祁連山自然保護區砂石料場植被多樣性分析

薛 春 許爾文 趙維俊 敬文茂 安潔瓊 楊斌

摘要：為了解祁連山自然保護區砂石料場植被多樣性，以4處典型砂石料場植被恢復地為研究對象，研究了其植被恢復技術和林下草本植被的物種多樣性。結果表明：其植被恢復技術主要是采坑回填、廢棄渣堆平整、河道清淤、廢棄建筑物拆除、排導堤修筑、圍欄封育、覆土、種植單一的喬木或灌木以及草本植物種。植物種的重要值表明，在林下植物以冷地早熟禾（Poa crymophila）和垂穗披堿草（Elymus nutans）占據優勢地位，其他植物種處于劣勢地位。林下植被的多樣性指數包括Margalef物種豐富度指數、Simpson多樣性指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Pielous均勻度指數均偏小，植物多樣性維持在較低水平。建議繼續加強祁連山自然保護區砂石料場植被恢復區的經營和管理。

關鍵詞：祁連山自然保護區；砂石料場；植被恢復；植被多樣性

中圖分類號：S718文獻標識碼A ?????????????DOI：

植被多樣性是反應植被群落內物種分布的數量和均勻程度的度量指標，它不僅關系著系統的生產力和穩定性，同時是表征生態健康和可持續發展的重要指證^[1-2]。而林下植被多樣性涉及生態系統多樣性、遺傳多樣性和物種多樣性，而物種多樣性是生物多樣性的重要組成部分，同時也是生態系統多樣性的基石^[3]，在一定程度上表征了生態系統的穩定性。祁連山自然保護區廢棄礦山地包括砂石料場自2017年被列入山水林田湖草修復工程項目以來，在面對自然環境惡劣、施工難度大的情況下進行了礦山修復的恢復和治理。目前已有人對祁連山礦山生態監測與生態恢復治理評價開展了研究，如劉娟對祁連山自然保護區2014～2018年礦山的開發利用、環境污染和地質災害狀況進行了遙感監測與生態恢復治理評價^[4]，譚岷山等對地處祁連山自然保護區境內的山丹曹家扣金礦生態修復效果進行了研究^[5]，李霞等針對對祁連山自然保護區的礦山現狀提出了地質環境和生態環境的治療方案，并提出了生態修復技術措施^[6]。但鮮有人關注砂石料場植被生態恢復技術及其恢復效果的調查研究。

鑒于此，本研究在祁連山自然保護區內選擇了4處典型砂石料場作為試驗樣地，通過對砂石料場植被生態修復模式了解和調查，研究林下（因為喬木層和灌木層僅有一種樹種）植物種類的重要值和植被多樣性，為祁連山自然保護區的砂石料場的后續經營和管理提供參考。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

本研究在祁連山自然保護區的張掖段選擇了4處典型的砂石料場，包括鸚鴿嘴水庫下方、白泉門砂石料場、大灣砂石料場、九個泉選礦廠，其試驗地基本情況見表1和圖1。研究區年平均氣溫為0～3℃，潮濕系數為0.277～0.301，無霜期90～120天，年降水量150～300 mm，其氣候屬高寒帶干旱山地氣候。區內無長年性的河流，只有許多大小沖溝構成本區地表徑流、泄水系統。由于氣候干旱，降水量很少，除夏、秋雨季有暫時性流水外，其余時間沖溝完全干涸。區內植被主要分為自然植被和人工植被，自然植被主要分為森林植被和草場植被，森林植被分布于祁連山區中山區，主要以針葉類的松柏（青海云杉）為主；草場植被主要分布于中低山區，主要以低矮小草為主，是牧業的主要生產區之一。區內土壤以細砂壤土為主，分布于山前傾斜平原，土壤多為河流（溝谷）沖洪積層熟化而成的沙土類型。

1.2 植被群落特征研究方法

1.2.1 樣地設置

2023年7月，對選擇的4處典型砂石料場進行植被和土壤及地形因子等的調查，包括記錄所在礦點的經緯度、海拔、坡度等地理信息，同時在每處砂石料場植被恢復地進行樣地設置，樣地的設置大小依據植被類型進行設置樣地設置，樣地的設置數量根據植被的分布均勻情況設置3～5個，其中喬木林建立的樣地大小為20m×20m，灌木林建立的樣地大小為5m×5m，草本建立的樣地大小為1m×1m。

1.2.2 植被和土壤調查

在所建立的樣地中，記錄樣地內的喬木林、灌木林和草本植被的總蓋度，然后分類記錄樣地每種植物的名稱、高度、分蓋度、冠幅、株數/叢數、生長情況等，其具體的調查方法參考《生物多樣性觀測技術導則?陸生維管植物（HJ 710.1-2014）》國家環境保護標準^[7]。用鐵鍬挖掘土壤剖面，記錄土壤剖面的相關信息，包括厚度、結構、根系分布等信息。同時收集了砂石料場的人工植被恢復模式和相關技術的有關資料，并通過附近居民了解植被恢復歷史和人為干擾活動對植被恢復的影響等。

1.2.3 數據分析

先用Excel2019進行數據整理和統計，再計算林下草地植被群落的重要值和α多樣性指數，包括Margalef物種豐富度指數、Simpson多樣性指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Pielous均勻度指數，其具體的計算方法詳見參考文獻[8-9]。

