青島東部工礦廢棄地生態治理研究

李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態股份有限公司 山東青島 266102

青島東部工礦廢棄地生態治理研究

李春林 許劍平 祁傳磊 臧小龍

青島冠中生態股份有限公司 山東青島 266102

文章以青島東部廢棄建筑石材礦山治理工程為例，通過對植被系統中的植物生長勢、多樣性和蓋度，以及治理技術對土壤改良等方面的研究，對生態治理的效果進行評估。研究結果表明：坡面植被覆蓋達到95%以上，植物根部已經深入營養基質下部巖石裂縫；3個樣方的Simpson多樣性指數分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數較高且相差不大；植被恢復后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養分含量明顯增加。通過生態治理技術建立的植被總蓋度、植物密度和生長速度都高于自然植被；植物群落多樣性好，整體協調性高；該技術還能有效地改良土壤狀況，提高土壤生產力。

植被恢復，生態修復，群落，土壤改良

廢棄建筑石材礦山的植被系統和生態環境在工礦開采過程中被嚴重破壞，這不僅會造成粉塵污染、土壤污染、地下水污染，還會導致巖體滑坡、泥石流等嚴重自然災害。如何采取經濟有效的措施恢復礦山區域的植被系統，治理廢棄采石礦山周邊遭到破壞的生態環境，已成為當前生態環境修復領域亟待解決的課題。采石場大部分區域都是坡比1∶0.75以上的邊坡，在這些條件惡劣、環境復雜的區域進行植被恢復和生態修復無疑增添了相關的技術難度[1]。

本研究提供的工礦廢棄地生態治理技術，優化了噴播基質的性能，該基質具有結構穩定性強、耐沖蝕程度高、保溫效果好等特點，能夠有效截留種植層的養分和水分，改良土壤狀況、極大提高植物的生長速度。該技術能使原有待修復區域形成喬、灌、草相結合的立體的、豐富的植物群落，可以取得良好的植被恢復效果。建立起的植被系統能為周圍生態環境增濕，以達到抑制揚塵、涵養水源的作用；植物根部還能分解或是提取場地的污染物質；同時，植物根系扎根到巖石裂縫中，通過根系作用，固定坡面，減少山體自然災害的發生[2]。本文對形成的植物群落中的植物種類、數量、高度、植被蓋度以及土壤理化性質進行研究，從物種多樣性、綠化效果和土壤改良幾個方面來證明工礦廢棄地生態性治理技術的可行性。

1 研究區概況

研究區位于青島市嶗山區，該采石場已經于多年前停止采石,由于受到人類采石的強烈干預,自然山體坡面的原有植被和土壤層遭到徹底清除,導致山體殘缺及功能缺失。大量的裸巖坡面破壞自然景觀的同時,已對生態環境構成嚴重威脅。本次治理工程包括坡面和坡面下部的區域，其中80%以上的坡面為巖質坡面，山體坡度大于1∶0.75；坡面下部為坡面剝落的弱風化土壤層。本項目于2014年6月份團粒噴播適合植物生長的基質層。

2 研究方法

2.1 邊坡清理與削坡工程

施工前對部分高險陡坡進行必要的清坡削坡處理,之后對山體敷設金屬網。對山體上的石渣及危石、浮石進行清理,保證金屬網鋪設的順利進行及施工安全。為了避免夏季集中降雨時山體匯水形成的水流對噴播土壤沖刷而導致的土壤流失問題，在山體頂部構筑截水溝,將夏秋季節因集中降雨而形成的匯水排離坡體,增加邊坡的安全性[3]。

2.2 噴播工藝

本工程采用濕式噴播工藝，將植物營養基質噴制在采石場坡面上，該基質配方選取的組成材料主要有：粘土 50%～60%；有機質25%～35%；粘合劑10%～15%；保水劑、調節劑1%～3%(質量比)。坡面噴制植物營養基質層的厚度為6～7 cm，種子層的厚度為1～2 cm；坡面下部噴制很薄的一層植物營養基質層，種子層的厚度為1～2 cm。

2.3 植物種類的選擇

生態性治理的植物種類主要選擇耐瘠薄、生命力頑強、綜合抗性較強的荒山造林先鋒植物,盡量選擇具有一定固氮能力的豆科植物種類[3]。該工程所選用的植物種類包括刺槐、火炬樹、紫穗槐、胡枝子、馬棘、黑麥草。其中刺槐、火炬樹為喬木，紫穗槐、胡枝子、馬棘為灌木，黑麥草為草本植物。

2.4 植被恢復和生態修復效果評估

人工植被在第2～3個生長年以后的生長狀況基本能反映植被恢復的效果，因此,可以在人工植被建立2年后進行恢復效果的評價[4]。選擇坡面上3塊典型的20 m2的區域作為調查樣方，對樣方內的植物進行跟蹤觀測，評價該區域的植被長勢和覆蓋效果，本研究采用Simpson指數對建立的植物群落進行植物多樣性分析[5-7]。為研究植物基質和植物生長對下部土壤理化性質的影響，在坡面下部選取3個采樣點，對基質層下部土壤的理化性質進行分析。本文調查評價在2016年9月份進行。

