重金属污染弃耕农田次生演替植物群落组成特征

黄红英，阮锦祥，钟文聪，李栋，蔡暖华，欧碧池，谭易辉

重金属污染弃耕农田次生演替植物群落组成特征

黄红英，阮锦祥，钟文聪，李栋，蔡暖华，欧碧池，谭易辉

（韶关学院英东生命科学学院，广东韶关512005）

为了探讨铜(Cu)镉(Cd)混合污染弃耕农田演替修复能力，同时为筛选耐酸耐Cu、Cd污染的耐受性及富集性强的植物提供依据.2014年冬季至2015年夏季对韶关市曲江区沙溪镇的坝心村和大东村断水弃耕前的农田、藕田、池塘和水渠进行了弃耕演替植物群落结构的调查，分别对共抽取5 000样方样地达到面积5 ha，共鉴定16科38种植物.弃耕后因水源及人为干扰因素导致弃耕田往沼泽湿地与旱地2个方向演替，撂荒隔断水源的水田变为旱地，弃耕后靠近水源的水田演替成沼泽湿地，湿地植物群落以芦苇、芦竹挺水多年生植物为主，构成湿生草本植物阶段演替阶段；旱地植物群落组成与弃耕年限相关，弃耕时间短（5年内）的植物群落以一年生植物为丰富，垂直分布不明显；弃耕时间长（10年内）的以多年生草本为优势，垂直分布呈现多年生丛生草本植物为顶层，底层为苔藓植物和一年生阴生植物.飞蓬、胜红蓟、牛筋草、铺地黍、野葛藤、斑茅及苎麻成为旱地演替的优势植物.

重金属污染；弃耕农田；次生演替；植物群落

广东省大宝山矿是一座大型多金属硫化物伴生矿床，位于韶关市曲江区沙溪镇（北纬24°35′1″、东经113°40′6″）［1］.沙溪镇的坝心村和大东村因矿山采（选）矿产生的矿山废水污染灌溉水源，导致2个村庄的水稻田、藕田和池塘因缺乏干净灌溉水改作旱作［2-3］.由于经灌溉累积导致农田土壤遭受硫（S）、镉(Cd)、铜(Cu)、锌(Zn)及铅(Pb)等多种重金属混合污染，且长期受铜(Cu)矿水的污染，灌溉水及土壤呈强酸（pH＜5），严重抑制了农作物及水生生物的生长，导致农作物产量失收，迫使农田弃耕［4-5］.

由于污染直接影响了村民的收入与生活，因而引发当地农民与厂矿的纠纷不断，也引起了专家学者们的关注.学者们在农田污染机制［6-7］、农田及水体污染评价体系［8-11］、污染农田土壤生物组成特征［12-14］、农作物重金属富集机理与污染修复复耕［15-16］上进行积极探讨并取得成绩，但是对弃耕农田的原位生态修复与复耕的研究报道不多［17-19］，对污染农田弃耕后的耕作层土壤的可持续利用及弃耕演替的研究探讨较少.

农田一旦弃耕沦为撂荒地,弃耕演替也随之而行.由于农田耕作层土壤蕴含大量生物种子，在降雨量、日照及矿质元素充沛的南方，弃耕农田植物演替迅速进行.对于由于水源污染导致农田耕作层累积大量重金属的弃耕田而言，演替的先锋植物与优势种势必是抗污染耐强酸的品种，这就为筛选修复植物提供了依据，通过演替植物生长演替来吸附转移土壤重金属离子、起到降低土壤重金属含量达到复耕的生态修复作用.为此，对不同弃耕年限的弃耕田进行次生演替植物群落结构进行调查研究.

1材料与方法

1.1研究样地概况

研究样地位于韶关市曲江区沙溪镇（北纬24°35′1″、东经113°40′6″）的坝心村和大东村弃耕农田.样地背景见表1.

