露天矿排矸堆土场自然植被演替规律及立地质量评价

刘建华

(辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新 123000)

露天矿排矸堆土场自然植被演替规律及立地质量评价

刘建华

(辽宁省固沙造林研究所，辽宁 阜新 123000)

通过对不同的排矸年限矸石山的植被调查，结果显示:Ⅰ类排土场,随着排土年限增加，出现了多种植被群落，该生境的适生植物种类较多，具备了进行人工植被恢复的良好条件;Ⅱ类排土场，从群落外貌看，形成了明显的复层结构,群落的形成使排土场生境条件进一步改善，可进行人工复垦造林;Ⅲ类排土场仍处于演替的初级阶段，已初步具备耐旱乔木树种生长的条件;Ⅳ类排土场无植被分布，不适宜人工复垦造林，需经过多年的风化或人工促进风化进一步改善生态环境。

排土场；植被调查；立地质量

辽西北有阜新矿区、铁法矿区、北票矿区、南票矿区等十几个矿区。阜新矿区是国家及东北较大的矿区之一，其范围东起新丘，西至清河门，号称“百里矿山”[1]。煤矸石是在煤炭开采过程中，与煤相伴共同存在的岩石，煤矸石主要由高岭石、伊利石、黏土矿物、石英和少量煤、黄铁矿组成。在煤的挖掘和筛选过程中随之排放堆积在矿区周围的土地上，形成矿区废弃地。煤矸石具有灰黑色、灰褐色、灰白色、灰黄色等各种不同颜色[2]。煤矸石的化学组成除含碳外，一般以氧化物为主，据有关部门对东北19个重点煤矿(包括阜新)的38个煤矸石样品的化验分析结果表明，主要物质成分有两种：SiO2和Al2O3，其中，SiO2含量较多约达63.4%，甚至更多达88%，Al2O3含量相对少一些约占19.8%，最多高达38.8%，其余的氧化物比较少，如Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等，另外煤矸石还含有常量成分C、S、K、Si、Ca、Mg、Fe、Na等，很少量的微量成分：Pb、Mn、As、Cd、Hg、Cu、Ni、Se等[3]。主要地带性植被有：油松、刺槐、山杏、荆条、酸枣、胡枝子等。主要草本植物为中华隐子草、蒿类、白羊草、野古草等。由于土壤贫瘠，有机质含量低，植被覆盖小。

1 研究区概况

辽西北煤矸石地主要分布在辽宁省阜新市境内，该地区自然降水量少，年际变率大，时空分布不均匀。多年平均降水量480 mm，最少年份为338.2 mm，最多年份为824.7 mm，其中大的排矸堆土场主要有海州露天矿排土场、新邱排土场、高德矸石山和孙家湾矸石山。其中的海州露天矿排土场，位于太平区境内，系河南岸，排土场东西长3.9 km，南北宽1.8 km。地表海拔标高为165～200 m，平均175 m。地势东南高，西北低，排土场面积约为13 km2，是阜新境内煤矸石地的最典型也是最大的代表地块[4]。

2 研究方法

2.1 样地设置和群落调查

根据现有的海州矿露天矿排土场资料，选择自然恢复<8年排土场，8～15年排土场，15～25年排土场，25～35年排土场作为研究对象。试验区域面积30 hm2，包括排土场的平台和边坡。根据群落实际分布情况，在各研究区选择2～10个采样点，每个采样点进行重复样方调查。在不同采样点上分别设置5 m×5 m灌木样方(3个重复)和1 m×1 m草本样方(10个重复)，其中5 m×5 m样方内设置3个1 m×1 m的样方，样方共计156个，分别调查灌木与草本的种类、盖度、密度和高度等指标[5]。

3 结果与分析

3.1 不同类型排矸堆土场植物群落分析

矿区废弃地特定的立地条件决定了植被分布的特殊特征。植物群落组成种类是按照煤矸石的风化程度、土壤水分、土壤养分、土壤酸碱度的分布规律而分布。经实地布设样地的测定，阜新海州矿区废弃地主要植物群落分布见表1。

表1 不同排土场类型植物群落分布

(1)Ⅰ类排土场,随着排土年限增加，林下出现了酸枣、杠柳、荆条、兴安胡枝子、虎榛子等灌木树种，但灌木层盖度较低，约5%，高度为1.2 m。一般杠柳和酸枣成片分布，相对盖度稍大；而胡枝子和荆条在林下散生。草本层种类增加，盖度增至95%，草群高度也增加，约为0.9 m。多年生草本继续增加，物种数占草本的76%，特别是多年生禾本科草类增加较多，如：菅草、野古草、多叶隐子草、羊草等。优势草本植物为茵陈蒿、狗尾草和糙隐子草，三者重要值贡献率为32.07%。值得注意的是，群落生境已明显向中生方向发展，积水之地还有香蒲。因此，该生境的适生植物种类较多，具备了进行人工植被恢复的良好条件。

