湖南冷水江市锑矿区植物调查与植物规划研究

张 彬 陈新雅 施卫省

为促进湖南省冷水江市锑矿区的植被恢复与综合利用，对锑矿区现有植物进行调查，利用聚类分析法分析矿区植物组成、优势物种及植物群落类型，并对矿区进行植物规划。研究结果表明:矿区植被由26科、44属、46种组成，草本（50%）＞乔木（28%）＞灌木（22%）。乔、灌、草的优势种分别为女贞、醉鱼草、芒草。植物群落类型分为5类:喜树—苎麻—芒草、女贞—苎麻—一年蓬、女贞—醉鱼草—芒草、女贞—山茶—一年蓬、醉鱼草—芒草。矿区4个区域的植物种植模式为:女贞—醉鱼草—艾草（道路绿化区）；女贞+喜树—醉鱼草+接骨木—荩草、苎麻—葛（生态恢复区）；优势树种与乡土树种混交林植（山地林区）；观赏价值高的乔灌木配植（居住办公区）。研究结果为矿区植被恢复提供了物种选择与种植配置模式，为其他矿区植被恢复提供参考。

植物调查；植物规划；锑矿区；冷水江市

锑（Sb）是一种重要的不可再生资源，锑及锑化合物具有广泛用途，现在常被用于制造耐火材料、合金、半导体材料及用于生物医学领域。湖南省冷水江市锑矿区作为我国超大型锑矿区，锑矿的储量和锑品的产量均排在世界前列[1]，但在巨大锑矿产出背后是一系列的生态问题，如土壤重金属污染、植被退化、水土流失等。近年来，习近平总书记在讲话中反复强调“绿水青山就是金山银山”[2]，而锑矿开采造成的生态破坏与我国正在创建的生态文明形成了尖锐的矛盾，因此，矿区的生态环境治理变得十分紧迫。

目前，矿区环境治理与恢复的方式虽有多种，但采用植物修复是最根本、最经济、最现实的途径，而对矿区植被进行调查和植物规划是矿区环境恢复取得成效的关键。文章以冷水江市锑矿区为研究对象，对矿区内的现有植物及矿区的植物规划进行研究。

1 冷水江市锑矿区概况

锑矿区（27°45′13.83″N，111°29′54.33″E）位于湖南省冷水江市。冷水江市处于湖南省中部，是一座典型的资源型城市，其境内的锡矿山富含锑矿，矿区在市区北部，距市区直线距离约10 km，面积达22.5 km2（图1）。矿区地貌类型属低山丘陵沟谷地貌，原始地貌地形起伏较大，以山坡地为主，山坡地势较陡，陡坡坡度一般在25°～45°之间，坡底与坡顶相对高差在50 m左右（图2）。矿区气候属于亚热带季风气候，夏季炎热，冬季寒冷，年平均气温在18℃左右[3]。雨量充沛，降水具有季节性。因雨水偏多，土壤湿重，多为红壤、黄壤。矿区土壤重金属污染严重，以锑、砷、铅、镉的污染为主，其含量分别为1 000 mg/kg、300 mg/kg、360 mg/kg、130 mg/kg，分别超过土壤标准值的200倍、28.3倍、14.5倍、68.4倍。矿区土壤pH值为7.3，偏弱碱性。

1. 矿区地理位置

2. 矿区地貌地形

2 冷水江市锑矿区植物调查

2.1 研究方法

调查于2020年7～8月进行，在矿区内选取18个样地（图3），样地面积设为10 m×10 m，对样地内的植物进行调查，包括植物种类、株数、高度、胸径（地径）、冠幅、长势等[4-5]以及物种重要值。其中物种重要值是体现某个物种在群落中重要性的一个综合数量指标[6-7]。计算公式为:重要值=（相对密度+相对频度+相对盖度）/3[8]。其中:相对密度=（某物种的个体数量/所有物种的个体的总数量）×100%；相对频度=（某物种的频度/所有物种的频度）×100%；相对盖度=（某物种的总盖度/所有物种的总盖度）×100%。

