北京门头沟采石场废弃地造林树种生长状况调查

石丽丽，赵廷宁，王雄宾，谷建才

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京;2.河北省石津灌区管理局，050051，石家庄;3.河北省水利科学研究院，050051，石家庄;4.河北农业大学，071000，河北保定)

长期进行矿产开采，不仅侵占大量土地、产生大量废弃地［1］，还带来很多污染［2-5］，导致很多尾矿处置地区严重缺乏植被［6-7］。植被恢复被认为是减少尾矿环境危害最有效的方法［7-9］。矿山开采地植被恢复是矿区土地复垦的重要内容［10-11］，也是恢复生态学极为关注的研究领域之一［12-15］。树种适应性评价是矿山植被恢复的关键环节［10，15］，挑选适合改造矿山环境的树种，做到适地适树，才能够使矿山废弃地生态恢复得到预期的效果。以往对金属矿［7，10，16-17］、煤矿［12-14，18］的植被恢复研究较多，而对采石场植被恢复研究较少，而且植被恢复研究以研究植物多样性为主，对矿山废弃地植被适应性，特别是乔木、灌木中的适应性研究更是不足;因此，笔者调查2004年在北京门头沟废弃采石场矿山植被恢复工程中的乔木、灌木树种生长情况，并对其适应性进行分析，以期为采石场废弃地植被恢复提供科学依据。

1 研究区概况

研究地点选择在北京博利达化石厂的弃矿区，该弃矿位于北京市门头沟区妙峰山镇担礼村狗窝，E 116°0′19.9″，N 39°59′8.9″，占地面积 4 km2。该矿区从1968年开采，1990年起陆续关闭，到2004年已经全部关闭。2004年开始植被恢复工程，在采石后的矿山废弃地上进行覆土、造林整地、栽植乔灌木，进行抚育管理。

研究区属中纬度大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥，年平均气温10.2℃，最低温度-15℃，7、8月份温度最高。研究区年均降水量600～700 mm，多集中7—8月份，无霜期170～200 d。土壤类型主要为碳酸岩褐土、山地淋溶褐土和山地棕壤。

2 调查方法

2.1 标准地调查

2011年9月对其树种生长状况进行调查，选取具有代表性的树种设置标准地11块，其中乔木标准地8块(分别为黄栌(Cotinus coggygria var.pubescens)林、侧柏(Oriental arborvitae)林、火炬(Rhus typhina Nutt)林、桧柏(Sabina chinensis)+侧柏混交林、杜仲(Eucommia ulmoides)林、油松(Pinus tabulaeformis)林、国槐(Sophora japonica)林、银杏(Ginkgo biloba)林)、灌木标准地3块(分别栽植桃树(Amygdalus persica)、连翘(Forsythia suspense)、丁香(Syzygium aromaticum L.Merr.EtPerry))，记录标准地的面积、海拔、立地条件(坡度、坡向)、林分类型、土壤类型等生态环境因子。在标准地进行每木检尺，分别记录树种名称、树高等。标准地概况见表1。

表1 标准地概况Tab．1 General situation of sample plot of different forest stands

2.2 树高归一化处理

为了消除由于不同树种高度区间不同而产生的影响，本文采用树高归一化的处理方法，即

式中:H′为归一化树高;hmax为某树种树高最大值;hmin为某树种树高最小值;hi为实测树高。

将归一化高度分为 5类:Ⅰ(0～0.20)、Ⅱ(0.21～0.40)、Ⅲ(0.41～0.60)、Ⅳ(0.61～0.80)、Ⅴ(0.81～1.00)。

2.3 适应性指数计算

适应性指数用方差计算，即

3 结果与分析

3.1 植被高度结构分析

3.1.1 乔木树高结构分析 从各乔木植被类型的高度结构图(图1)可知，黄栌株数分布差异较大:高度级Ⅰ的黄栌小树较多，占总株数的48%;高度级Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ的黄栌分别占总体的12%、4%、12%和24%。侧柏株数分布差异较小，分布较均匀，高度级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的比例依次为24%、24%、20%和24%，高度级Ⅴ的侧柏株数较少，占总体的8%。火炬高度级Ⅰ的小树最多，占总株数的40%;其次为高度级Ⅲ，为24%;其余高度级均较小，高度级Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ的火炬分别占总株数的12%、8%和16%。桧柏+侧柏混交林株数分布差异较大，高度级Ⅳ和Ⅴ的比例较高分别为30%和32%，高度级Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的比例分别为16%、8%和14%;高度级Ⅰ和Ⅴ中，桧柏和侧柏的比例相当，高度级Ⅳ中桧柏比例明显高于侧柏。杜仲高度级Ⅳ的比例最大，为40%;其次为高度级Ⅱ，为28%;其余3个高度级的比例均较小，高度级Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ的比例分别为8%、8%和16%。油松株数分布较均匀，除占总株数28%的高度级Ⅲ和占总株数24%的高度级Ⅴ外，其余3个高度级比例都为16%。国槐株数分布差异显著，高度级Ⅳ的国槐占总数的52%，其余所占比例都较低，高度级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ所占比例分别为12%、8%、16%和12%。银杏中小树所占比例较大，高度级Ⅰ株数占总株数的32%;高度级Ⅳ的银杏占总数的28%;其余高度级所占比例较低，高度级Ⅱ、Ⅲ和Ⅴ分别为12%、16%和12%。

