尾矿库不同恢复措施对爬地柏生长及生理生化特性的影响1)

叶彦辉 韩艳英 张涪平

(西藏农牧学院，林芝，860000)

爬地柏 (Sabinaprocumbens(Endl.)Iwata et Kusaka)属柏科刺柏属，阳性树种，具有耐寒、耐干旱的特性，可以用于防风固沙、水土保持、城市绿化及生态造林［1］，是西藏植被恢复的首选灌木良种。对爬地柏的研究目前主要集中在扦插繁育上［2］，而对其生理生化特性的研究还未见报道。环境与发展，是当前国际社会普遍关注的重大问题，矿产资源是人类赖以生存和发展的重要生产资料之一，矿业是国民经济的重要支柱产业，为国家经济建设提供了能源和原材料［3-7］。矿业开发促进经济发展和社会进步，但是，矿山开采长期占用、破坏、污染土地，改变了区域水热结构，破坏了动植物区系，引发一系列社会经济与生态环境问题，对此必须有充分认识并要寻找妥善的解决办法。拉屋矿是以铜、铅、锌为主的典型矽卡岩型多金属矿，矿区土壤己经受到不同程度的Cd污染，影响植物的生长和发育，土壤有机质含量比较低，肥力低，保水性差，冬春季节降水量很少，一般只占年降水量的20%以下［8］，这些是矿山废弃地植被恢复的主要困难。目前，国内对矿山废弃地的研究大多集中在生态恢复的引种方法、栽植技术以及工程措施方面［9-13］，而对恢复过程中植被生长状况的研究很少。在拉萨当雄拉屋矿山通过采用不同恢复措施进行爬地柏种植试验，研究爬地柏在该尾矿库的生长状况和生长适应性，以期为尾矿库废弃地的生态修复提供科学指导，为今后矿区治理工作提供理论依据。

1 研究区概况

拉屋矿(Cu-Zn-Pb矿)地处当雄县，阳坡地面，地理坐标：东经：91°39'21.8″～91°43'8.8″;北纬 30°26'33.9″～30°28'41.7″，属藏北高原与藏东高山峡谷结合地带的高原山区。矿山工作区海拔高度4 360～5 464 m，相对高差1 100 m左右，坡度在30°以上。矿区面积3.70 km2，开采范围 0.75 km2。矿区内主要河流是拉屋河，为常年性河流，属雅鲁藏布江水系。该区气候属高原亚寒带半干旱、半湿润季风气候区，无霜期3个月，多大风、冰雹，气候干燥寒冷，冬春多雪，长冬无夏。年日照时数2 405.2～2 866.2 h。6—8月降水集中，年降水量406～695 mm。属典型的高寒草甸类草地，主要植物有矮生嵩草(Kobresiahumilis)、西藏嵩草(KobresiatibeticaMaxim)、西藏苔草(CarexthibeticaEr-anch)、紫羊茅(Festuca rubraL.)、垂穗披碱草(ElymusnutansGriseb.)、高山柳(SalixcuplarisRehd.)、高山小檗(BerberisalpicolaSchneid)、狼毒(StellerachamejasmeL.)、小叶杜鹃(RhododendroncapitatumMaxim)、爬地柏(Sabina procumbens(Endl.)Iwata et Kusaka)和三颗针(BerberissargentianaSchneid)。

