秦岭山区不同闭矿年限尾矿库植被恢复调查

杨维鸽, 赵 培, 党丽丽, 叶媛媛

(1.商洛学院 城乡规划与建筑工程学院, 陕西 商洛 726000; 2.商洛学院 化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000)

矿区植被恢复起着构建矿区退化生态系统初始植物群落的作用，还能促进矿区土壤结构与肥力的恢复，从而促进整个生态系统结构与功能的恢复与重建[1-2]。目前，学者已对矿区植被恢复理论[3-6]和促进技术[7-9]、影响矿区植被恢复的环境因子[10]、植被对矿区废弃地改良效果[11-15]等进行了研究。但对矿区植被恢复的研究主要集中在煤矿区和铜矿区[16]，对不通年限金尾矿区植被恢复的研究鲜有报道。商洛地处秦岭腹地，是我国金属和非金属矿产资源的主要富集区。随着长期对矿产资源的开发和利用，出现了一系列的生态环境问题。陕西省商洛地区现有各种金属和非金属尾矿、矿山和冶炼渣场316座(处)，其中尾矿库109座，占陕西省的37.7%，占全国的比例接近1%，堆积量高达4.30×107t，不仅占用大量土地，植被恢复困难[17]，而且污染环境。鉴于此，本文以金属尾矿库为研究区，研究不同年限金属尾矿库的植被恢复情况，包括植被种类、高度、密度、盖度、优势度，以期为矿区植被恢复与重建提供理论依据，对促进区域环境和经济协调发展提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区陕西省商洛市商州区位于33°63′—34°18′N，109°50′—110°25′E，地处秦岭南坡，面积约2 672 km2。属于暖温带半湿润季风山地气候，年相对气温13.5 ℃，年降水量758 mm。全区已探明的矿产有金、银、铅、锌、钼等21种，产地65处。本研究通过对实地充分调查，结合地质条件、土壤类型、坡向、海拔、坡度等多因子，选取商州区典型的4个金矿尾矿库(A，B，C，D)作为研究区(图1)。A尾矿库地处商州区牧户关镇秦政村董家沟，闭矿2 a，设计库容3.00×105m3；库顶为细沙，无植被生长，边坡土质疏松，生长少量的草本植物。B尾矿库地处商州区黑龙口镇铁炉子村，闭矿3 a，设计库容3.47×105m3；库顶为尾矿渣，无土壤覆盖和植被生长，边坡自然恢复的植被大部分为草本植物，生长稀疏。C尾矿库地处商州区杨斜镇小柿沟，闭矿6 a，设计库容1.80×105m3；库顶部分地方有人工覆土，种植杨树和柳树，部分地方为细沙，植被为较稀疏的一年生草本植物，边坡自然恢复的植被尤为茂盛。D尾矿库地处商州区孝义镇甘河口村，闭矿14 a，设计库容3.20×105m3；库顶土壤为细沙或厚约0.5 cm土壤，有较茂密的一年生草本植被生长；边坡植被茂盛，既有一年生的草本植物，也有人工种植的乔木刺槐林，尾矿库周围山头复垦率达到90%，主要种植白芍和玉米等作物。

图1 商州区4个典型金尾矿库景观

1.2 研究方法

1.2.1 植被调查 2018年4月，在4个尾矿库库顶和边坡分别随机取5个1 m×1 m的样方进行植被调查。记录每个样方自然恢复的草本植被种类、每种的个数、密度、盖度、高度。

1.2.2 数据处理 根据植被样方调查数据，计算植被相对高度、密度、盖度、优势度。计算公式为：

相对高度=某一植物种群的平均高度/

各植物种总平均高度之和×100%

相对密度=某一植物种群的个体数/

全部植物种群的个体数之和×100%

相对盖度=某一植物种群的平均盖度/

各植物种群的平均盖度之和×100%

优势度=(相对高度+相对密度+相对盖度)/3

2 结果与分析

2.1 植被恢复种类调查

尾矿库库顶植被种类随着闭矿年限增加而增加。闭矿2 a和3 a尾矿库库顶无植被生长；闭矿6 a尾矿库库顶内出现植物5科10属10种，分别为禾本科、菊科、黍亚科、罂粟科、豆科，其中禾本科和菊科植物优势度较高；闭矿14 a尾矿库库顶内出现植物4科6属7种，分别为菊科、蝴蝶花科、禾本科、木贼科，菊科植物和禾本科植物优势度较高(表1)。尾矿库边坡植被种类也随着闭矿年限增加而增加。闭矿2 a尾矿库边坡出现7科9属9种植物，分别为菊科、蝴蝶花科、车前草科、堇菜科、黍亚科、景天科、茄科，菊科植物优势度较高；闭矿3 a尾矿库的边坡出现9科12属12种植物，分别为豆科、罂粟科、黍亚科、番杏科、毛茛科、菊科、禾本科、松科，菊科植物优势度较高；闭矿6 a尾矿库的边坡出现12科16属17种植物，分别为菊科、禾本科、蝴蝶花科、灯心草科、罂粟科、黍亚科、豆科植物、堇菜科、茄科植物、牻牛儿苗科、葱科、萝藦科，菊科植物优势度较高；闭矿14 a尾矿库的边坡植物出现6科11属13种植物，分别为菊科、禾本科、唇形科、蔷薇科、紫草科、紫草科，菊科植物和禾本科植物优势度较高(表1)。闭矿14 a尾矿库库顶和边坡植被种类均少于闭矿6 a植物种，主要是因为闭矿6 a的尾矿库有人工覆土，能够增加植物种类的存活率。