图1 各乔木植被类型的高度结构图Fig．1 Height structure of the arbor species

3.1.2 灌木高度结构分析 从各灌木植被类型的高度结构图(图2)中可知，丁香高度级Ⅴ的个体最多，占总个体数的40%，树高在1.6～1.7 m之间的丁香比例较大;其次是高度级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的个体术分布较均匀，均约占总株数的16%。丁香在此环境下高生长已产生分化，竞争局面明显，比较适合目前环境。连翘高度级Ⅰ的个体最多，占总个体数的40%;其次是高度级Ⅳ的个体，占总株数的24%;高度级Ⅱ、Ⅲ的个体数均占总株数的16%;高度级Ⅴ的个体为4% ，表明灌木层连翘高度级Ⅴ中，连翘个体数最少。从整体来看，株数分布差异较大，高度分布差异较小，较适合连翘灌木生长。桃树高度级Ⅳ和Ⅴ的桃树株数最多，2个高度级占总个体数的64%;其次是高度级Ⅰ的个体，占总株数的28%;高度级Ⅱ和Ⅲ的个体都为4%，个体数较少。桃树高生长分异强，桃树比较适应环境。

图2 各灌木植被类型的高度结构图Fig．2 Height structure of the shrub species

3.2 植被适应性分析

3.2.1 乔木适应性分析 乔木生长首先表现为高生长，高生长的竞争状况在一定程度上说明其对环境的适应性。由于不同树种高度年净生长量不同，采用归一化处理的方法，尽量减弱原始高度影响，并结合归一化树高与适应性指数，对各乔木树种高生长进行适应性分析。指数越大说明树种对环境越适应，分析结果见表2，可知，乔木树种对门头沟区废弃矿环境适应性由强至弱依次是黄栌、银杏、油松、火炬、侧柏、桧柏+侧柏混交林、杜仲、国槐。其中:黄栌的适应性指数为0.142 2，是所有树种中指数值最大的，说明目前黄栌对环境适应性最好;其次为银杏的适应性指数为0.105 0，说明该地区的环境较适应其生长，银杏生长良好;油松与火炬指数值差异较小，对矿山恢复后的环境较适应;侧柏的指数值为0.085 8，在该地区环境下，已表现出了一定程度竞争局面，说明目前侧柏能够适合此环境;侧柏与桧柏混交林的指数值为0.081 1，说明桧柏与侧柏混交林，在此环境下树高竞争较剧烈，比较适合其生长;杜仲的指数值为0.068 3，国槐的指数值为0.059 7，说明杜仲、国槐在此环境下树高生长产生了一定的分异，高生长已形成强烈的竞争局面，目前对生长环境适应性较差。

表2 不同乔木立地适应性综合分析Tab．2 Comprehensive analysis of site adaptability of different tree species

3.2.2 灌木适应性分析 结合高度级计对各灌木树种进行方差分析。方差越大说明灌木树种对环境越适应。分析结果为:桃树方差值最大，为0.122 6，说明桃树环境适应性最强;丁香次之，其分差值为0.117 0;连翘较差，其方差值为0.107 6。

4 结论与讨论

评价过程中，构建了树木适应性指数，它是根据树木生长规律来建立的，树木生长有其自身的规律。树木在生长前期，首先出现高生长高峰，之后胸径才开始进入高速生长阶段。根据树木生长的这一性质，用同一树种前期高生长分异程度，表明了其竞争状况［18］。

通过构建适应性指标对门头沟采石场废弃的植被恢复中树种的适应性进行了评判，结果表明:灌木适应性总体上比乔木适应性强。乔木适应性排序为黄栌＞银杏＞油松＞火炬＞侧柏＞桧柏+侧柏混交林＞杜仲＞国槐，灌木适应性排序为桃树＞丁香＞连翘。通过实际调查发现，利用所构建的树种适应性指数对门头沟采石场废弃地植被进行评判比较符合实际。

本文建立的树种适应性指数只是考虑树高对其适应性的评价，未添加评价指标(如成活率、保存率等)、等级划分、权重等，今后需综合考虑其他指标，完善树种适应性评价体系。

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