抚仙湖流域磷矿开采废弃地恢复竹林群落的物种配置研究*

赵敏慧,杨礼攀,杨中宝,王 跃

(1.玉溪师范学院,云南 玉溪653100;2.云南中医学院,昆明 650500)

磷矿是抚仙湖流域的重要资源,在澄江县具有20余年的开采历史。磷矿开采引发的水土流失成为抚仙湖的一个重要污染源。矿区水土流失这一面源污染的形式,除对本区域产生影响外,还会对更大范围内的土地利用、水文条件产生影响[1]。矿山废弃地对土地的侵占和环境污染已成为区域社会经济发展的制约因素[2-4],因此磷矿开采的植被和生态恢复是该区域环境治理的主要措施。

植被所表现出的固持土壤、保持水土、净化环境是生态建设的重要目标,同时也产生较好的经济和社会效益,成为矿山生态恢复和重建的核心。竹林是易栽易管的一类经济林,在抚仙湖流域分布广泛,生长良好,并具有较强的水土保持效能,可选作磷矿开采废弃地的恢复林种[5-6]。而恢复林种内物种的配置(选择)适当与否是植被恢复工作成败的关键之一[7]。为恢复和改善抚仙湖磷矿开采区生态环境,提高地方民众的经济收入,通过野外调查,对抚仙湖流域经济效益较高的竹林群落特征及群落内物种地位进行了分析,制定了磷矿开采废弃地恢复竹林群落的最佳物种配置方案,以使竹林在恢复中通过合理的树种配置,增加物种多样性,在短期内发挥最大的生态效益和经济效益。

1 研究区概况

抚仙湖磷矿开采区位于抚仙湖东北角,玉溪市澄江县城东,东经 102°56′-103°01′,北纬 24°37′-24°46′。开采区面积7 244.27 hm2,占流域总面积的10.28%,总储量4亿t,品位高,易开采。本区属亚热带高原季风气候,干湿季节分明,雨热同季,年平均气温16.5℃,最冷月1月平均气温 8.3℃,最热月 7月平均气温20.5℃,年降水量900～1 200 mm,年日照时数为2 141.8 h。土壤有红壤、黄棕壤、水稻土,以红壤为主。地带性植被是以壳斗科(Fagaceae)、樟科(Lauraceae)、茶科(Theaceae)、木兰科(Magnoliaceae)植物为优势种的半湿润常绿阔叶林。但该区由于开发时间较早,人为破坏严重,目前半湿润常绿阔叶林仅残留39.40 hm2,占整个开采区的0.54%,在磷矿开采区植被生态系统中的生态作用有限。目前地表植被以旱地栽培植被面积最大,为2 749.61 hm2,占磷矿开采区面积37.96%。其次是次生植被华山松林和云南松,两者面积合计占开采区的31.71%,其它植被类型均面积较小,且呈零散分布状态。磷矿开采废弃地面积119.70 hm2,虽只占开采区面积的1.65%,但因常年深度剥离式的开采方式对地表植被破坏较大,又缺乏有利的开采面恢复措施,雨季表土随径流流失,增加了抚仙湖的污染负荷。

2 研究方法

依分散典型取样原则,在研究区竹林群落成片分布的地段,选取样地进行群落调查。样地形状不限,依地形而定,共设置样地3个,单个面积25 m2(5 m×5 m)。在每个样地内每木调查乔木、灌木,并分别设置面积为1 m×1 m的小样方5个,调查草本植物。在设置的群落样地内,用法瑞学派方法调查每个样方的植物种类、每种植物的存在度、生活型、多优度、群集度、高度及群落盖度。存在度用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五级表示。生活型采用Raunkiaer系统表示,即以休眠或复苏芽所处的位置高低和保护的方式分为以下几类:高位芽植物(Ph),地上芽植物(Ch),地面芽植物(H),地下芽植物(G)和一年生植物(T)[7]。

多优度采用+～5六级制[8],即盖度-多度级,以盖度为主结合多度,各等级表示样地内某种植物的种盖度大小值。各等级含义分别为:5:种盖度在75%以上者;4:种盖度在50%～75%以上者;3:种盖度在25%～50%者;2:种盖度在5%～25%者;1:种盖度在5%以下,或数量尚多者;+:种盖度很小,数量也少,或单株。根据盖度等级,同时体现了被调查的样地总数和物种在样地的出现次数计算得到盖度系数。群聚度级采用5级制,以聚生状况与盖度相结合,各等级含义为:5:集成大片,背景化;4:小群或大块;3:小片或小块;2:小丛或小簇;1:个别散生或单生。

然后计算每个物种的综合优势比,综合优势比=(盖度比+高度比)/2×100%,其中盖度比=某一物种的盖度/样地中盖度最大的物种盖度×100%,高度比=某一物种的高度/样地中高度最大的物种高度×100%。