3 結果與討論

3.1 植物數量、高度

坡面上喬木、灌木長勢良好(表1，表2)，刺槐、火炬樹和紫穗槐是優勢植物。刺槐的數量最多，高度最高，3個樣方中刺槐平均高度為195.9 cm；馬棘的高度最小，3個樣方中平均高度為81.47 cm。 相對于種植在普通土壤中相同生長年限的植物，本研究坡面上的植株高度增加較明顯，說明本技術提供的植物營養基質能夠促進植物的快速生長。除噴播種植的植物以外，在研究樣方中還零星分布有其他的藤本、草本植物，但數量較少；黑麥草作為坡面快速覆綠的初期植物，在前期起到固土保水的作用，隨著生長期的延長數量逐漸減少，本研究對這些植物不進行統計。

3.2 植被群落多樣性指數

植物多樣性是評價一個植物群落是否處于穩定狀態的重要指標[8]，Simpson指數基于種的數目、所有種的個體總數及每個種的個體數的多樣性指數，綜合反映了群落中種的豐富度和均勻度。

其中，Pi為物種i的比例，即Pi=Ni/N，其中Ni為樣方中第i 種物種的個體數，N為全部種的個體總數。S為樣方面積群落中植物種數，群落中種數越多，各種個體分配越均勻，指數越高，指示群落多樣性越好。

經計算本研究3個樣方的Simpson多樣性指數分別為0.76、0.75和0.76，多樣性指數較高且相差不大，表明通過該生態性治理技術建立的植被種多樣性好，整體協調性高[5-7]。刺槐、火炬樹、紫穗槐、胡枝子和馬棘均勻的分布在坡面；野生草、灌植物出現在坡面中，且植被恢復區域的邊緣部分已進入與周圍自然植物群落相融合的階段。

表1 20 m2研究區域植物的數量 株

表2 20 m2研究區域植物的高度 cm

3.3 植物蓋度和坡面綠化效果

從圖1可以看出，在植被恢復的第4個月，喬、灌木植株逐漸增高，加上生長旺盛的黑麥草，使坡面快速覆綠，蓋度達到70%以上，顏色翠綠，取得較好的感官效果。圖1d為植被恢復與生態修復工程治理2年后坡面照片，喬、灌木快速生長，經過2年的植被恢復，現有植物生長繁茂，顏色深綠，坡面植被覆蓋已達95%以上，整體協調性提高，形成了喬、灌、草共生的植被生態系統。

高植被覆蓋度有效地減少了雨水對坡面的沖刷，降低水土流失的程度，對部分刺槐和紫穗槐的調查表明，植物的根系已經深入噴播基質下層的巖石裂縫中，對坡面的固定起到積極的作用，有利于減少滑坡等地質災害的發生。

3.4 對土壤理化性質的影響

生態治理工程進行前土壤的容重較大，養分含量低，對水分的保持能力差，這都不利坡面的穩定和植物的生長[9-10]。通過表3可以看出，與恢復前相比，治理工程開始2年后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養分含量明顯增加，特別是有效氮的含量增加明顯。現有土壤狀況已經明顯改良，土壤生產力提升較大。

圖1 使用生態性治理技術治理前(a)與治理后2個月(b)、4個月(c)和2年(d)坡面植被效果比較

表3 土壤理化性質變化對比

4 結論

通過工礦廢棄地生態治理技術建立的植被總蓋度、植物密度和生長速度都高于自然植被，形成了喬、灌、草共生的植被生態系統，植被恢復區域的邊緣已進入與周圍自然植物群落相融合的階段。坡面植被覆蓋達到95%以上，減少了水土流失，提高了坡面的穩定性。該技術還能有效改良土壤理化性質，實施治理后土壤容重降低了17.61%，最大持水量提升了15.07%，氮、磷、鉀等養分含量明顯增加，有效地改良了土壤的狀況，提高了土壤的生產力。通過對青島東部廢棄建筑石材礦山修復效果進行評估，表明本研究提供的工礦廢棄地生態治理技術可以在條件惡劣、環境復雜的區域進行應用并取得良好的修復效果。

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Ecological Improvement of Industrial and Mining Wasteland in the East of Qingdao City

Li Chunlin Xu Jianping Qi Chuanlei Zang Xiaolong

(Qingdao Guanzhong Ecology Co , Ltd, Qingdao 266102, Shandong, China)

This paper took the abandoned quarry mine improvement project in the eastern part of Qingdao City as a case study to conduct the research on the growth potential, diversity and coverage of plant community as well as on the soil improvement technology and also evaluate the effect of ecological improvement. The result showed that more than 95% of slope area was covered by vegetation and plant roots went deep into the rock fracture; the Simpson diversity index of the three samples were 0.76, 0.76 and 0.75, respectively, which were relatively high and showed no big differences; soil bulk density decreased 17.61% after vegetation restoration, while the maximum water-holding capacity increased 15.07%, and nitrogen, phosphorus and potassium nutrient content increased significantly. The overall coverage, density and growth speed of plant community which was built with this improvement technology were higher than those of natural vegetation, and the diversity and overall coordination of this plant community is also high. In addition, this technology could also effectively improve the soil condition and increase the productivity of soil.

vegetation restoration, ecological rehabilitation, community, Soil improvement

2017-04-01

李春林(1967-)，男，高級工程師，從事植被恢復和生態修復工作，E-mail:kevinlee822@hotmail.com

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.04.013