高陡岩壁木质藤蔓植物复绿栽培技术研究

石元基 曹鹤 杨新兵 刘彦林

摘要：为探究石灰岩矿山高陡岩壁环境下不同木质藤蔓植物复绿效果。采用L9（34）正交实验，测定不同处理条件下木质藤蔓植物覆盖高度、景观持续时长、景观衰败时长3个指标，并对各指标进行极差和方差分析，最终通过综合平衡分析找出最优组合。结果表明：植物种类、土层厚度、浇水间隔、氮肥用量对植物生长的影响各不相同，葛藤的覆盖高度最大；最佳的复绿栽培技术组合为：葛藤+土层厚75cm＋浇水间隔10天＋氮肥用量30g/m2。

关键词：高陡岩壁；木质藤蔓；复绿；栽培

Research on Woody Vine Re-greening Cultivation Techniques for High Steep Rock Walls

SHi Yuanji1  Cao He2，3，4  Liu Yanlin3  Yang Xinbing4

1 Anhui-Jiangxi Railway Anhui Co.， Ltd. Anhui Hefei 23001;2 Beijing Bohai Castrol Engineering Consulting Co.， Ltd. Hebei Xiongan Branch， Hebei Baoding，071700; 3 College of Forestry， Hebei Agricultural University， Hebei Baoding，071000. 4 Hebei Geology and Mineral Construction Engineering Group Co.， Ltdt， Hebei Shijiazhuang，050000

Abstract： In order to investigate the effect of different woody vine plants on regreening in the high steep rock wall environment of limestone mines. In this paper， the L9（34） orthogonal experiment was used to determine three indicators of woody vine plant cover height， landscape duration and landscape decay under different treatment conditions， and the extreme difference and ANOVA were performed on each indicator to find the optimal combination by comprehensive balance analysis. The results showed that plant species， soil thickness， watering interval and nitrogen fertilizer dosage had different effects on plant growth， and Kudzu vine had the greatest cover height; the best combination of re-greening techniques was： Kudzu vine + soil thickness of 75cm + watering interval of 10 days + nitrogen fertilizer dosage of 30g/m2.

Key words： high and steep rock walls; Woody vine; Re-green technique; cultivate

矿山开采形成大量高陡岩壁，其不仅在景观上产生了不良影响，更是在小区域间植被、微生物的连通、交流等方面产生了阻隔[1]。由于高陡岩壁缺乏植物生长所必须的土壤、水分和养分条件，且其坡度大、基质难以进行附着，即使有少量风化土层附着于表面，降雨时也很容易被冲刷，因此高陡岩壁基本无法在自然条件下恢复，对高陡岩壁的绿化是生态学和水土保持学目前攻克的难点之一。高陡岩壁常用的复绿方法有客土喷播、穴植、做种植槽等[2]，但覆绿效果并不理想，目前普遍认为使用藤蔓植物进行快速复绿是较为理想方法之一。木质藤蔓植物可攀援、缠绕、吸附生长在岩壁上，且具有生长速度快、抗逆性强等特点，使其在矿山覆绿、景观垂直绿化、石漠化与荒漠化治理等植被恢复中有着不可替代的作用[3]。但是关于木质藤蔓植物在废弃矿山高陡岩壁环境条件下的如何栽培管理、最佳的水土肥组合等相关应用研究甚少。由于地区差异，没有绝对普适的藤蔓植物种植管理方法，在不同的地质情况、区域，相同方法可能会出现截然不同的结果，因此需要根据实际情况来选择合适的木质藤蔓植物种类和栽培管理技术。河北太行山形成大量的石灰岩矿山废弃地，急需解决高陡岩壁的绿化问题，本文以爬山虎、五叶地锦、葛藤三种木质藤蔓植物为研究对象，探究其最佳的覆绿栽培技术组合，为矿山生态修复提供借鉴。

1研究地概况

试验地位于河北省省会石家庄西部鹿泉区，东经114°10′～114°31′，北纬37°53′～38°17′。鹿泉区地形西高东低，属太行山脉中段，石灰岩矿山废弃地大量分布。鹿泉区属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年降水量542.2mm，降水主要集中于7、8月份，占全年降水总量的60～80%左右。年平均气温20℃，极端最高气温43.4℃，极端最低气温-16.9℃。试验点位于鹿泉区白鹿泉乡西申胡村附近的一处废弃石灰岩采石场，海拔在310 ～400m左右。周围植被类型为落叶阔叶树种零星分布的疏林地和灌草丛。