2 研究方法

2.1 材料与处理

2009年4月在拉萨当雄拉屋矿山尾矿库进行植被恢复，设置不同恢复措施：客土+鸡蛋框(在穴底部先铺设鸡蛋框，然后在鸡蛋框上面铺10～15 cm客土)、客土+保水剂(在穴内铺设10～15 cm客土，撒入0.1%的保水剂与之拌匀)、客土+保水剂+羊粪(在穴内铺设10～15 cm客土，撒入0.1%的保水剂，加入15%的羊粪充分拌匀)、客土+鸡蛋框+羊粪(穴底部先铺设鸡蛋框，然后在鸡蛋框上面铺10～15 cm客土，加入15%的羊粪充分拌匀)、客土+鸡蛋框+保水剂(在穴底部先铺设鸡蛋框，然后在鸡蛋框上面铺10～15 cm客土，撒入0.1%的保水剂与之拌匀)、客土+鸡蛋框+保水剂+羊粪(在穴底部先铺设鸡蛋框，然后在鸡蛋框上面铺10～15 cm客土，撒入0.1%的保水剂，加入15%的羊粪充分拌匀)和对照(未作处理)7种处理，3个重复，30株为一个小区，试验中所用鸡蛋框为普通锯末制成，具有吸水、保湿、防渗漏的作用，而且在密封穴内1～2 a内完全腐烂分解。按照不同恢复措施进行爬地柏造林试验，每种措施种植200株，采用穴植，规格40 cm×40 cm，株行距3 m×2 m，定期观测成活率、生长情况。2010年5月在拉屋尾矿库进行采样，每个小区内选择3株爬地柏，采集新鲜叶片，叶片在液氮中迅速冷冻带回实验室，然后置于冰箱中-70℃保存待测生理指标。

2.2 测定指标及方法

用直尺及游标卡尺调查全部爬地柏的苗高、地径和冠幅(测量东西冠幅和南北冠幅，取其平均值);相对含水量和水分饱和亏采用烘干法测定，称鲜叶质量后用蒸馏水浸泡24 h，然后称饱和鲜叶质量，最后在105℃下烘8 h后(达到恒质量)称干质量。相对含水量=(鲜叶质量-干质量)/(饱和鲜叶质量-干质量)×100%，水分饱和亏=(1-相对含水量)×100%;脯氨酸质量分数采用磺基水杨酸提取茚三酮显色法测定;叶绿素质量分数采用丙酮浸提法测定;可溶性糖质量分数采用恩酮比色法测定;丙二醛摩尔质量浓度采用硫代巴比妥酸法测定［14-15］。

2.3 数据处理

运用Excel2003和SPSS17.0软件对试验数据进行统计分析，n=3，并采用单因素方差分析(Oneway ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较不同处理组间的差异。

3 结果与分析

3.1 不同处理下爬地柏苗木的生长状况

不同处理均可以提高爬地柏的苗高和地径生长，其中，不同处理下苗高由高到低依次为处理6、处理5、处理4、处理3、处理2、处理1，与对照相比，分别增加了 100.99%、87.91%、56.59%、34.62%、20.33%、7.14%。不同处理下地径由高到低依次为处理6、处理4、处理5、处理 3、处理 2、处理 1，与对照相比，分别增加了 49.23%、45.45%、34.82%、27.96%、3.60%、3.09%。不同处理下冠幅由高到低依次为处理6、处理5、处理4、处理3、处理2、处理1，与对照相比，分别增加了 102.31%、86.57%、76.85%、59.72%、42.59%、19.91%。由表 1 可知，不同处理下爬地柏苗高、地径和平均冠幅与对照均差异显著(P＜0.05)，表明不同处理均可促进苗木的生长，其中处理6效果最好，苗高、地径、平均冠幅分别为36.58 cm、8.70 mm、21.85 cm。

表1 不同处理下爬地柏的苗高、地径和平均冠幅

3.2 不同处理对爬地柏生理生化指标的影响

对叶片水分饱和亏和相对含水量的影响：水分饱和亏表示了植物达到充分饱和状态所需要的水量，在相同的水分条件下，植物的水分亏越小，表明其受旱程度越小，抗旱能力越强［16］。相对含水量和水分饱和亏比单纯的含水量更能较为敏感地反映植物水分状况的改变，在一定程度上反映了植物组织水分亏缺程度。由表2可知，不同处理的组织相对含水量与对照相比差异显著(P＜0.05)，且均高于对照，而不同处理间差异不明显。其组织水分饱和亏除了处理4与处理5外差异都显著(P＜0.05)且低于对照。不同处理措施对苗木保持水分起到了不同的作用，处理6措施下叶片的相对含水量为82.11%，比对照提高了54.37%，处理1、处理2、处理3、处理4、处理5也分别比对照提高了15.02%、20.23%、26.75%、33.69%、37.56%。说明不同处理措施均能够增加爬地柏土壤的含水量，使其受旱程度减小，抗旱能力增强。

