运用杂交构树对尾矿生态修复和矿区绿化

彭献军++王金山++沈世华

摘 要：矿产资源是我国社会经济发展的重要支柱，然而矿产资源的开发同时也是迄今人类最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。因此，废弃矿山的生态恢复和矿区生态绿化是迫切需要解决的问题。本文在河北省唐山铁矿区内5个试验地种植试验的结果表明，杂交构树对废弃矿山和矿区恶劣生境表现出良好适应性。在不采取工程措施的情况下，通过原土种植，可获得较高的存活率，后期管护措施简便、易行，降低了尾矿生态修复和矿区绿化的成本。本研究为杂交构树在矿山地区的大面积推广种植提供了理论依据，在生态环境治理、矿区修复和绿化等方面具有广泛的应用前景。

关键词：杂交构树；矿山修复；生态绿化；尾矿治理

中图分类号：S792 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.024

Application of the Paper Mulberry in Ecological Restoration of Tailings and Mining Area

PENG Xianjun，WANG Jinshan，SHEN Shihua

（Institute of Botany， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100093，China）

Abstract： Mineral resources is an important pillar for our country's social and economic development， but mineral resources development is also the largest organized human activity which changes the landscape of the earth's surface and destroys the surface ecological system. Therefore， the ecological restoration of abandoned mine and the mining area ecological greening are urgent. In this study， five iron producing area in Tangshan of Hebei Province were selected for planting experiment. The results showed that paper mulberry can achieve the high survival rate without taking engineering measures and through the original soil planting. In addition， the paper mulberry also exhibited the good adaptability to abandoned mines and mining area environment. The plantation management is simple and easy which can reduce the cost of the ecological restoration of tailings and mining area greening. This research provides the theoretical basis for planting the paper mulberry in restoration of the ecological environment of the mine area.

Key words： paper mulberry； mine restoration； ecological greening； tailings treating

近些年，随着我国经济的快速增长，对矿产资源的需求不断增大，开采规模持续快速扩大，带来的环境污染和生态破坏问题也日趋严峻。大规模的矿石开采，使生态系统遭受严重破坏：水土流失、山体滑坡等灾害的发生频率大大增加；地表植被和自然地貌遭到严重破坏；尾矿粉堆积如山；土壤微生物环境受到破坏；水体、大气的污染日趋严重[1-2]。长期以来，政府和企业投入了巨大的人力、物力和财力，通过大规模的工程技术手段对尾矿加以改造，通过种植园林绿化植物进行造景和生态恢复。但是，由于巨大的前期投入和后期不断增加的养护成本，常用的园林植物，如银杏、白蜡、刺槐和榆树等乔木类树木在尾矿和矿区难以适应，许多地区的绿化和生态修复工程未达预期[3]；在通过工程措施后种植诸如核桃、板栗、山楂和柑橘等经济作物，以实现土地复垦的“工改农”方案，则因为较高的生产成本和管护难度，未能大规模推广。

杂交构树具有很强的适应性，能够耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱、抗污染和病虫害。作为一种速生树种，可广泛用于土地沙（石）漠化和盐碱地治理[4-5]，具有加速封山造林、优化农村经济结构等功能，创造出良好的生态和经济效益[6]。

杂交构树耐盐碱、抗干旱，作为盐碱地绿化树种，在河北省唐山市和天津市的滨海盐碱地以及山东、辽宁等地已经有了多年的推广种植[7]。杂交构树侧根极其发达，再生力强，多集中于地表以下30 cm，穿插力强，当年侧根即能伸展2 m 以上。地表根系发达，对土壤具有很强的固持作用，在贵州省喀斯特石漠化区，杂交构树已经应用于涵养水源、保持水土、防止土地石漠化和恢复与重建退化喀斯特生态系统[8]。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