3 竹林群落特征及各植物种在群落中的地位分析

3.1 竹林群落特征

自然竹子(Phyllostachys decora)种群多为森林下的伴生种类,随着原生森林的毁坏逐渐发展成林,并能形成维持相当时间的稳定群落,或村寨附近由人工栽培自然发展成林。研究区竹林面积合计21.19 hm2,占该区域面积的0.29%,多为人工种植发展而来的单优群落,生长迅速,3～5 a便可成林,总盖度较高,多分布于水湿条件较好的沟箐中。调查样地内竹林高6～12 m,茎干粗1.5～4 cm,生长茂密,在25 m2的样地内,竹子生长整齐,有62～150株,每公顷可达18 000～45 000株。林内除建群种美竹及草本紫荆泽兰外,其它物种均是样地四周传播进来的本地乡土种。调查样地内共有18种植物,总物种数较低,单个样地5～12种,且各物种个体数少、多优度-群聚度较低,介于+.1～2.2之间(见表1)。竹类因具有特殊的生活型,在植被分类中作为一个单独的植被类型(见表1、表2)。

3.2 竹林群落样地存在度4级及4级以上物种在群落中的地位

样地1有物种9种,存在度4级及4级以上的6种,灌木层土茯苓、滇山茶综合优势比0.75,巴豆藤0.69,在该层占相对优势,另外有梁王茶单株出现;草本层存在度4级以上的只有沿阶草1种出现。样地2总物种数5种,存在度4级以上的除美竹外只有土牛膝1种以单株出现。样地3有物种12种,存在度4级及4级以上的7种,其中灌木层中巴豆藤综合优势比1,滇山茶0.91,土茯苓0.87,梁王茶0.62,优势比依次降低;草本层综合优势比沿阶草为1最占优势,其次是土牛膝0.56。因此竹林群落中除美竹之外优势度较高的物种是:灌木层:土茯苓、滇山茶、梁王茶和藤本植物巴豆藤,草本层:沿阶草、土牛膝(见表3)。

表1 竹林群落样地环境

表2 竹林群落样地物种特征

表3 竹林群落样地存在度四级及以上物种综合优势比

4 竹林群落内的物种配置

4.1 物种选择原则

为使恢复后的竹林群落结构合理、功能完善,物种多样性丰富,群落内物种的配置应依待恢复地段的立地条件,按“乔灌草藤结合”的原则,选择既要具有固坡、防止水土流失等生态防护作用,又要有利于景观美化的树种。具体的种类选择则要考虑以下特点:(1)根系发达、生长快;(2)适应性强、抗逆性好;(3)具固氮能力;(4)当地优良的乡土树种和先锋树种;(5)种源易于人工繁殖,易栽易管;(6)树种不仅经济价值高,还具有多功能效益。

4.2 物种配置方案

竹林由于受到较多人为干扰,物种多样性低,但竹林更多是作为经济的考虑而栽培的,因此为了提高人工竹林群落的物种丰富性和稳定性,可适当配置竹林样地内存在度4级及以上物种。同时可在林内适当的配置滇朴、黄连木(Pistacia chinensis)等常绿阔叶林的优良乔木树种,火棘(Pyracantha f ortuneana)、常绿蔷薇(Rosa longicuspis)等适应性较强的灌木,以及地石榴(Ficus ticoua)、葛根(Pueraria lobata)等具不定根,有较强萌生性,能在较短时间内覆盖大面积地表,护坡,护土效果良好的藤本植物。这样既可以增加竹林的物种丰富度和覆盖度,也可使作为经济林使用的竹林也不至于因竹子的砍伐而破坏群落结构。

具体的物种配置在矿区土地复垦后分3个地段来施行:在开采斜坡区、平台区、集水区、表土堆积区,沿等高线带状整地,选种研究区适应性强的阔叶树种和竹林群落内的美竹和优势灌木树种,以起到构建群落的作用;在开采陡坎区,选用研究区广泛分布的耐贫瘠、干旱、萌生性强、护坡,护土效果良好、生长迅速的藤蔓植物,如地石榴、葛根、巴豆藤等,以提高土壤的保水性和快速改善干旱、贫瘠的小环境;在待恢复地段附近划出小片水肥条件较好的区域做补植区,并在其上栽种待恢复优势乔木种和成活率高、具经济价值、美化效果的火棘、常绿蔷薇做后备补充,同时在废弃平台区植入美竹、慈竹(Af f inis(Rendle)McClure)、滇朴、黄连木。这样,通过营造乔灌草藤复层林,将对矿区生态恢复起到较好的作用。

5 结语

竹林青翠挺拔、冠形优美,生长迅速,是优良的庭院绿化树种,也是高山风景区之优良风景林树种,也是当地群众喜爱的经济林,易栽易管,具较高经济价值。同时在水源涵养、提高土壤抗蚀性和土壤营养成分含量方面效果较优。因此竹林是磷矿开采废弃地上做植被恢复的理想林种。但竹林生长需要较好的水分条件,只适宜在水分条件较好的山坳种值,而在水分条件较差的山坡上则不易成活。因此为了兼顾生态和经济效益,磷矿开采形成的低洼积水地带可选竹子做植被恢复,附近地带可依具体地段的小生境差异,配置群落和研究区优势乔灌树种及研究区耐贫瘠、干旱、萌生性强、护坡,护土效果良好、生长迅速的藤草植物。这将缩短群落从废弃地到经济林的恢复和演替时间,使恢复后的竹林群落结构合理、物种多样性丰富,生态系统稳定,以尽快发挥磷矿开采区的生态服务功能和经济效益。

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[8] 云南大学生态地植物研究室.昆明西山青岗栎群丛的初步研究[C]//云南大学学术论文集.第五辑(生物分册).1965.