體植被群落的喬-灌-草結構完整，但木本植物與草本植物的比例不夠合理，木本植物偏少；恢復10 a的植被群落物種豐富度雖已接近自然群落，但木本植物分布不均勻，且整體密實度低，可見生態恢復是一個漫長的過程。

表6　2010年人工坡體植物群落構成

從現場調研來看，就整個人工坡體而言，雖然整體復綠已達100%，但不同坡度的群落結構層次不同：1～4級坡坡度較緩，喬-灌-草群落結構完整，且密實度較高；5～14級坡坡度較陡，且越往上風害越強，水土保持難度越大，故該區位草本植被生長茂盛，喬灌類相對較少，群落密實度低，可見工程措施與植被群落的構建有很大關系。此外，人工坡體鮮有高大成熟植株，因此仍需更長時間的恢復、生長以形成自然、穩定的基礎骨架，從而實現群落結構的動態平衡。

表7　2015年人工坡體植物群落構成

表8　2015年自然坡體植物群落構成

5露采礦山生態修復植物群落構建策略

城市邊露采礦山生態修復的植物群落構建應主要考慮兩個方面的功能：生態性和景觀性。其中，生態性是基礎，即改善環境，調節小氣候，維持生態平衡；景觀性是目的，即營造宜人的自然景觀，美化環境，豐富人們的視覺體驗并提供良好的文化娛樂場所。合理的植物配置是形成穩定群落的關鍵，也是形成長期景觀效果和發揮持續生態效益的前提[7]。為此，筆者總結慶豐采石場10 a修復經驗，提出以下幾種植物群落構建策略。

5.1礦山生態恢復分階段實施對慶豐采石場10 a跟蹤研究發現，礦山的生態恢復是一個漫長的過程。參考慶豐采石場10 a恢復過程中植物群落的演替過程，可進行分階段設計演替，即通過前期的植物設計先構建先鋒群落，然后逐漸過渡到近自然的穩定群落結構。

5.2優化植被種類可適當增加豆科、禾本科植物。豆科植物有較強的固氮能力，引入豆科植物，利于改良土壤并促進其他植物的生長；禾本科植物抗耐性好，生長能力強，適宜早期群落的構建。植物群落的構建受當地氣候與環境的影響非常大，鄉土植物能更好地適應當地環境，提高苗木的成活率及群落的建成度并具有較高的辨識度，形成突出的地域特色。應充分利用篩選優化的鄉土樹種作為群落構建的骨干樹種或基調樹種，優先占有生長空間，并相應營造出適宜其他植物生存的空間，利用這些環境條件栽植適應性較差的景觀樹種，逐步演替形成群落多樣性和物種多樣性[8]。

5.3考慮植物間的化感作用及協同生長效應化感作用是植物間相互作用的一種，指一種植物通過向環境釋放化學物質對另一種植物(包括微生物) 所產生的直接或間接的傷害或促進作用[9]。如檸檬桉皮、葉和根系分泌物中含有的水溶性或揮發性化感物質能抑制其周圍灌草的生長[10]；丁香、薄荷、刺槐、月桂分泌的芳香物質會影響相鄰植物的生長；榆樹分泌的化感物質會使櫟樹發育不良；菊科植物的化感物質在對受體植物表現出促進生長作用的同時也會抑制某些雜草的生長[11]。此外，一些植物聚居會表現出協同生長的效應，如普陀樟常和紅楠、珊瑚樹、野梧桐、蚊母樹等混生，表現出協同生長的效應。在構建植物群落的時候應充分考量植物間的相互作用，去弊存利，合理地安排植物間的組合。

5.4綜合利用植物生長習性與特殊地形慶豐采石場作為城市邊露采礦山有其特殊的地形條件，即山高坡陡。這種特殊的地形條件在構建植物群落進行生態修復的時候相較于平穩的地形條件有著明顯的劣勢——不利于保持水土，無法為植物創造理想的生境條件，進而增加生態恢復的難度，但不利的地形特征又彰顯出獨特的優勢，即有較好的層次感，景觀的可塑性強，透氣、透光性好，有益于初始群落的建成。普通平緩地形條件下群落的構建易出現極端化現象，一是木本喬灌的生長致使草本植物光照資源匱乏，最終導致草本植物生長不良，甚至缺失；二是草本植物的瘋狂生長強占了木本喬灌的生態位，最終造成喬灌層稀缺，這兩種極端都不能形成穩定的群落結構并實現生態修復。在進行特殊地形群落構建的時候應抓住其優勢，利用植物自身的生長習性，選擇耐旱、耐貧瘠，對土壤要求不苛，深根性的植物種類。

5.5 前養后放，進行科學合理的養護管理植被種植前期，由于水肥、土體、根系等尚未達到穩定狀態，其抵抗力不強、扎根生長的能力不足，故在初期需要較多的人為干預，應“精于養”。但就長遠來看，“養”只是一時，最終還是“放”。所謂“放”，即在土體、根系穩定之后采取粗放式管理，減少直至消除人為干預，保證植物自由生長，提高植株自身的抗性，同時提供一個開放的空間，增加群落的豐富度和穩定性，促進其恢復至近自然狀態。

5.6采取適當的工程技術措施采取適當的工程技術措施以達到滿足植被生長基礎的物理和化學條件[12]，物理條件：具有透水性、適當的硬度、適度的保水性、具有與植物種類和

大小相應的深度與廣度；化學條件：無有害物質、適當的土壤酸度、一定的養分。此外，采取創新型工程技術措施也是構建植被群落的關鍵，如在硬度較大的土質邊坡或穩定巖質邊坡上打生態孔，這是一種按一定平面布置在邊坡上鉆孔，然后在孔體內填土進行綠化的方法[13]。該方法在保持坡體穩定的基礎上充分擴大了植物根系延伸的深度和廣度，縮短了植被生根固體的時間，利于群落的建成。

6結語

采礦廢棄地的生態恢復是環境治理利用的重點工程，該研究總結了慶豐采石場10 a生態恢復的成果，分析了植被群落的演替過程，并提出了露采礦山生態恢復植物群落構建策略，以期為今后的礦山生態恢復提供參考。但考慮到城市邊露采礦山特殊的地理位置，其生態恢復在群落構建的基礎上又多了更高層次的景觀需求，目前該領域的研究尚顯不足，未來應在加強理論研究的基礎上積極地進行實踐探索，促使露采礦山的生態恢復工作再上新臺階。

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中圖分類號S 731.6

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-191-06

收稿日期2016-02-14

作者簡介張浩然(1989- )，男，河南開封人，碩士研究生，研究方向：植物景觀配置。*通訊作者，教授，博士，從事邊坡生態工程研究。