2研究方法

2.1试验地布设

试验于2019年3月布设完成，在采石场高陡岩壁阳坡坡脚筑修种植槽，槽中客土为农田土（有机质含量为25.18g/kg、碱解氮含量为85.05mg/kg、速效磷含量为11.48mg/kg、速效钾含量165mg/kg、PH值为7.78）。4月10日，按正交试验设计表（表1）栽种相应植物，种植株行距为30cm×30cm，2行，“品”字形种植，每个试验槽种植30棵，种植前对苗木根系和地上部分进行统一修剪，保证一致性。4月10日至5月1日为缓苗期，生长期间只保留一个主枝，其余侧生枝条掐尖处理。氮肥为石家庄正元化肥有限公司生产的尿素（N≥46.2％），平均分3次施入（时间为7月1日、7月15日、7月30日）。7月1日按试验设计对试验处理浇透水，如果遇见降雨天气，浇水时间向后顺延2天。

2.2数据采集

试验选取植物覆盖高度、景观持续时长、景观衰败时长作为高陡岩壁复绿效果评价指标。（1）覆盖高度：藤蔓植物在岩壁的攀爬长度表示。数据采集分别于6月30日、7月31日、8月31日、9月30日、10月31日，测量时在每个处理的种植池中选择3处植物攀爬覆盖长度适中的点进行测量[4]。（2）景观持续时长（相对叶寿命）：从施肥完成之日起（7月1日）到叶片完全脱落所历经的时间。（3）景观衰败时长：从叶片开始掉落到叶片完全脱落所经历的时间。

2结果与分析

2.1藤蔓植物覆盖高度比较

2.1.1藤蔓植物覆盖高度比较

由图1可知，爬山虎的月覆盖高度呈逐月上升趋势，10月份最大；五叶地锦和葛藤月覆盖高度均呈先增大后减小特点，均是8月份最大。以累计覆盖高度表示不同处理中的藤蔓植物当年对岩壁的覆盖情况，9个处理累计覆盖量由大到小排序为：处理8＞处理9＞处理7＞处理6＞处理4＞处理5＞处理3＞处理2＞处理1。葛藤的三个处理均最大，爬山虎三个处理均最小。

2.1.2不同处理条件下木质藤蔓植物覆盖高度方差分析

通过对7～10月份9个处理在岩壁的累计覆盖高度进行方差分析（表2），结果表明，植物种类对覆盖高度达到极显著影响（P＜0.01），土层厚度与浇水间隔对覆盖高度无显著性影响（P＞0.05），氮肥用量对覆盖高度有显著性影响（P＜0.05）。

2.1.3不同处理条件下木质藤蔓植物覆盖高度极差分析

对7～10月份9个处理的累计覆盖高度进行极差分析结果表明（见表3）：葛藤在高陡岩壁的覆盖高度显著大于其它两种藤蔓植物。随着土层厚度的增加，植物覆盖高度增加。随着浇水间隔的拉长，植物覆盖高度降低。随着氮肥用量的增加，植物覆盖高度增加。不同因素对覆盖高度的影响由大到小排序为：植物种类＞氮肥用量＞土层厚度＞浇水间隔。提高覆盖高度的最佳试验因素水平组合为：A3B3C1D3，由于土层厚度和浇水间隔对3种藤蔓植物覆盖高度无显著性影响，且氮肥用量15g/m2与30g/m2之间无显著性差异，因此从生产建设实际出发，提高藤蔓植物在高陡岩壁覆盖高度的最佳的试验因素水平组合为：A3B1C3D2，即葛藤、土层厚度25cm、浇水间隔30天、氮肥用量15g/m2。

2.2藤蔓植物景观时长比较

2.2.1藤蔓植物景观时长

植物的物候期除了受自身遗传物质控制，还受环境的影响。由表4可知，五叶地锦叶片开始脱落时间和叶片完全脱落时间最早，爬山虎叶片开始脱落时间和叶片完全脱落时间最晚。由图2可知，9个处理中景观衰败时长由大到小排序为：处理2＝处理3＞处理1＞处理9＞处理7＞处理8＞处理4＞处理5＝处理6，爬山虎景观衰败时长的三个处理均最大，五叶地锦三个处理均最小。景观持续时长由大到小排序为：处理1＞处理2＝处理3＞处理9＞处理6＝处理7＞处理8＞处理4＞处理5，爬山虎相对叶寿命的三个处理均最大，其次是葛藤。

2.2.2不同处理条件下木质藤蔓植物景观时长方差分析

土层厚度在4个因素中对景观衰败时长影响最小，氮肥用量对景观持续时长影响最小，因此在对景观持续时长和景观衰败时长进行方差分析时，分别将两种因素作为误差项（R值最小），结果如表5所示，植物种类对景观衰败时长达到极显著影响（P＜0.01），对景观持续时长达到显著影响（P＜0.05）。其它因素对景观衰败时长和景观持续时长无显著性影响（P＞0.05）。