(2)Ⅱ类排土场，从群落外貌看，形成了明显的复层结构。林下草群盖度达75%，高度增至0.65 m。优势草本植物为狗尾草、茵陈蒿和鹅绒藤，三者重要值的贡献率为51.43%，且蒿类的优势加较快。多年生芦苇、黄蒿、百里香、大针茅、羽茅、阿尔泰紫菀、狗尾草相继侵入，多年生草本的物种数达到61%，群落的形成使排土场生境条件进一步改善，可进行人工复垦造林。

(3)Ⅲ类排土场，为狗尾草、虎尾草、白茅群落，仍处于演替的初级阶段，但物种组成发生较大变化，除1年生植物外，开始出现多年生的茵陈蒿、早熟禾等。说明环境条件有所改善，已初步具备耐旱乔木树种生长的条件。

(4)Ⅳ类排土场无植被分布，不适宜人工复垦造林，得经过多年的风化或人工促进风化进一步改善生态环境。

3.2 海州矿排土场立地质量评价

开展海州矿排土场立地类型划分及立地质量评价具有重要的应用价值，它将为排土场植被恢复，土地资源合理利用提供科学依据。研究表明停止排矸年限、矸石堆放高度、表层风化物厚度是影响风化物化学性质、植被种类及生长状况的主要因素。因此，可按停止排矸年限划分排土场的立地类型。立地分类结果如下：

表2 不同类型排土场立地质量评价

为了更直观的分析各类型排土场植物生长适应性，选取矸石山上具有代表性植被紫穗槐为例，对其造林成活率和高生长进行多重比较分析。

表3 紫穗槐造林成活率多重比较

由表3可知，紫穗槐在Ⅱ、Ⅲ类排土场上的成活率与Ⅳ类排土场上的成活率差异极显著，Ⅱ类与Ⅲ类的成活率差异也极为显著。说明了紫穗槐在海州露天矿排土场不同立地类型环境下的成活率存在着显著差异，排矸年限≥25年的立地类型适宜植被生长，排矸年限15～25年的立地类型适宜抗逆性强的植被生长，而8～15、≤8年的Ⅲ类、Ⅳ类由于停止排矸年限太短，个别地段还存在着自燃现象，使风化物的温度过高，风化物表层干燥少水，孔隙状况不良，致使林木不能成活[6]。

4 结论

4.1 Ⅰ类排土场,随着排土年限增加，出现了多种植被群落，该生境的适生植物种类较多，具备了进行人工植被恢复的良好条件。Ⅱ类排土场，从群落外貌看，形成了明显的复层结构。落的形成使排土场生境条件进一步改善，可进行人工复垦造林。Ⅲ类排土场仍处于演替的初级阶段，已初步具备耐旱乔木树种生长的条件。Ⅳ类排土场无植被分布，不适宜人工复垦造林，得经过多年的风化或人工促进风化进一步改善生态环境。

4.2 通过对排土场立地类型划分及对排土场适应性高的紫穗槐造林成活率多重比较分析看出，植物在不同立地类型排土场生存的自然环境存在显著差异，验证了对排土场立地类型划分的科学性和合理性。

[1] 范英宏，陆兆华，程建龙,等.中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术[J].生态学报，2003，23(10)：2145-2147

[2] 高淑慧，贾志斌，张树礼,等.露天煤矿排土场的复垦研究[J].北方环境，2011，3(23)：40-41

[3] 牛星，蒙仲举，高永,等.伊敏露天煤矿排土场自然恢复植被群落特征研究[J].水土保持通报，2011，31(1)：215-221

[4] 高英旭，刘红民，刘阳,等.海州露天矿排土场不同林分土壤理化性质对植被生物量的影响[J].中南林业科技大学学报,2014，34(1)：78-83

[5] 王琼，辜再元，史春华,等.废弃采石场植被自然恢复过程中物种多样性变化特征[J].环境科学研究，2009，22(11)：1306-1307

[6] 刘青柏, 刘明国, 刘兴双,等.阜新地区矸石山植被恢复的调查与分析[J].环境科学研究，2003，34(6)：434- 437

Laws of Natural Vegetation Succession and Evaluation of Site Quality in Open-Pit Mine Waste Dump

Liu Jianhua

(Liaoning Provincial Dune-Fixation and Afforestation Institute, Fuxin 123000, China)

Vegetation of waste dump with different years of waste rock discharging was investigated.Result shows that: multiple vegetation communities appear in classⅠDump with increased age;the habitat have many species suitable plants, which have a good condition of the artificial vegetation recovery;classⅡdump, from the appearance of the community, distinct stratified structure was formed composite layer structure.The formation of the dump further improves habitat conditions, and artificial reclamation afforestation can be conducted;class Ⅲ dump is still at an early stage of succession and has growth conditions for drought-tolerant tree species;class Ⅳ dump has no vegetation distribution and unfits artificial reclamation afforestation, it requires years of weathering or artificial weathering to promote further the ecological environment.

waste dump of mine;investigation on vegetation;site quality

1005-5215(2015)01-0017-02

2014-10-08

刘建华(1982-)，男，辽宁朝阳人，大学，工程师，现从事林业经营工作.

S718.51.9

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.006