试验选址为河北省唐山市的迁西县和迁安市的铁矿区。该试验地位于燕山沉降带东段南缘，其地貌特征呈典型的低山丘陵景观。属暖温带大陆性半湿润的季风气候，四季分明，干湿季节明显。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年平均气温10.1 ℃，7月份平均气温25 ℃，1月份平均气温-7.8 ℃。初霜期为10月初至11月初，终霜期为4月初至4月底，无霜期一般为183 d，最长为209 d，最短为161 d，多年平均降水量为804.2 mm。气候条件能够满足杂交构树的生长要求。

1.2 研究材料

试验所用杂交构树为中国科学院植物研究所培育的速生、多抗的生态经济林用树种。试验选用株高在20 cm左右的一年生杂交构树幼苗，方便贮运。另外，以白蜡树（Fraxinus chinensis）和榆树（Ulmus pumila）为参照，比较相同生长条件下不同树种生长量的差异。

1.3 试验地

1.3.1 试验地特点 迁西县兴城镇台头村和东荒峪镇的铁矿选矿场的试验地，土壤土层薄，且以裸岩、碎石及砂砾为主，有机质、养分和土壤微生物含量低，保水性差，如图1A所示。迁安市马兰庄永盛公司内废弃选矿场试验地的土壤特点与迁西类似，土质特点为碎石、砂砾地，有机质养分、土壤微生物含量低；迁安市五重安乡瑞阳生态农业大观园园区内有改造选矿场和尾矿粉堆两块试验地，其中，改造选矿场的土质为碎石和薄土，有机质养分、土壤微生物含量低；尾矿粉堆以废弃尾矿粉为主要成分，具有保水性差、缺乏有效营养成分的特点。图1B所示为尾矿粉堆沙漠化生境的情况。

1.3.2 试验地整理 在迁西县境内的两处试验地均不做土地整理工作，采取原土种植的方式，依地形进行种植试验。在迁安的试验地按图1C所示进行适当的土地平整，试验地边缘做好护坡措施，创造相对均一的试验条件，规范设置试验小区。

1.4 苗木定植

杂交构树幼苗的定植期较长。华北地区一般在最低气温高于10 ℃时的月份均可定植。唐山地区一般在5—9月完成定植。杂交构树定植密度选择100 cm×100 cm株行距为宜，以保证在树体营养供给的前提下充分利用土地。定植时应避免在阳光强烈的正午进行，宜选择在每天的傍晚或阴天时进行。定植时，首先去除苗木的营养钵，应尽量保证根系完整不散团。栽植深度不要过深，以掩过原土位置1 cm左右为宜。定植后及时灌足定植水[9]。

1.5 日常管理

苗木定植后，有一个7 d左右的缓苗期，应加强水分调控，7 d内至少浇两次水。苗木成活后，在生长期内根据实际情况浇水3～4次。北方地区为保证苗木安全过冬，入冬之前浇封冻水[6]。

2 结果与分析

依据各个试验地不同的地形、土质和水肥处理设计3个试验，对杂交构树在尾矿和矿区的适应性和生长势进行综合比较分析。

2.1 地形对杂交构树成活率和生长状况的影响

迁西县的试验地未经土地整理，迁安市的试验地进行了适当的土地平整等措施。在迁西县东荒峪和迁安市马兰庄永盛公司这两处类似土质和生态环境条件的试验地各选取50株杂交构树进行成活率对比试验，并从中各选取20株进行生长量对比试验，从一定生长时期（70 d）内的株高、地径和枝叶量3方面对杂交构树的生长情况进行统计，试验数据采集年份为2010年。由图2A可以看出：不同地形对杂交构树的成活率存在一定的影响；定植一个半月后，进行土地整理的相对于未进行土地整理的杂交构树有着较高的成活率。在两个月后，树苗均完成缓苗，成活率趋于稳定。图2B、C、D中马兰庄试验地进行了土地整理，种植3个月后株高平均增加69.95 cm，增幅265.4%；地径平均增加0.880 4 cm，增幅161.12%；枝量平均增加2.6，叶量平均增加15.2。而东荒峪的试验地没有进行土地整理，种植3个月后株高平均增加18.3 cm，增幅101.34%；地径平均增加0.404 8 cm，增幅136.54%；枝量平均增加1.2，叶量平均增加6.6。