由以上分析可见，人工覆土可以明显增加矿区植被种类丰富度。

表1 不同年限尾矿库库顶植物种类、相对高度、密度、盖度和优势度统计

2.2 植物恢复高度调查

群落高度可以表示生长情况生长势，以及竞争和适应能力[18]。闭矿14 a的尾矿库植被相对高度最高，其次是闭矿6，3和2 a。闭矿2和3 a尾矿库库顶无植被生长；闭矿6 a的尾矿库库顶植被相对高度从高到低依次为：尖裂假还阳参>漏芦>牛筋草>白茅>茵陈蒿>胡枝子>毛莲菜>狗牙草>博落茴>小蓬草；闭矿14 a尾矿库库顶植被相对高度从高到低依次是：芦苇>野苜蓿>狗尾草>节节草>艾>茵陈蒿>小蓬草(表1)。闭矿2 a尾矿库边坡植被相对高度从高到低依次是：野苜蓿>枸杞>紫花地丁>蒲公英>佛甲草>茵陈蒿>狗牙草>车前草>小蓬草；闭矿3 a尾矿库边坡植被相对高度从高到低依次是：狗牙草>唐松草>博落茴>白茅>漏芦>松树>锦鸡儿>茵陈蒿>白头翁>龙牙草>石头花>大丁草；闭矿6 a尾矿库边坡植被相对高度从高到低依次是地梢瓜>灯芯草>枸杞>野葱>尖裂假还阳参>博落茴>白茅>野豌豆>马兰>狗芽草>野苜蓿>小蓬草>艾>紫花地丁>茵陈蒿>老鹳草>蒲公英；闭矿14 a尾矿库边坡植被相对高度从高到低依次是：艾>白茅>黑麦草>狗尾草>节节草>茅莓>少花米口袋>一年蓬>花叶滇苦菜>小蓬草>大丁草>盾果草>茵陈蒿(表1)。闭矿14 a的尾矿库库顶和边坡植被高度高差分别为28.71和38.27 cm，高于闭矿6 a的尾矿库库顶和边坡的植被高差(23.95，19.86 cm)。闭矿3 a的尾矿库边坡植被较高且高差较大(24.38 cm)，是因为边坡土壤层较厚，水分较多，利于植被生长。闭矿2 a的尾矿库边坡植被较少且高度较低(9.00 cm)，主要原因是矿区边坡为矿渣覆盖，不利于植被生长。可见，植被高度随着闭矿年限的增加而增高，主要是因为闭矿年限越长，尾矿库库顶和边坡土层越厚，土壤腐殖质越多，有利于植被生存和生长。

2.3 植被恢复密度调查

闭矿6 a的尾矿库植被相对密度最高，其次是闭矿14，3和2 a。闭矿2 a和3 a的尾矿库库顶无植被生长；闭矿6 a的尾矿库库顶植被相对密度从高到低依次为：小蓬草>白茅>茵陈蒿>毛莲菜>博落茴>尖裂假还阳参>狗牙草>漏芦>牛筋草>胡枝子；闭矿14 a尾矿库库顶植被相对密度从高到低依次为：艾>狗尾草>节节草>小蓬草>野苜蓿>茵陈蒿>芦苇(表1)。闭矿2 a尾矿库边坡植被相对密度从高到低依次为：茵陈蒿>狗牙草>车前草>紫花地丁>苜蓿>蒲公英>佛甲草>小蓬草>枸杞；闭矿3 a尾矿库边坡植被相对密度从高到低依次为：茵陈蒿>白头翁>龙牙草>石头花>白茅>大丁草>博落茴>狗牙草>漏芦>锦鸡儿>唐松草>松树；闭矿6 a尾矿库边坡植被相对密度从高到低依次为：白茅>灯芯草>艾>小蓬草>紫花地丁>野豌豆>茵陈篙>野苜蓿>老鹳草>狗牙草>蒲公英>马兰>野葱>博落回>枸杞>地梢瓜>尖裂假还阳参；闭矿14 a尾矿库边坡植被相对密度从高到低依次为：白茅>少花米口袋>盾果草>花叶滇口袋>节节草>大丁草>狗尾草>茅梅>茵陈篙>艾>黑麦草>小蓬草>一年蓬。(表2)。

