基于矿山废弃地生态恢复的土著树种生态适宜性分析

杨生权

(山西省生物研究所，太原 030006)

基于矿山废弃地生态恢复的土著树种生态适宜性分析

杨生权

(山西省生物研究所，太原 030006)

晋北地区年降水量少且分布不均，长期以来高强度的煤炭资源开采，给当地造成严重的生态破坏，形成许多难以恢复的植被和再利用的废弃荒地。因此，选择耐旱、抗逆、适生的树种是植被恢复的关键。本文采用样方法，分析了柠条、刺槐、榆树、沙棘、柽柳和沙枣6个树种在不同植物配置模式中经过10年自然演替树种的生态适宜性。结果表明：柠条×沙枣×刺槐混交模式是最适宜于当地植被恢复的配置模式，柠条和榆树可作为排土场植被恢复的推广树种。

矿山废弃地；土著树种；生态适宜性；配置模式；死亡率

煤炭露天开采造成了土地挖损、土地压占、土壤和植被破坏、水土流失和土地沙漠化[1]等一系列生态环境问题。除采场破坏大片植被或耕地外，排土场覆盖了大片的植被或耕地，对矿山固有的生态系统造成了大面积的破坏。排土场对植被和土壤的破坏数量大，面积广，解决煤矿广泛开采所遗留的生态恢复问题便在区域可持续发展系统中显现出了特殊的重要性和紧迫性。植被恢复是露天煤矿进行生态恢复的核心，植被恢复不仅起着构建排土场初始植被的作用，还能促进土壤结构与肥力及土壤微生物与动物的恢复，从而促进整个生态系统结构与功能的恢复与重建[2]。选择适宜高效的植物物种和植物配置模式对解决目前矿区损毁土地生态重建问题具有十分重要的现实意义。本文以平朔安太堡露天煤矿排土场为研究对象，对6种土著树种在排土场生态恢复的生态适宜性进行了比较分析，以期为半干旱区露天煤矿排土场植被重建树种选择和配置模式优化提供参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

平朔露天煤矿地处黄土高原东部，山西省朔州市平鲁区与朔城区交界处，行政区划隶属于朔州市平鲁区，地理坐标为112°10′～ 113°30′E，39°23′～ 39°37′N，是我国典型的农牧交错生态过渡区。该区属典型的温带半干旱大陆性气候区，夏季温热多雨，且雨量集中，平均年降雨量为418.7mm，其中65%集中在7、8月份，年蒸发量为2008～2580mm。年均气温在3.6～7.3℃，全年无霜期为118～154d，年平均风速为2.5～4.2m/s[3]。矿区地带性土壤为栗钙土或栗褐土，地带性植被在中国植被区划中属温带草原类型。

1.2 研究方法

2010年7月，在平朔安太堡露天矿区复垦地内，以平台人工植被为研究对象，在南排和内排土场，根据不同植物配置模式，设置标准样地5个(表1)，样地面积均为30m×30m，复垦时间同为2000年，除定植期进行浇水外，至今均未采取人工浇水与施肥等管理措施。野外调查时，将每个样地再划分为36个5m×5m的样方，共144个样方，记录每个样方内所有乔木和灌木植物的个体数、胸径(或基径)、高度、冠幅等。

表1 样地基本情况

1.3 数据处理

(1)总死亡率计算方式为：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(2)单种死亡率计算方式为：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

(3)强度比计算公式为：

式中：i=1、2、3、4、5、6；j=1、2、3、4、5

2 结果与分析

本文以各树种在生态恢复10年间总死亡率和单种死亡率，分析5种配置模式内各树种的竞争强弱或相互的适应、协调能力，通过对不同配置模式下相同树种生命力的比较，分析其适宜性。

2.1 死亡率分析

5种配置模式总死亡率和单种死亡率见表2。在配置模式1中，树种的总死亡率仅3.30%，但刺槐的单种死亡率高达68.00%，远高于柠条和榆树的单种死亡率，分别为0.65%和0.00%。其中柠条在配模1中所占比例为92.04%，占据了大量的生态空间，刺槐和榆树所占比例相近，但单种死亡率相差甚远，说明在这样配置模式下榆树的竞争能力强，刺槐的竞争能力弱，刺槐因难以突破柠条的密度制约而降低了竞争能力。在这种配置模式下，虽然总死亡率很低，但模式内部物种间形成了强烈的种间竞争。

配模2中，乔木以榆树为优势种，占配模内总植株数的47.19%，但单种死亡率仅0.44%；灌木以沙棘为优势种，占配模内总植株数的37.42%，单种死亡率高达68.89%，这也是导致配模2总死亡率较高的原因。这种配置模式下除沙棘之外，榆树、沙枣、刺槐、柽柳的单种死亡率都很低，这4个物种间相互协调达到稳定状态。沙棘死亡率高是因为沙棘是阳性植物，而榆树的覆盖度很大，影响了沙棘对光照的需求。

配置模式3中，3中树种植株数量没有明显差异，与其他配置模式相比，每种树种的单种死亡率集中且偏低，可见这种配置模式下，种间既有明显的相互制约性，又存在着相互促进作用，为最优配置模式。