2.2 不同土质对杂交构树生长状况的影响

在瑞阳生态农业大观园的两处试验地I （选矿场）和II（尾矿粉堆）各选取供试苗20株进行生长量对比试验，在70 d的生长时期内，对杂交构树的株高、地径和枝叶量3个指标进行统计（图3）。

图3中选矿场尾矿（Ⅰ）的土层缺失，多碎石、裸岩的破碎生境；尾矿粉堆（Ⅱ）属于沙漠化生境。两块试验地均进行了土地整理，试验条件均一。图3A所示，在3个月的生长期后，选矿场尾矿的杂交构树株高平均增加73.8 cm，增幅293.22%；地径平均增加1.64 cm，增幅357.34%；枝量平均增加5.4，叶量平均增加12.6。尾矿粉堆的株高平均增加34 cm，增幅135.76%；地径平均增加0.37 cm，增幅103.26%；枝量平均增加2.4，叶量平均增加6.4。数据结果表明，选矿场尾矿的杂交构树长势要优于尾矿粉堆。

2.3 不同水肥条件对杂交构树成活率和生长状况的影响

2.3.1 施肥对杂交构树生长状况的影响 作物种植的过程中，施肥是一项非常重要的工作，在浇水管理相近的条件下，在河北唐山迁西县台头村和迁安市五重安乡瑞阳生态农业大观园两地3个试验地块各取样50株，进行施肥对比试验，选用肥料为磷酸二胺复合肥，试验数据采集年份为2010年。在树苗成活后施入磷酸二胺复合肥，促长效果明显。试验结果显示，施肥处理的成活率高于未施肥处理（图4A）。图4B、图4C所示为在施肥或不施肥条件下杂交构树的株高和地径的增长情况。Ⅰ和CK-1是来自台头村试验地的数据，由于该试验地的管理存在问题，构树的生长势较其他地块要差。经过3个月的生长期施肥组Ⅰ的株高平均增加38.2 cm，增幅205.86%；地径平均增加0.75 cm，增幅315.46%。对照组CK-1株高平均增加23.6 cm，增幅119.56%；地径平均增加0.45 cm，增幅179.94%。施肥组长势优于对照组。而选矿场和尾矿粉堆的生长量更大，相比对照的优势也更为显著。选矿场施肥组Ⅱ株高平均增加178.6 cm，增幅669.42%；地径平均增加3.28 cm，增幅736.22%。对照组CK-2株高平均增加73.8 cm，增幅315.82%。尾矿粉堆施肥组Ⅲ株高平均增加176.4 cm，增幅732.6%；地径平均增加3.74 cm，增幅1148.28%。未施肥对照组CK-3株高平均增加34 cm，增幅135.76%；地径平均增加0.38cm，增幅103.26%。

2.3.2 不同水肥组合处理对杂交构树生长的影响 试验采用在一定生长时期（70 d）内，从株高和地径两方面对杂交构树的生长情况进行统计。试验中设置4个处理，每个处理设3个重复；CK为对照组，不浇水不施肥；处理Ⅰ，浇水施肥；处理Ⅱ，施肥不浇水；处理Ⅲ，浇水不施肥。图5中的A、B两图为水肥控制试验测得的相关数据得出的结果。数据采自瑞阳生态农业大观园选矿场，试验数据采集年份为2010年。处理Ⅰ株高平均增加了188 cm，增幅789.57%；地径平均增加3.4 cm，增幅1 013.13%；处理Ⅱ株高平均增加了175 cm，增幅775.9%；地径平均增加3.24 cm，增幅918.67%；处理Ⅲ株高平均增加了160.67 cm，增幅554.2%；地径平均增加2.39 cm，增幅520.17%；CK株高平均增加了44 cm，增幅169.17%；地径平均增加0.87 cm，增幅181.1%。通过数据可以看出，杂交构树的长势为处理Ⅰ>处理Ⅱ>处理Ⅲ>CK。