2 結果與分析

2.1 砂石料場植被生態修復技術

研究的祁連山區四處典型砂石料場的植被技術方案見表2。除在鸚鴿嘴水庫種植沙棘之外，其他3處砂石料場均種植青海云杉和撒播草籽。具體來講，沙棘具有很強的根蘗能力，因此可以直接種植在礫石或者砂石較多的土壤中，但要保證其20cm土層下有壤土存在。造林技術采取的是植苗造林，一般在春秋季節進行，需要在春季土壤解凍之后，此時土壤水分相對較高，一般可在4月份的中上旬進行營造。秋季也是土壤墑情相對理想的時候進行造林季節，在這個過程中要考慮前期的雨水情況進行營造。株行距2.0m×2.0m，栽樹一般用30cm×30cm×40cm的方坑，植株的高度達到1m以上，種植時避免出現一穴多株、窩根的情況發生。青海云杉種植和撒播草籽則需要在砂石料場整理地上進行覆土，覆土厚度60cm以上，種植時間為春季或者秋季，株行距2.0m×1.5m，栽樹一般用50cm×50cm×60cm的方坑，以保證林木根系深扎和平鋪的需要。為了更好的生長成活及提高其抵抗能力，一般要求苗木高度為120～150 cm，苗根需要帶直徑50～60 cm的土坨。

適宜的水分是苗木成活生長的保證條件，特別是地處海拔低處的砂石料場植被恢復地，一般砂石料場大多靠近河流（溝谷）等水源地，所研究的4處砂石料場均靠近水源地，灌溉水較為方便。同時考慮樹種的生物學和生態學特性，適時適量地補給苗木對水分的需求，對沙棘林和青海云杉林的苗木每年灌溉5～6次為適宜的灌水次數，一般應在年初土壤解凍后，苗木萌動生長開始時，應及時進行第一次灌水，以后依氣候、土壤的水分狀況進行灌溉，10月底至11月初應灌足冬水，以確保苗木的安全越冬。

2.2 砂石料場植物種類的重要值

對研究的祁連山區四處典型砂石料場林下植被種類及其重要值進行了統計分析，見表3和表4。從表3可以看出，砂石料場林下共發現23種草本植物。從表4可以看出，不同植被種類的重要值當中，其中重要值最大的是冷地早熟禾和垂穗披堿草，其重要值分別是0.267607和0.195003，重要值均大于0.1^[3]，其他植物種類的重要值均小于0.1^[3]，說明在林下植物以冷地早熟禾和垂穗披堿草占據優勢地位，其他植物種處于劣勢地位，因為這2種草本植物種是人工撒播種植的，但鸚鴿嘴水庫下方的砂石料場除外，此處未進行人工撒播草籽。

2.3 砂石料場植被多樣性分析

對研究的祁連山區四處典型砂石料場林下植被的多樣性指數進行了統計分析（表5），從表5可以看出，4處砂石料場植被恢復地的α多樣性指數整體上來看，存在明顯的差異。其中白泉門砂石料場的Simpson多樣性指數是0.556356、Shannon-Wiener多樣性指數是0.956538、Pielous均勻度指數是0.546349，其多樣性指數明顯大于鸚鴿嘴水庫下方的多樣性指數，其Simpson多樣性指數是0.172614、Shannon-Wiener多樣性指數是0.412205、Pielous均勻度指數是0.268141，雖然白泉門砂石料場的多樣性指數較其他3處砂石料場大，但白泉門砂石料場的多樣性指數還是偏小^[10]。

3 結論與討論

對祁連山自然保護區砂石料場目前的通用恢復技術是采坑回填、廢棄渣堆平整、河道清淤、廢棄建筑物拆除、排導堤修筑、圍欄封育、覆土、種植喬灌木，這種恢復技術是適合的，也是可行的一種生態修復模式，即：采用工程措施和人工輔助恢復措施，使砂石料場的的生態系統逐步恢復或使生態系統向良性循環方向。從不同物種的重要值來看，重要值大于0.1的物種僅有垂穗披堿草和冷地早熟禾，而且這2種草本是人工種植的，經過5年的恢復期生長，其生長狀況良好，說明人工種植的垂穗披堿草和冷地早熟禾具有很強的生態適應性，具有抗寒、抗旱、耐貧瘠、耐鹽堿性的特征，而且在輕黏性暗栗鈣土生長繁茂、具有較高的生產力。因此，這2種草本植物適宜在祁連山的砂石料場恢復地進行種植。多樣性指數數值相對較小，說明目前的4處砂石料場人工植被恢復區樹種單一，林下草本植物多樣性維持在較低水平，目前的植被恢復地需要繼續加強經營和灌木，因生長青海云杉和沙棘樹種，需要定期進行灌溉水，以保證喬木和灌木的生長需要以及林下草本植物種向野生化方向演替。本研究只是選擇了4處砂石料場作為試驗樣點，未能客觀的表述目前的恢復態勢下的植被多樣性特征，所以今后增加多處樣點，增加樣本容量進一步開展相關調查研究，為祁連山砂石料場的植被恢復提供資料佐證。

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