1.2取样方法

2014年11月至2015年5月，跨度秋冬天和来年春天.按弃耕年限的先后及是否断开水源选取样地，坝心村依水源远近选取沼泽地（A）、湿（夏秋）旱（冬春）地（B）和旱地（C）3种生境,大东村选取断开水源前的稻田（D）、水渠（E）、池塘（F）和河滩（G）4种生境.样方法每个样地取200样，样方面积2×2 m，进行样方内植物鉴定、计数与测量.

表1样地概况

1.3数据统计

多度等级采用Drude的7级制［20］等级表示，统计方法采用目测估计法；生活型谱采用C.Raunkiaer［20］的生活型分类系统.

2结果分析

2.1重金属污染不同弃耕年限农田次生演替植物群落组成特征

2.1.1农田弃耕30年次生演替植物组成与多度

坝心村农田至1985年弃耕后，按照自北向南的方位，靠近高宝硫酸厂和选矿厂而且近水源的北边农田，演变为沼泽地，向南为湿（夏秋）-旱（冬春）地，最南端是旱地.由于水源的原因，沼泽地、湿-旱地和旱地植物群落结构有区别，沼泽地中央以挺水植物芦苇Phragmites australis为优势，芦竹Arundo donax为常见种，沼泽田埂分布的是旱生多年生草本类芦Neyraudia reynaudiana(kunth)、斑茅Saccharum arundinaceumRetz、丝茅Imperata koenigii(Retz.)Beauv、蕨类植物乌毛蕨Blechnum orientaleLinn.及苔藓植物金发藓Polytrichum commune，植物群落结构简单，见表3.

表3坝心村弃耕地演替植物组成、多度与生活型

2.1.2原不同生境弃耕10年后次生演替植物组成与多度

由于阻隔污染水源，池塘干枯，水渠断流，农田变旱地，污染背景相同，但是原有的土壤生境不同，导致弃耕后植物演替有差别，组成植物群落的种类按多寡排序为弃耕田>撂荒地>池塘>水渠.撂荒地以狗尾巴草Setaria viridis(L.)Beauv.苎麻Boehmeria nivea(L.)Gaudich.艾草Artemisia argyiH.Lév.&Vaniot、茵陈ArtemisiacapillarisThunb多年生草本和红花醡酱草Oxalis.shamrock.sorrel一年生草本为优势；水渠以多年生藤本野葛藤Pueraria lobata(Willd.)Ohwi和多年生草本牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.为优势；池塘以类芦Neyraudia reynaudiana(Kunth)Keng、筒轴茅Rottboellia cochinchinensis(Lour.)Clayton、狗牙根Cynodondactylon (Linn.)Pers.和牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.多年生草本为优势；稻田主要以狗尾巴草Setaria viridis(L.) Beauv.、三叶鬼针草Bidens pilosaL.和飞蓬Erigeron oreades(Schrenk)Fisch.et Mey一年生草本为主.综合4个样地植物组成，飞蓬Erigeron oreades(Schrenk)Fisch.et Mey在3个样地中是亚优势种.见表4.

表4东山村弃耕土壤植物群落组成、多度与生活型

3.2不同弃耕年限农田次生演替植物群落的外貌结构特征

3.2.1弃耕30年不同生境植物群落的外貌特征

弃耕30年不同生境植物群落的外貌特征都是以地面芽和地下芽为主，高位芽植物和一年生植物少，沼泽地没有一年生植物分布，湿-旱地和旱地分布少了的一年生植物.

3.2.2弃耕10年不同生境植物群落的外貌特征

弃耕10年不同生境植物群落的外貌特征以一年生植物和地下芽为主，高位芽植物的分布少，稻田和撂荒地高位芽植物比水渠和池塘多.

3.3不同弃耕年限农田次生演替植物群落的垂直结构特征

3.3.1弃耕30年不同生境植物群落垂直结构特征

湿地以挺水植物芦苇-芦竹为结构特征，结构单一，分层不明显，区别的是同类植株高矮不同；湿-旱地分层比较明显，以高大丛生的斑茅为上层、中层是匍匐散生的铺地黍、下层是苔藓植物金发藓；湿-旱地垂直分布与旱地相似，上层是斑茅、中层是铺地黍和思茅、下层是金发藓.