2.4 杂交构树与白蜡、榆树对比试验

杂交构树属于速生树种，在水肥供给充足的情况下，年生长量很大，相比其他绿化树种能够加速绿化进程。试验中对杂交构树和白蜡、榆树种植后的生长量进行了对比试验，在迁西县台头村、东荒峪、马兰庄永盛公司、重安乡的瑞阳生态农业大观园的改造选矿场和尾矿粉堆5个试验地同时种植了杂交构树和白蜡、榆树，从株高和茎粗两个方面的生长量进行比对。由图5C、图5D可以看出，总体上杂交构树的生长速度明显高于传统绿化树种白蜡树和本土的榆树。而在立地条件相对好的选矿场试验地优势更为突出。经过3个月的生长，株高杂交构树增量156 cm，白蜡增量88 cm，榆树增量78 cm；地径杂交构树增量1.76 cm，白蜡增量1.05 cm，榆树增量0.6 cm。

3 讨 论

3.1 地形和立地条件影响杂交构树的生长状况

杂交构树根系对土壤的通透性有一定要求，宜选择土质疏松的地块进行种植[2]。通过迁西县东荒峪和迁安市马兰庄永盛公司这2处试验地的对比种植，做过土地整理的试验地种植杂交构树的成活率总体要优于未进行土地整理的地块，未经土地整理种植的构树苗生长量明显小于经过土地整理的构树苗。可能是因为进行土地整理后，试验地块地势趋于平坦，土质变得疏松，有利于水分的涵养和植物根系的生长。

主干加速木质化，叶片较小而厚，颜色暗绿。可能原因是在种植初期，构树苗根系伸展能力较弱，在不经土地整理的情况下根际土壤环境差，根系吸收水分、养分困难，加上土壤保水、保肥能力差，植株生长减缓。

3.2 不同土质明显影响杂交构树的生长

通过对比大观园试验地的选矿场和尾矿种植杂交构树的实际效果可以看出，杂交构树拥有很强的适应能力，种植的成活率均可达到90%，尾矿上种植的成活率稍低，但也在90%以上；同时，树苗的长势也相对选矿场地块要慢一些，树苗分枝少，树叶发黄，新生叶长势缓慢。分析原因可能是由于尾矿沙地有机质含量极低，土壤保水性能差，水肥流失严重，导致植株脱水、脱肥，植株营养不良。选矿场、尾矿虽然是破碎生境，但由于存在一定的原有土壤成分，以及长期的自然水分、养分积累，土壤中养分含量明显高于尾矿粉堆的试验地。同时，由于尾矿粉堆的沙漠化特性，土壤含蓄水分的能力差，植株容易缺水干旱，不利于生长。因此，与选矿场的破碎生境相比，尾矿粉堆的沙漠化对植物生长影响更为明显。

3.3 水肥条件制约着杂交构树的生长状况

处理Ⅰ进行了日常的浇水施肥管理，水肥得到了满足。日常浇水管理满足了植株生长所必需的水分供应，直接促进了植株的生长；同时水分使土壤中物理结构得到改善，植株在生长过程中更容易伸展根系，有利于植株生长。种植杂交构树时，配合浇水施用磷酸二胺复合肥，补充了原土中的营养成分，在树苗成活后迅速供应树苗生长所需水分，促进了植株的发育，提高了植株的抗逆性和生长速度。处理Ⅱ长势优于处理Ⅲ是由于在干旱的北方山区，水分胁迫对植物生长的影响最大，而土壤肥力只有在水分供给正常的情况下才能更好地发挥出来。因此，虽然处理Ⅲ土壤进行了施肥，但植株长势并不如处理Ⅱ。

由于试验区内土壤有机质含量低，多干旱贫瘠，植物对养分的吸收困难，所以，在树苗成活后合理使用有机肥，可以在促进树苗生长的同时在很大程度上提高树苗的成活率。有机肥含有大量有机质，可促进土壤微生物繁殖，使土壤疏松、通气，易于排水、耕作，有机肥腐殖质中的主要成分腐殖酸，能促使种子发芽、根系生长和养分吸收并且能促进作物促进光合作用；因此，施用有机肥料，可以明显提高杂交构树的存活率和生长速度[6]。