表2 不同处理下爬地柏的生理生化指标

对叶绿素的影响：叶片叶绿素含量的高低可直接反映植物对干旱胁迫的抵抗能力，通过测定叶绿素含量的变化可以判断植物抗旱性的强弱，通过叶绿素含量的变化也可反映植物生长环境的优劣［17］。由表2可以看出，爬地柏在不同处理下，植物的叶绿素a、b质量分数与对照相比差异极显著(P＜0.01)且高于对照，以处理6增加最多，每克新鲜叶片中叶绿素a质量分数为51.55 mg/g，比对照提高了257.49%，叶绿色b为20.44 mg/g，比对照提高了272.31%。总体看来，不同处理措施都能促进植物的生长，提高叶绿素质量分数，尤以处理6效果最好。

对可溶性糖质量分数的影响：可溶性糖是一种重要的渗透调节物质，在干旱胁迫环境里，植物体内可溶性糖含量的变化在一定程度上能反映其对不良环境的适应能力。由表2可知，在不同的处理条件下，可溶性糖质量分数与对照相比都有不同程度的减少，差异均显著(P＜0.05)，这说明不同的措施对苗木生长环境起到了不同的改良作用。处理6既保证了土壤水分，同时又增加了土壤中养分含量，因此，苗木生长良好，可溶性糖质量分数最低，而对照组由于苗木比较干旱、养分不充足，其可溶性糖质量分数明显高于其它处理。

对丙二醛质量摩尔浓度的影响：有研究认为，丙二醛质量摩尔浓度与植物抗旱性密切相关，即丙二醛质量摩尔浓度大量增加时，植物体内细胞受到较严重的破坏。由表2可以看出，不同处理叶片中的丙二醛质量摩尔浓度显著低于对照(P＜0.05)，说明各处理措施下，爬地柏生长良好，没有受到干旱胁迫，以处理6的丙二醛质量摩尔浓度最低，效果最明显。

对游离脯氨酸质量分数的影响：植物在正常条件下，游离脯氨酸质量分数很低，但在干旱胁迫下，植物体内脯氨酸合成增加或分解代谢减少，逆境条件下植物体内大量积累脯氨酸，细胞内脯氨酸水平提高。由表2可知，不同处理均会引起爬地柏脯氨酸质量分数显著下降。在没有任何处理措施下，由于尾矿库条件恶劣，一方面容易造成干旱，另外土壤养分也得不到改善，因此，苗木生长受到胁迫，表现为脯氨酸质量分数最高(6.8μg/g)，分别比处理1、处理2、处理3、处理4、处理5、处理6高出33.86%、55.25%、178.69%、226.92%、248.72%、368.97%。

4 结论与讨论

矿山尾矿库土地恢复是一个涉及生态学、环境科学、土壤学、植物生理学等多种学科、多种约束条件的、复杂的系统工程，对其恢复利用方式要进行系统和综合分析，多方案比较，才能选择恰当的方式，取得较好的效果。在西藏当雄拉屋矿山尾矿库进行的爬地柏栽植试验表明，采用客土+鸡蛋框、客土+保水剂、客土+保水剂+羊粪、客土+鸡蛋框+羊粪、客土+鸡蛋框+保水剂、客土+鸡蛋框+保水剂+羊粪等恢复措施对植物的生长以及叶片生理特性有着明显改变。爬地柏叶片的叶绿素质量分数和相对含水量与对照相比都有所提高，丙二醛摩尔质量浓度、可溶性糖和脯氨酸质量分数与对照相比都有所降低。在不同处理下，苗高、地径和冠幅都有了不同程度的提高，其中“客土+鸡蛋框+保水剂+羊粪”处理下效果最优。说明采用不同的处理措施改良了爬地柏的生长环境，一方面增加了土壤的养分，另一方面增加了土壤含水量，促进了植被的生长。在今后的矿山废弃地恢复中要推广这些技术，为植被恢复提供良好的技术支撑。通过研究尾矿库废弃地植被生长规律，可为今后通过对植被演替阶段的人工模仿和控制、加快植被恢复的速度提供技术支持。

