8种植物在废弃煤矿植被恢复中的应用

李强

〔山西潞安矿业（集团）有限责任公司林业处，山西 长治046204〕

中国是世界上最大的煤能源生产及消费国，煤矿开采导致了矿区矸石废弃地土壤污染，受污染的矸石废弃地包括采矿废弃地、尾渣废弃地和废石堆积地等［1，2］。在煤矿区废弃地，造成大量水土流失，且植被稀少，土壤养分贫乏，土壤自我修复能力较弱，并导致土壤、水体和大气污染，引发一系列生态环境问题，严重威胁当地的生态环境。对于煤矿废弃地进行土壤复垦，最常用的方法之一是植被恢复。

研究表明，在煤矿废弃地进行植被恢复，可以明显改善土壤理化性质，维持物种多样性。因此，废弃煤矿区的植被恢复已成为各国环境污染领域的研究热点。矿山植被恢复的研究在英、美、澳等有悠久开矿历史的发达国家开展较早，美国在1977年就颁布了全国性的土地复垦法规，目前被开采的各类矿山破坏土地的复垦率已达到了70.5%。1996年在美国召开了国际恢复生态学会议，专门探讨了矿山废弃地的生态恢复问题。我国对矿山废弃地生态恢复和重建的研究从20世纪90年代才逐步得到重视，废弃矿山复垦率较低，我国废弃矿山生态恢复任重而道远。近几年，我国在废弃矿山生态恢复与重建方面做了一些工作，比如在大型煤矿区生态重建、金属尾矿的植被恢复等方面开展了卓有成效的探索。但是，总的来说，针对不同类型矿山废弃地植被恢复技术的研究还比较欠缺。

中国煤矿区大多集中在北方干旱半干旱等生态环境较恶劣的地区，植被稀少，土壤养分含量低，植被恢复较为困难。本试验以潞安集团石圪节煤矿废弃地为研究对象，采用直播造林和植苗造林两种模式，研究了两种造林模式苗木成活率，旨在为废弃煤矿地植被恢复提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地为潞安集团石圪节煤矿，位于山西长治市郊区，现已停产。本区属典型大陆性气候，干燥多风，四季分明，年平均气温8.9℃，日最高气温37.4℃，最低气温－29.1℃。年平均降水量为583.3 mm，最大917.0mm，最小414.0mm，雨季集中在7—9月，日最大降水量109.7mm。年平均蒸发量为1 755.3mm；最高为 1 996.3mm，最低为1 502.1mm。年主导风向为西北风，夏季风向为东南风，最大风速为17m·s－1。冰冻期为每年10月末到翌年4月，最大冻土深度为0.75m。

1.2 试验设计与观测方法

1.2.1 供试植物 供试植物共有8个种。试验所用苗木、种子由山西省林科院提供。

1.2.2 试验设计 试验采用单因素随机区组设计，3次重复。种子直播采用的小区面积为5m2（2m×2.5m），每小区播150粒种子。播种前进行催芽，具体方法：火炬树播前进行沙藏层积至翌年春天。播前用碱稍揉搓，去其种皮上的蜡质，然后用40℃的热水浸烫5min，不断搅拌，然后捞出，混湿沙置于20℃室内催芽，20d左右露芽时即可行条播。构树播种前进行浸种处理，种子置在35～40℃温水中浸泡24h左右，滤水后进行播种。花椒对种子进行脱油处理，具体脱油方法为：一是配制溶液，将200g洗衣粉加温水溶解，然后兑50kg冷水搅匀，倒入水缸或水盆内，水温50～60℃；二是搓油，将要处理的种子倒入洗衣粉溶液里，用木棒等反复捣搓，搓至种皮的亮黑色成褐色为止；三是浸泡清洗，溶液中因混有搓掉的油质，黏度较大，搓洗后，用清水浸泡6～10h，软化种皮，再用清水反复冲洗，直至种皮无油质时捞出晾干待播。刺槐采用浸种催芽，具体方法是将种子放入容器，加入50～60℃热水浸泡一昼夜后捞出膨胀的种子，沉底的未膨胀种子换热水重复进行，有1/3裂口即可播种。臭椿采用赤霉素催芽，用30～40℃温水浸种一昼夜，种子吸足水分后，捞出放于蒲包内，放在20～25℃温度下催芽，每日早晚各浇水一次，翻倒均匀，待种子有50%以上露白即可播种。山杏和山桃采用层积催芽；沙棘采用浸种催芽。播后覆土，未加覆盖。植苗造林中，每个树种试验小区面积为80m2（10m×3m），密度按（2m×2m），各栽植20株2年生幼苗。2014年4月20日进行播种和栽植，5月10日统计播种出苗率，5月20日统计栽植发芽率，2014年9月统计其成活率，并对成活的种类采用目测法判断其生长状况。

