襄垣北石底山的林业复垦与生态重建研究

孙海燕,郭文斌

(襄垣县林业局,长治 襄垣 046200)

改革开放以来,随着我国经济的高速发展和城市化进程的不断加快,采石业也随之发展起来,在对社会经济做出贡献的同时,也带来了一系列严重的生态环境问题,如:植被破坏、水土流失、粉尘与噪声污染、景观破坏、生境破碎化等。采石场往往就近选址,多分布于道路沿线和城乡结合处。多年开采遗留下的大量废弃采石场的治理和生态系统的恢复成了我们面临的紧要任务。笔者在山西省襄垣县北石底山进行了废弃采石场林业复垦与生态重建的有益尝试,并取得了阶段性成果。

1 研究区概况

北石底山位于襄垣县城东北约 2.5 km处,北纬36°33′51″～ 36°39′30″,东 经 113°01′33″～113°09′32″,海拔 892m～ 1 240m.属典型的大陆性季风气候,四季分明,光能源丰富,水热条件适中。春季多风,温度回升快,常形成严重的春旱。年均温8℃～9℃,相对湿度 59%,年均降水量 550mm,且57%的降水发生在 7月至 9月。年均无霜期 168 d,全年太阳辐射总量 147.7 kcal/cm2.地带性土壤为褐土,植被属旱生灌丛类型,无天然森林,仅有少量人工疏林。

规划之前,北石底山灰窑密布、石场林立、尘烟弥漫、草木稀疏,个别地段存在违法滥挖侵蚀林地现象。共计采石场 11处,石灰窑 68座,粉灰厂 11个,石子厂 4个,个别采矿区仍在违法开采。地质地貌被破坏的支离破碎,形成弃渣场、开采边坡、平台或坑口迹地、石壁,人为开采、开挖致地表土壤瘠薄,水土流失面积达 90%以上,生态环境恶劣,是周边村庄、县城的重要粉尘、噪声污染源之一。

2 生态重建理论基础

北石底山生态重建工程,采用的是国际著名植被生态学家日本横滨国立大学教授宫胁昭(Prof Akira Mi yawaki)创造和倡导的造林法——环境保护林重建法(即生态造林法,简称宫胁造林法)。该方法依据潜在自然植被和演替理论,提倡采用乡土树种重建乡土森林植被,目的是能够在较短的时间内恢复当地森林生态系统。截至 2002年,日本已有600多个采用宫胁造林法重建环境保护林的成功例子。在马来西亚、泰国、巴西、智利和中国等国家用该方法重建热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林,也有 10多个成功实例。襄垣县北石底山的森林植被恢复和重建中也采用该方法,以期形成接近当地天然林的森林植被。

3 林业复垦与植被重建

3.1 生态重建实质

北石底山的采矿作业属露天开采,长期私挖滥采,地质地貌破坏严重,生态环境脆弱,生态系统抗逆性很差。若不及时采取科学、合理的措施,将会加速新侵蚀地貌的形成。因此,我们必须借助林业复垦基础工程和植被重建工程,对其进行人为诱导改造,并对生态重建过程中可能出现的各种问题进行跟踪评估并匹配相应的技术措施,最终重建一个符合研究区可持续发展的生态系统。

3.2 林业复垦基础工程的再造

林业复垦工程关键技术包括破坏地表的综合治理、植物生长条件的营建以及整体景观的重塑。

3.2.1 破坏地表的综合治理

北石底山地表破坏严重,地形复杂,林业复垦基础工程重在对弃渣场、开采边坡、平台或坑口迹地、石壁等地进行工程处理。我们主要采取“填、埋、垫、喷”的方法实行综合治理,结合地形地貌适当平整,采取必要措施进行处理,再利用原有土壤或客土进行绿化。

3.2.2 植物生长条件的营建

采用调查、类比的方法,对北石底山因开采而形成的生境(采矿区)和原生境(黄土低山丘陵区)进行全面、系统的对比分析,包括时空扰动、岩土结构状况、挖损堆垫状况、地面形态、地表物质组成、土壤性状和植被恢复等方面。采石后余留下的开采边坡和石壁陡峭、土少,难以保水保肥,对植物的生存生长极为不利。我们采取人工围堰、挂网喷草、喷混植生、筑台拉网喷绿等方法进行处理,遵循经济、实用、适宜的原则。

3.2.3 整体景观的重塑

废弃采石场生态重建的关键是通过人工手段改善土壤条件、创造植物生长所需环境,选择适合的植物,重建植物群落,遵循限制性生态因子原则、植物群落演替原理、群落稳定性和多样性原理、生态位原理。不同环境条件下,物种的生长适应性各不相同,应注重先锋树种的选择,并在微环境得到改善的情况下,按照植物群落要求的多种类、多层次、密植、乔灌草相结合的原则进行合理搭配,以形成一个稳定的植物群落,达到整体景观重塑的目的。

3.3 植被重建工程

3.3.1 筛选适生植物种类

选择适生的植物种类是决定废弃采石场森林植被恢复成败的关键。按照宫胁造林法的要求,首先要对襄垣县的森林植被进行系统调查。襄垣县的森林主要是 20世纪 80年代后期营造的人工林,仅在仙堂山一带分布有少量天然林,建群树种以栎类、油松、侧柏为主。人工林以刺槐纯林为主,油松、侧柏、刺槐混交林为辅;经济林以核桃、红枣、山楂为主要树种;平川区的四旁植树以杨树、刺槐、国槐等树种为主。总体而言,全县的森林资源总量偏少、分布不均,纯林多、混交林少,整体生态功能不强,林分结构简单,长势较差,森林覆盖率、人均森林资源拥有量均处于较低水平。所以,北石底山的森林植被恢复工程选择植物种类应遵循以下原则:

1 )选用适应性强、抗逆性好、生长快的乡土树种。废弃采石场类似于植被演替发生初期的原生裸地,可选择适合生长在喀斯特山地上的侧柏。侧柏抗逆性强,易于存活,可不断改善周边的微环境,为其他物种的进入创造条件,促进采石场植物群落的演替。

2 )选用有利于正向演替的植物种类。在先锋植物群落初步形成后,有意识地引入当地地带性植被群落,促进群落正向演替,加速植被恢复。在北石底山植被恢复中,我们选用根系发达、耐干旱瘠薄且固土性强的乡土树种,如:刺槐、紫穗槐、国槐、火炬、山杏、山桃等,灌木选用黄刺玫、酸枣、沙棘等。

3 )促进废弃矿山植被恢复的进程。由于废弃石灰岩矿山立地条件差,生境恶劣,植被要通过自然途径恢复成近自然、稳定的森林过程十分漫长。因此,当先锋植物群落基本形成,采石场的小气候环境得到改善后,我们以人工方式引入适宜当地气候和立地条件的潜在植被或地带性植被的建群种或优势种,进行补植、补种,以改善群落的树种构成,从而加速植被恢复演替进程。

3.3.2 建植技术

北石底山多为采矿后残留的母质、母岩和表土的混合物,砾石含量高、养分匮乏、结构紧实,植物难以扎根。所以,造林整坑前必须进行人工整地,深度、范围达一定标准,并尽可能保留原有植被。适当地段还需施加肥料改良土壤,在石灰地段还应添加保水剂。结合废弃采石场的立地条件和植物生态学特性,对不同植物种类进行科学配置。如:在弃渣场、平台和坑口迹地等坡度较缓、土壤条件相对较好的地方,采用乔、灌、草相结合的配置模式;在石壁部分,土壤条件较差,则以藤、草为主,同时搭配攀援类植物。在不影响正常生长的情况下,应适当密植,以便尽早形成森林景观,发挥生态功能。

采用鱼鳞坑方式进行栽植,起苗运输时需蘸泥浆。裸根栽植要求苗正根舒,适当深栽,分层复土,压实;带土团栽植应保护好土团,栽植时宜从侧方填土,使新土与土团紧密结合;藤本类植物栽植应尽可能选用在营养杯中培养生长良好的带杯藤本植物,栽植时轻轻去掉营养杯,从侧方填土压紧。

3.3.3 管护技术

北石底山植树造林全部采用人工栽植,栽植后采取石片或地膜覆盖等保墒措施。当苗木运送到目的地经验收合格后,要及时栽植,将包装的营养袋一块埋入,扶正苗木后层层填土踏实,使植苗土坨和回填土密切接触。适当深栽,使土坨上的地表土与栽植地的设计地面基本相平或略低于地面,客土回填,保证蓄水深度 30 cm左右。栽后当天浇 1遍透水,在 10 d内浇第 2遍透水,之后在养护初期每隔一段时间浇 1次透水。大风过后要及时检查地表裂缝,扶踩、浇水。

4 讨论

按照宫胁造林法,在苗木栽植后 1 a～3 a内,要进行除杂草、浇水、施肥等简单管理,然后任树苗自然竞争和淘汰。15 a～50 a后,根据土壤条件和降水条件而异,即可发育成类似天然林的森林。

北石底山生态重建工程是在废弃石灰岩矿山的基础上进行的,历经 2 a,公路两侧第一山脊线的视线范围内已是郁郁葱葱、漫山翠柏,道路两侧或经过综合治理的特殊地段,各种阔叶树长势旺盛,平均成活率在 90%以上。这充分证明,侧柏纯林,侧柏、灌木混交林,油松、栎类、灌木混交林这 3种乔灌水保林林地在太行山的废弃石灰岩生态重建中,林分结构比较合理。侧柏作为先锋树种进驻卡斯特地形为改善微环境和森林植被恢复创造了有利条件。在筛选植物种类和重建森林群落方面的有益尝试取得了阶段性进展,宫胁造林法预计可在华北太行山脉沿线的石灰窑分布区、乱砍滥伐区、植被破坏严重等地区进行推广。

[1] 温庆忠.废弃石灰岩矿山森林植被恢复方法探讨[J].林业资源管理,2008(4):119-123.

[2] 王仁卿,藤原一绘,尤海梅.森林植被恢复的理论和实践:用乡土树种重建当地森林——宫胁森林重建法介绍[J].植物生态学报,2002,26(增刊):133-139.

[3] 李永生,李 勇,刘 捷,等.太行山石灰岩中山区树种选择研究初报[J].山西林业科技,1996(1):44-48.

[4] 包志毅,陈 波.工业废弃地生态恢复中的植被重建技术[J].水土保持学报,2004,18(3):160-164.

[5] 束文圣,蓝崇钰,黄铭洪,等.采石场废弃地的早期植被与土壤种子库[J].生态学报,2003,23(5):1 305-1 312.