尾矿库废弃地植被恢复研究具有很强的区域性，研究结果会因所选择研究区域的不同而不同，而且矿业废弃地退化生态系统类型多样、退化程度与退化原因各异，其恢复过程中生物多样性的变化规律、功能和作用机制也不同。植被的恢复以及整地方式对尾矿库废弃地的土壤状况有明显影响，对于不同的植被恢复目标，应采取不同的植被恢复模式和整地方式。因此，今后需要对不同区域矿业废弃地退化生态系统做更深入地研究，从而制定科学的矿业废弃地退化生态系统恢复措施和生物多样性保护措施。本研究表明6种恢复措施在一定程度上改善了爬地柏的生长环境，提高了土壤的水分含量，但笔者仅对爬地柏1个树种进行了研究，试验对象受到限制，这6种恢复措施对其它树种是否有同样的效果，有待于进一步深入研究。

［1］白育英，郭永盛.沙地柏扦插繁育及苗木栽培技术［J］.内蒙古林业科技，2010，36(1)：25-26.

［2］杨宏伟，郭永盛，尚海军，等.爬地柏扦插繁育试验研究［J］.内蒙古林业科技，2011，37(4)：44-45，48.

［3］彭凤，赵德君.凤凰山采石矿山的景观恢复探讨［J］.安徽农业科学，2007，35(12)：3566-3567，3662.

［4］Bank A D.Reform of environmental and land legislation in the People’s Republic of China［M］.Manila：Asian Development Bank，2000：234-258.

［5］Marrs R H，Bradshaw A D.Nitrogen accumulation.cycling and the reclamation of china clay wastes［J］.Journal of Environmental Management，1982，15：130-157.

［6］谭绿贵，傅先兰，汪万芬，等.寿县八公山景区放牛山石料矿山生态恢复对策探讨［J］.皖西学院学报，2008，24(5)：121-125.

［7］王存存，陈东田，王永佼.论采石场的生态恢复和景观重建：以山东省菏泽市巨野县为例［J］.山东林业科技，2006(6)：37-38，48.

［8］刘宗磊.藏中拉屋矿山植物生长限制因子研究［D］.林芝：西藏大学，2011.

［9］Wong M H.Ecological restoration of mine degraded soils，with emphasis on metal contaminated soils［J］.Chemosphere，2003，50(6)：775-780.

［10］鲁统春，高德武，王创争，等.废弃采石场植被快速恢复研究［J］.水土保持研究，2006，13(6)：210-212.

［11］Bell L C.Establishment of native ecosystems after mining-australian experience across diverse biogeographic zones［J］.Ecological Engineering，2001，17(2/3)：179-186.

［12］韩方，李传荣，孙明高，等.废弃采石场植被自然恢复初期群落的结构特征［J］.中南林业科技大学学报，2008，28(2)：35-49.

［13］Bradshaw A.The use of natural processes in reclamation：advantages and difficulties［J］.Landscape and Urban Planning，2000，51(2/4)：89-100.

［14］张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导［M］.3版.北京：高等教育出版社，2003：35-43.

［15］潘东明，李合生.植物生理生化实验原理和技术［M］.北京：高等教育出版社，2000：119-263.

［16］丛日春，胡雅君，刘洪庆.几种攀缘植物耐旱性研究［J］.内蒙古林学院学报，1996，18(3)：33-39.

［17］张福锁.土壤与植物营养研究新动态［M］.北京：北京农业大学出版社，2002.