3.4 杂交构树水土保持的作用明显

杂交构树的侧根极其发达，伸展范围很大，当年即可达到2 m以上（图6），可以固持大面积的根际土壤，根系交错形成良好的网络。在雨季可以很好地保持住水土，有利于土壤的结构保持和地形维护。对于破碎生境比如尾矿和宕口的生态修复有着很好的利用前景[10]。同时，大量的浅层根系对于表层土壤（30 cm）也具备固持作用[6]，这在北方地区对于防风固沙也有一定作用。

3.5 杂交构树可以降低尾矿生态修复工程成本

杂交构树耐干旱、耐贫瘠，适应性强。根系发达，枝叶繁茂，喜光，耐修剪砍伐，能净化空气[11]。与白蜡和本土树种在试验地上进行对比种植，在保证高成活率前提下，在生长速度和生物量上均优于白蜡和榆树。另外，经过近几年的调查试验，均未发现有明显的病害对杂交构树造成巨大影响。由于杂交构树具有以上特性，用作环境绿化和生态修复树种，可大幅度降低种植后期的绿化管理和维护成本，能较好地实现快速绿化的目的。同时，杂交构树作为先锋树种，可以改善当地的土壤环境，为日后其他植物的应用提供良好的基础[12]。

4 结 论

杂交构树在位于迁西县和迁安市的种植基地的种植试验表现出了非常好的适应性。通过对比试验，笔者总结出杂交构树在矿区绿化和尾矿生态修复中应用的栽培管理技术，建立了矿区生态园林绿化技术体系。配以适当的管护措施，杂交构树能够在广大的浅山地区、石（沙）漠化地区、采矿区和尾矿区实现原土种植，原土绿化，丰富矿区绿化的树种资源。以杂交构树为主建立的绿化和生态修复体系，可减少工程技术措施的应用，且需水量小、易于管护，极大地降低了尾矿生态修复和矿区绿化工程成本。随着国家经济结构的转型，经济与生态环境协调发展的要求愈发提升，建立生态友好型工业发展的新模式对于中国经济可持续发展具有重要意义。杂交构树作为一种既能应用于生态环境改造，又有高经济利用价值的树种，为经济发展和生态环境保护相协调提供了一条新思路。

参考文献：

[1]郭德俊，张亮亮.矿山生态修复的研究进展[J].科技资讯，2010（31）：127.

[2]夏冬.采矿迹地生态重建技术研究[D].唐山：河北理工大学，2010：1-4.

[3]魏远，顾红波，薛亮，等.矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展[J].中国水土保持科学，2012，10（2）：107-114.

[4]侯远瑞，黄大勇，郝海坤，等.广西岩溶石漠化地区典型造林模式及营建技术[J].广西林业科学，2010，39（4）：211-213.

[5] 薛静辉，郄燕婷，冯新华.曹妃甸工业区工厂绿化浅议[J].河北林业科学，2009（4）：103-105.

[6]沈世华，邓华平.构树栽培及饲用技术[M].北京：中国农业科学技术出版社，2016.

[7]王金山，刘金升，彭献军，等.杂交构树在滨海盐碱地生态绿化中的应用[J].天津农业科学，2014，20（2）：95-101.

[8]魏媛，吴长勇，姜丽.喀斯特石漠化区构树资源开发利用效益评价[J].绿色科技，2014（9）：60-61.

[9]胡俊达.构树的开发利用价值和河北省发展前景[J].河北林业科技，2008（5）：100-101.

[10]张波，吴文浩，万福绪，等.沪宁高铁沿线句容境内废弃宕口植被恢复的调查研究[J].安徽农业科学，2015，43（7）：272-275， 278.

[11]张秋玉，李远发，梁芳.构树资源研究利用现状及其展望[J].广西农业科学，2009，40（2）：217-220.

[12]王小军，陈文斌，高乾坤.先锋树种的选择和造林技术[J].北京农业，2012（15）：178-179.