3.3.2不同生境弃耕10年后植物群落垂直结构特征

河滩多年生植物多，且高大，所以垂直分布明显，上层是类芦和盐肤木，中层是飞蓬、野雀麦、胜红蓟和斑茅，下层是铺地黍和野葛藤；水渠以一年生草本为上层，下层是苔藓；池塘斑茅和思茅为上层，下层是野葛藤；稻田上层是飞蓬和野雀麦，中层是胜红蓟、竹节草好牛筋草，下层是狗牙根、鳢肠、石胡荽，见表5

表5弃耕10年后不同生境植物群落垂直结构特征

3讨论

弃耕30年的坝心村，由于弃耕土壤一直没有和污染水源隔绝，受水源的影响，农田变沼泽地，植物演替为水生挺水植物群落；湿旱地受季节性水分的影响，植物演替以耐湿匍匐生长的铺地黍为主，边缘着生是耐旱耐污染的斑茅与金发藓；旱地、受人为干扰多，受居民割草、焚烧与开荒的干扰，植物演替以一年生向多年生过度.

弃耕10年的东山村，弃耕前生境不同，原有的土壤肥力和理化特性有区别，导致阻隔水源后，植物演替受土壤肥力和理化特性的制约，体现原有的水渠和池塘植物种类单一；河滩撂荒时间长，演替已经从多年生草本向多年生藤本和木本方向进行；稻田植物密度大，但是主要以一年生草本和多年生低矮草本为主.

以其他弃耕农田的植物演替相比［6］，大宝山污染弃耕农田植物演替进展缓慢，还是停留在本草阶段，弃耕年份长的以多年生草本为主，弃耕年份稍短的以以一年生草本和多年生低矮草本为主，从植物演替快慢情况再次验证污染抑制植物的存活与生长.

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On the Composition Characteristics of Plant Communities in Abandoned Farmland Heavy Metal Pollution Secondary Succession HUANG Hong-ying；RUAN Jin-xiang；ZHONG Wen-cong；LI Dong；CAI Nuan-hua；OU Bi-chi；

TAN Yi-hui
（Yingdong College of Life Science，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

In order to explore the ability of copper(Cu)cadmium(Cd)to contaminate the restoration ability of abandoned farmland,and to provide a basis for screening plants with tolerance to acid and Cu tolerance,Cu pollution and strong enrichment.The investigation of the plant community structure of abandoned farmland,farmland,lotus field,pond and canal was carried out in Shaxin Village and Dadong Village,Shaxi Town,Shaoguan City,from 2014 winter to 2015 summer respectively.The area of the plot reached an area of 5 ha,and a total of 38 species of 16 families were identified,and the waterlogged and man-made disturbances caused the abandoned tillage to become the marsh wetland and dryland.The wetland plant community is mainly composed of perennial plants,such as reed and arundin,which constitute the stage of succession of wet herbaceous plants.The composition of dryland plant community is related to the abandonment period,with the short time of abandonment(less than 5 years), one-year-old plants take dominance without clear vertical distribution;with the time of abandonment(less than 10 years),perennial herbaceous plants take dominance,with clear vertical distribution with perennial herbaceous plants as the top and the bryophytes and one-year-old plants grown against the sunlight at the bottom.Flying Pine,Red Thistle,Antelope Grass,Prickly,Pueraria lobata,Ophiopogon japonicus and Ramie become dominant plants in dryland succession.

heavy metal pollution；abandoned farmland；secondary succession；plant community

S718.5%

A%%%

1007-5348（2017）03-0072-05

（责任编辑：邵晓军）

2016-12-19

韶关学院科研项目（韶学院〔2013〕205号）.

黄红英（1967-），女，广东乳源人，韶关学院英东生命科学学院高级实验师，硕士；研究方向：修复生态学.