表2 不同年限尾矿库边坡植物种类、相对高度、密度、盖度和优势度统计

续表2

闭矿年限植物名称科名属名相对高度/cm相对密度/%相对盖度/%优势度/%6 a狗牙草画眉草亚科狗牙草属9.891.051.482.56茵陈蒿菊科蒿属4.792.211.131.94尖裂假还阳参菊科假还阳参属15.500.230.232.84小蓬草菊科白酒草属8.869.424.106.04艾菊科蒿属7.2418.2632.8518.29白茅禾本科白茅属14.1034.0724.0121.80野苜蓿蝴蝶花科苜蓿属9.811.861.202.72灯芯草灯心草科灯心草属18.2622.9129.0720.49博落茴罂粟科博落茴属15.000.582.233.54野豌豆豆科野豌豆属13.002.331.483.52紫花地丁堇菜科堇菜属6.642.440.872.25枸杞茄科枸杞属17.500.230.243.19老鹳草牻牛儿苗科老鹳草属3.581.860.091.27野葱葱科葱属15.670.350.252.92马兰菊科马兰属10.380.930.262.20蒲公英菊科蒲公英属1.141.050.200.61地梢瓜萝藦科鹅绒藤属21.000.230.313.8214 a艾蒿菊科蒿属42.601.0313.2412.26狗尾草禾本科狗尾草属19.143.611.435.05花叶滇苦菜菊科苦苣菜属6.187.224.865.12少花米口袋唇形科芒毛苣苔属13.0019.0720.5815.51小蓬草菊科白酒草属6.000.520.111.27白茅禾本科白茅属24.7647.4240.1233.54茵陈蒿菊科蒿属4.331.550.461.43大丁草菊科大丁草属5.713.610.212.28茅莓蔷薇科悬钩子属13.332.581.313.65黑麦草禾本科黑麦草属24.001.0314.619.44节节草菊科白酒草属15.884.121.024.51一年蓬菊科飞蓬属9.000.521.382.22盾果草紫草科盾果草属5.277.730.673.73

注：各物种拉丁学名为：白茅(Imperatacylindrica)，毛莲菜(Picrishieracioides)，狗牙草(Sedumsarmentosum)，茵陈蒿(Artemisiacapillaris)，小蓬草(Conyzacanadensis)，尖裂假还阳参(Crepidiastrumsonchifolium)，胡枝子(Lespedezabicolor)，漏芦(Stemmacanthauniflora)，博落茴(Macleayacordata)，牛筋草(Eleusineindica)，狗尾草(Setariaviridis)，艾蒿(Artemisiaargyi)，野苜蓿(Medicagofalcata)，节节草(Equisetumramosissimum)，芦苇(Phragmitesaustralis)，车前草(Plantagoasiatica)，紫花地丁(Violaphilippica)，蒲公英(Taraxacummongolicum)，佛甲草(Sedumlineare)，枸杞(Lyciumchinense)，唐松草(Thalictrumaquilegifolium)，松树(Pinusmassoniana)，锦鸡儿属(Caragana)，白头翁(Pulsatillachinensis)，龙牙草(Agrimoniapilosa)，石头花(Gypsophila)，大丁草(Gerberaanandria)，灯芯草(Juncuseffusus)，野豌豆(Viciasepium)，老鹳草(Geraniumwilfordii)，野葱(Alliumchrysanthum)，马兰(Kalimerisindica)，地梢瓜(Cynanchumthesioides)，花叶滇苦菜(Sonchusasper)，少花米口袋(Gueldenstaedtiaverna)，茅莓(Rubusparvifolius)，黑麦草(Loliumperenne)，一年蓬(Erigeronannuus)，盾果草(Thyrocarpussampsonii)。