1.2.3 管理及生长观测 造林后浇一次定根水，其后均未浇水。采用目测法，把植物的生长状况分为5级：即旺盛、良好、中等、弱和不适宜。能很好适应土壤条件，生长旺盛、叶色浓绿的植物被判定为“旺盛”级；能适应土壤条件，生长良好，但长势次于“旺盛”级，叶色淡绿的植物被判定为“良好”级；能适应土壤条件，生长势一般，叶色淡黄的植物被判定为“中等”级；在土壤上勉强能够生存，生长势弱，叶色异常的植物被判定为“弱”级；种植后不适宜土壤条件，在生长季节相继死亡的植物，被判定为“不适宜”级。

2 结果与分析

2.1 种子直播方式情况

从表1可以看出，不同树种出苗率有显著差异，其中花椒出苗率最低，为4.98%，构树出苗率最高，为40.12%；构树和刺槐之间没有显著差异；火炬树、山杏之间差异不显著。从试验数据可以看出，直播方式进行植被恢复，种子的出苗普遍不高。但经过一段时间的生长之后，到9月再去调查时，存苗率均为0%，也就是说用种子直接在这样条件的矿渣地上进行植被恢复是不行的。原因主要在于土壤瘠薄，保水保肥能力弱，试验的8种植物都没有存活。

表1 种子直播苗木成活情况

表2 植苗造林苗木成活情况

2.2 植苗造林苗木成活情况

从表2可以看出，不同植物发芽率有显著差异，其中火炬树的发芽率最低，为59.37%，刺槐发芽率最高，为93.89%。山杏、山桃之间没有显著差异，平均发芽率基本相同；构树、臭椿、沙棘之间发芽率也没有显著差异。

从成活率来看，成活率在70%～80%有4个种，80%以上只有刺槐一个种，60%以下有两个种，60%～70%之间有两个种。说明只要选择适合的树种，采取一定的技术措施，在矿渣地上造林还是能够成功的。

3 结论与讨论

根据试验结果，在参试的8种植物中，直播造林出苗率均为0，说明直播造林对废弃煤矿地植被恢复是行不通的；植苗造林刺槐成活率最高，为86.67%，且生长旺盛，其次为沙棘、臭椿、构树，成活率分别为76.73%、75.25%、72.16%。根据研究结果，建议在植苗造林时，优先选择刺槐，其次为沙棘、臭椿、构树。根据植苗造林成活率看，只要选择适合的树种，采取合适的种植技术措施，在矿渣地上进行植被恢复还是可行的。

煤矿地植被恢复存在的主要问题是立地条件差，土壤瘠薄，保水保肥性差，缺少土壤肥力和水分，土层薄，甚至没有土壤，有些土壤被污染不利于植物的生长，没有植被恢复的土壤条件，且雨季易冲刷流动。同时，煤矸石是由炭质页岩、炭质砂岩、砂岩、页岩、黏土等组成的混合物，矿物组成主要是高岭土、石英、蒙脱石、长石、氧化铝等。因此，风化速度快，堆置数月就崩解成碎粒，1～3年后细粒（3mm）及以下的颗粒占总固体重的50%以上，经常发生泄流和沟蚀，加速水土流失。此外，煤矸石的酸碱度不适宜植物生长，并且燃烧值高的煤矸石山还存在自燃的问题。所以根据试验结果来看，首先应该采取一定的工程措施，固定住矿渣，然后选用适宜的物种逐步进行植被恢复。在造林方式上，不宜采用播种造林的方式，适宜采用植苗造林的方式。

［1］张灵，白中科，景明，等.黄土区大型露天煤矿复垦排土场植被恢复立地类型划分——以安太堡露天煤矿为例［J］.水土保持研究，2014（6）：54－60

［2］高迪，王占义，陈国清，等.草原煤矿排土场2种常用生物工程措施植被恢复效果评价［J］.水土保持研究，2014（6）：260－264

［3］邢慧，张婕，白中科，等.安太堡露天矿排土场植被恢复模式与土壤因子相关性研究［J］.环境科学与管理，2015（1）：82－85

［4］李晋川，王翔，岳建英，等.安太堡露天矿植被恢复过程中土壤生态肥力评价［J］.水土保持研究，2015（1）：66－71，79