配置模式4与配置模式1中柠条和榆树的死亡率近乎一致，但与它们混交的树种的死亡率却较高，而柠条在配置模式1、3、4中单种死亡率都很低，说明柠条的生态位比较广，竞争能力和适应能力都很强，当其它树种与之混交时难以存活，但榆树能适应与之共生的环境。

表2 树种在配模中的比例、死亡率表

2.2 存活树种的生活力

在调查过程中，通过对树木各项生长状况综合评价来测评树木的生活力，测评因子有树高、胸径、冠幅、所处的生长期(营养期、初花期、盛花期、末花期、初果期、末果期、死亡期)，丛生灌木同时参照树木的分蘖数目，有无抽梢现象，若树木主干枯死，则参看主干基部是否萌生，萌生枝条存活状况及生长高度，由此来综合评定一株植物调查时刻的生活力(强、中、弱)，“强”代表这株植物能很好的适应环境，且生长良好能成功繁殖后代，对生态环境恢复贡献很大；“中”代表植物能很好的生活，但生长不是很旺盛；“弱”则说明植物处于衰退期，对环境不适应，即将退出该生态系统。通过分析同一物种的存活植株在不同配置模式中的强度比，以及乔木与灌木的不同配置方式，进一步确定某一物种在这种种植环境下的适宜性。

由表3可以看出，柠条和榆树的强度比稳定偏高，说明二者的适应能力和生存能力极强，尤其是在配置模式3中，柠条的强度比高达0.98。这主要取决于柠条的生态习性：柠条对环境具有广泛的适宜性，在形态方面具有旱生结构，分蘖能力强，根系极为发达，主根入土深，容易占据有力的生态位。榆树配置模式4中的强度比很高为0.96，与配模1相比，榆树在配模4中强度比增大的原因是配模4中增加了沙棘和沙枣这两种混交物种，增加了物种的多样性。另外，沙棘和沙枣是豆科固氮植物，对土壤有改良作用，能够促进榆树的生长。但沙棘和沙枣因对光照和温度的要求都很严格(沙枣在≥10℃积温3000℃以上地区生长发育良好；沙棘会因光照不足产生剧烈分化，结实少)，因而在不同配置模式中的生活力波动不定。刺槐与不同的树种混交时，生活力有所不同，主要是应为刺槐是引进物种，如果与竞争力强的本土树种混交的话，自身的竞争能力就会降低。总体来看，在树种的存活植株中生活力较强的是柠条和榆树。

表3 树种生命力强度比

3 结 论

(1)通过比较5种配置模式可知，柠条×沙枣×刺槐混交模式是是安太堡露天煤矿排土场生态恢复的最优配置模式。

(2)柠条和榆树的生活力旺盛、生态适应性强，可作为排土场生态恢复的推广树种。

[1]杨勤学，赵冰清，郭东罡.中国北方露天煤矿区植被恢复研究进展[J].生态学杂志，2015，34(4)：1152-1157.

[2] Parrotta J A.The role of plantation forests in rehabilitating degraded tropical ecosystems[J].Agriculture Ecosystems & Environment，1992，41(2)：115-133.

[3] 李晋川，白中科.露天煤矿土地复垦与生态重建—平朔露天矿的研究与实践[M].北京：科学出版社，2000.

《环境与可持续发展》2017年拟重点选题

2017年本刊紧紧围绕中国共产党第十八届六中全会精神和《“十三五”生态环境保护规划》要求，切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以全面建成小康社会、全面深化改革、全面依法治国、全面从严治党的战略布局为统领，重点以深化生态文明体制改革和加快建立生态文明制度体系，改善环境质量，绿色发展和建设美丽中国为议题，策划选题，以期为“十三五”绿色环保新蓝图落地实施建言献策。

2017年拟重点选题：绿色发展、生态文明制度体系、大气环境质量管理、机动车污染防治、水污染防治、土壤污染与修复、环境外交、环境与健康、农村环境保护、环境风险防范与应急管理、固体废弃物环境管理、环境产业、污染减排重点以及环境与贫困等。请各界人士能予以关注并不吝赐稿，同时欢迎相关单位及课题组协办专栏或者专刊。

AnalysisonEcologicalSuitabilityofIndigenousTreeSpeciesBasedonEcologicalRestorationofMineWasteland

YANG Shengquan

(Shanxi Province Institute of Biology，Taiyuan 030006，China)

In the north of Shanxi Province，there are few annual precipitation and uneven distribution，and the long-term exploitation of high - intensity coal resources has caused serious ecological damage to the localities and formed many wastes and wastes that are difficult to recover. Therefore，the selection of drought，stress，suitable tree species is the key to vegetation restoration. Based on the quadrat survey，the ecological suitability of six tree species in different plant allocation patterns after 10 years of natural succession was analyzed. The results showed that the mixed pattern of Caragana korshinskii，Sophora japonica and Robinia pseudoacacia was the most suitable pattern for the restoration of local vegetation. C. korshinskii and Ulmus pumila could be used as promotion tree species for vegetation restoration.

mine wasted land; indigenous species; ecological suitability; plant allocation pattern; mortality rate

Q948.1

A

1673-288X(2017)05-0116-03

杨生权，硕士，研究方向为植物营养学

文献格式：杨生权.基于矿山废弃地生态恢复的土著树种生态适宜性分析[J].环境与可持续发展，2017，42(5)：116-118.