2.4 植被恢复盖度调查

植物盖度是表明物种在植被群落中重要性的指标，它能反映植被的茂密程度。

闭矿14 a的尾矿库植被盖度最高，其次是闭矿6，3和2 a尾矿库植被盖度。闭矿2和3 a尾矿库库顶无植被生长；闭矿6 a尾矿库库顶植被相对盖度从高到低依次为：白茅>毛莲草>狗牙草>茵陈篙>小蓬草>尖裂假还阳参>胡枝子>漏芦>博落回>牛筋草；闭矿14 a尾矿库库顶植被相对盖度从高到低依次为：艾>野苜蓿>狗尾草>节节草>茵陈蒿>小蓬草>芦苇(表1)。闭矿2 a尾矿库边坡植被相对盖度从高到低依次为：茵陈蒿>野苜蓿>紫花地丁>车前草>枸杞>狗牙草>佛甲草>蒲公英>小蓬草；闭矿3 a尾矿库边坡植被相对盖度从高到低依次为：石头花>博落茴>龙牙草>白茅>茵陈蒿>狗牙草>白头翁>锦鸡儿>漏芦>大丁草>唐松草>松树；闭矿6 a尾矿库边坡植被相对盖度从高到低依次为：艾>灯芯草>白茅>小蓬草>博落茴>狗芽草>野豌豆>野苜蓿>茵陈蒿>紫花地丁>地梢瓜>马兰>野葱>枸杞>尖裂假还阳参>蒲公英>老鹳草；闭矿14 a尾矿库边坡植被相对盖度从高到低依次为：白茅>少花米口袋>黑麦草>艾>花叶滇苦菜>狗尾草>一年蓬>茅莓>节节草>盾果草>茵陈蒿>大丁草>小蓬草(表3)。

表3 不同年限的尾矿库植物多样性变化

2.5 植被恢复优势度调查

尾矿库自然恢复的植被优势度较高的是菊科植物和禾本科植物(表1)。闭矿2和3 a尾矿库库顶无植被生长；闭矿6 a尾矿库库顶植被相对优势度从高到低依次为：小蓬草>茵陈蒿>白茅>尖裂假还阳参>漏芦>牛筋草>胡枝子>毛莲菜>博落茴>狗牙草；闭矿14 a尾矿库库顶植被相对优势度从高到低依次为：艾>狗尾草>野苜蓿>节节草>芦苇>茵陈蒿>小蓬草(表1)。闭矿2 a尾矿库边坡植被相对优势度从高到低依次为：茵陈蒿>枸杞>野苜蓿>紫花地丁>车前草>狗牙草>佛甲草>蒲公英>小蓬草；闭矿3 a尾矿库边坡植被相对优势度从高到低依次为：石头花>博落回>龙牙草>狗牙草>茵陈篙>白茅>白头翁>唐松草>漏芦>锦鸡儿>大丁草>松树；闭矿6 a尾矿库边坡植被相对优势度从高到低依次为：白茅>灯芯草>艾>小蓬草>地梢瓜>博落茴>野豌豆>枸杞>野葱>尖裂假还阳参>野苜蓿>狗芽草>紫花地丁>马兰>茵陈蒿>老鹳草>蒲公英；闭矿14 a尾矿库边坡植被相对优势度从高到低依次为：白茅>少花米口袋>艾>黑麦草>花叶滇苦菜>狗尾草>节节草>盾果草>茅莓>大丁草>一年蓬>茵陈蒿>小蓬草(表1)。闭矿14 a尾矿库库顶植被优势度极值(38.11%)大于闭矿6 a尾矿库库顶植被优势度极值(25.54%)。闭矿2 a尾矿库边坡植被优势度极值较大(44.55%)，其次是闭矿14 a尾矿库边坡植被优势度极值(32.27%)和闭矿6 a尾矿库边坡植被优势度极值(21.19%)，闭矿3 a尾矿库边坡植被优势度极值最小(15.00%)(表1)。

2.6 植物恢复的种类多样性变化

4个尾矿库中共出现了39种植被类型，茵陈蒿，小蓬草，狗牙草，白茅，野苜蓿，博落茴，艾等植物出现的较多，车前草，佛甲草，石头花，龙牙草，白头翁，唐松草，锦鸡儿，松树，灯芯草，地梢瓜等一年生植物出现的少(表2)。此外，闭矿2 a尾矿库有9种植被，闭矿3 a尾矿库有12种植被，闭矿6 a尾矿库有21种植物，闭矿14 a尾矿库有15种植物(表2)。闭矿6 a尾矿库植被多样性大于闭矿14 a尾矿库，主要是因为闭矿6 a的尾矿库有人工覆土。可见，闭矿年限越长，植被种类越多。此外，人工覆土也可显著增加矿区自然恢复植被种类的多样性。

3 结 论

(1) 尾矿库库顶和边坡植被种类随着闭矿年限增加而增加。闭矿6 a的植被种类最丰富，库顶和边坡植被共计21种，其次是闭矿14 a为15种，3 a为12种，2 a为9种。

(2) 闭矿14 a尾矿库植被相对高度最高，其次是闭矿6 a，闭矿3和2 a的植被相对高度最低。

(3) 闭矿6 a尾矿库植被相对密度最高，其次是闭矿14，3和2 a；

(4) 闭矿14 a的尾矿库植被盖度最高，其次是闭矿6，3和2 a。

(5) 尾矿库植被主要为菊科植物和禾本科植物。闭矿6 a尾矿库植被优势度最高，其次是闭矿14和3 a，闭矿2 a最低。