2.2.3不同处理条件下木质藤蔓植物景观时长极差分析

试验处理极差分析结果表明（见表6）：三种木质藤蔓植物景观衰败时长和景观持续时长由大到小排序均为：爬山虎＞葛藤＞五叶地锦。4种因素对景观衰败时长的影响由大到小排序为：A（植物种类）＞C（浇水间隔）＞D（氮肥用量）＞B（土层厚度），对景观持续时长的影响由大到小排序为：A（植物种类）＞B（土层厚度）＞C（浇水间隔）＞D（氮肥用量）。延长景观衰败时长的最佳试验因素水平组合为：A1B1C2D3、A1B3C2D3，增加景观持续时长的最佳试验因素为：A1B3C1D2，由于土层厚度、浇水间隔和氮肥用量分别对景观衰败时长和景观持续时长无显著性影响，且景观持续时长中爬山虎与葛藤之间无显著性差异，因此从生产实际应用考虑，延长景观衰败时长的最佳试验因素水平组合为：A1B1C3D3，即爬山虎+土层厚度25cm+浇水间隔30天+氮肥用量30g/m2。增加景观持续时长的最佳试验因素为：A1B1C3D1、A3B1C3D1，即爬山虎或葛藤+土层厚度25cm+浇水间隔30天+氮肥用量0g/m。

2.3藤蔓植物复绿效果综合分析

通过上述三项指标的具体分析可知，各指标要达到最佳效果，所搭配的试验因素水平有一定差异，因此对三项指标进行综合平衡分析。由于土层厚度、浇水间隔和氮肥用量均对景观衰败时长和景观持续时长无显著性影响，因此土层厚度、浇水间隔和氮肥用量实验因素组合在综合平衡分析过程中以覆盖高度为评判指标，从景观时长考虑爬山虎的复绿效果较好，从植物覆盖高度考虑葛藤的生长覆盖效果最佳，由于矿山生态修往往要求当年达到较高的覆盖效果，因此在实际应用中应选用葛藤，结果如表7所示，复绿效果最佳的因素组合为A3B3C1D3，即葛藤+种植土层厚75cm＋浇水间隔10天＋氮肥用量30g/m2。

3结论与讨论

在高陡岩壁复绿过程中，植物的选择及其种植管理技术对复绿效果有直接影响。冯茹通过AHP为采石场废弃地高陡岩壁绿化，筛选出爬山虎和葛藤两种藤蔓植物[5]，谢良生使用“百分法”为华南地区筛选出山葛藤、异叶爬山虎、猫爪花等16种岩质坡面绿化藤蔓植物[6]。而本研究使用综合平衡法，在3种藤蔓植物中选出高陡岩壁复绿效果最优的葛藤。卢珊珊在对7cm、10cm、15cm三种基质厚度对植物生长的影响研究中得出，基质越厚、土壤含水量越多植物的覆盖度越高、景观效果越好[7]，Ceccon E等人研究发现施用氮肥能够促进植物主植生长，提高植被盖度[8]，但也有研究表明，植物生物生长高度在施氮条件无显著增长[9]。这与本研究中得出土层厚度越厚、浇水间隔时间越短、氮肥施用量越多木质藤蔓植物覆盖高度越高结果相一致。研究结果可为当地及周边区域木质藤蔓植物矿山复绿提供借鉴。

通过正交实验L9（34）的对比得出：在石灰岩矿山高陡岩壁环境条件下，最佳的覆绿组合管理技术为：葛藤+土层厚75cm＋浇水间隔10天＋氮肥用量30g/m2。

参考文献

[1] H. Cornelissen，I. Watson，E. Adam，T. Malefetse. Challenges and strategies of abandoned mine rehabilitation in South Africa： The case of asbestos mine rehabilitation[J]. Journal of Geochemical Exploration，2019，205（1）：354-361

[2] 邹浩，王章琼，陈金国，等.花岗岩采石场高陡硬质岩壁复绿难点及对策[J].资源环境与工程，2019，33（2）：237-240.

[3] D.A. Ronzhina， L.A. Ivanova， L.A. Ivanov. Leaf functional traits and biomass of wetland plants in forest and steppe zones[J].Russian Journal of Plant Physiology，2019，66（3）：393-402.

[4] 傅家齐.亚热带石壁裸岩植物绿化效果研究[J].安徽农学通报（上半月刊），2012，18（1）：126-127.

[5] 冯茹，李富平，王磊，等.基于AHP的采石场废弃地藤本植物筛选[J].分子植物育种，2019，17（22）：7616-7622.

[6] 谢良生.华南地区适宜岩质坡面绿化的攀援植物筛选[J].中国园林，2006（11）：73-76.

[7] 卢珊珊. 北京地区植被屋面植物组合与基质厚度研究[D].北京：北京林业大学，2016.

[8] Ceccon E， Sanchez S， Campo J. Three seedling dynamics in two abandoned tropical dry forests of differing successional status in Yucatan， Mexico： a fieldexperiment with N and P fertilization[J]. Plant Ecology， 2004， 170（2）：277-285.

[9] 毛晋花. 红皮云杉幼苗对增氮减水的响应[D].哈尔滨：黑龙江大学，2018.