3. 样地分布图

运用聚类分析法，通过SPSS软件将有相似植物特征的样地分为一类。参数为各样地物种的重要值，在Excel中建立表格，计算出各样地各物种的重要值，表格纵向列出样地的序号，横向列出样地中的植物名称，然后将Excel表在SPSS中打开，使用系统聚类这一操作进行聚类分析，聚类方法选择组间连接，度量标准选择平方Euclidean。

2.2 矿区物种组成

根据实地调研得到，矿区植被由26个科、44个属、46个种组成（表1）。其中植物种类最多的为菊科（艾草、金光菊、蒲公英、一年蓬、翅果菊、青蒿、鬼针草）、禾本科（知风草、芒草、狗牙根草、马尼拉草、狗尾草、荩草）、豆科（山槐、木蓝、苜蓿、鸡眼草、草木犀），分别为7种、6种、5种，占总物种的39%。这说明菊科、禾本科、豆科植物对环境适应性强，对土壤中的重金属污染具有耐受性，其中，豆科植物还具有固氮的作用，可作为矿区植被恢复的先锋植物。

表1 矿区现有植物表

续表

从生长型来看，矿区草本植物占多数，是全部物种的50%，其中多年生草本占28%，二年生草本占9%，一年生草本占13%；其次是乔木，占全部物种的28%，其中常绿乔木占9%，落叶乔木占19%；而灌木仅占全部物种的22%。通过这些数据可知，目前矿区土壤品质差，不适宜大多数乔木、灌木的生长，因此筛选抗性强的乔灌木十分必要。

2.3 矿区优势物种

由表2可知，矿区乔木层中女贞（35.19%）的重要值最高，其次是黄连木、盐肤木、喜树，重要值分别是13.27%、8.93%、6.80%；灌木层中重要值最高的为醉鱼草（26.91%），其次是苎麻、大叶黄杨、丝兰，重要值分别是25.56%、17.88%、12.39%；草本层中重要值最高的为芒草（23.43%），其次是鬼针草、一年蓬、艾草，重要值分别是12.85%、12.75%、9.99%。从数值上可以看出女贞、醉鱼草、芒草在乔、灌、草各层中占绝对优势。

表2 矿区物种重要值

续表

2.4 矿区植物群落类型

以各样地物种的重要值为依据，运用SPSS软件进行聚类分析（图4），将有相似植物特征的样地（S01-S18）分为一类，并以优势种原则作为划分群落类型的依据[12]，将矿区植物划分为若干个群落类型，群落类型命名为优势乔木种—优势灌木种—优势草本种[13]。

4. 样地聚类结果树状图

由图4可知:平方Euclidean距离为15时，18个样地可以分为5类。第1类包括8号、9号、10号、11号、15号、17号、18号样地，这一类乔木层以喜树为优势种，泡桐为亚优势种；灌木层以苎麻为优势种，醉鱼草为亚优势种；草本层以芒草为优势种，艾草、鬼针草为亚优势种。第2类包括5号、6号、12号、13号样地，这一类乔木层以女贞为优势种，黄连木为亚优势种；灌木层以苎麻为优势种，绣线菊为亚优势种；草本层以一年蓬为优势种，鬼针草为亚优势种。第3类包括1号、2号、3号、4号、14号样地，这一类乔木层以女贞为优势种，盐肤木为亚优势种；灌木层以醉鱼草为优势种，大叶黄杨为亚优势种；草本层以芒草为优势种，荩草为亚优势种。第4类仅包括7号样地，其乔木层以女贞为优势种，紫叶李为亚优势种；灌木层仅有山茶这一物种；草本层以一年蓬为优势种，艾草为亚优势种。第5类仅包括16号样地，其乔木层缺少物种；灌木层以醉鱼草为优势种，丝兰为亚优势种；草本层以芒草为优势种，艾草为亚优势种[14]。

根据上面的分析可得，矿区植物群落可划分为5种类型:喜树—苎麻—芒草、女贞—苎麻—一年蓬、女贞—醉鱼草—芒草、女贞—山茶—一年蓬、醉鱼草—芒草。

2.5 矿区现有植物的生态性与景观性

通过实地调研可知，矿区目前的植物种类以草本植物为主，且许多样地的优势层为草本层。草本植物虽对土壤的覆盖作用较好，能够在短时间内形成致密的覆盖层，对改善矿区土壤环境及阻止水土流失具有一定作用，但草本植物的根系浅、生物量小，且易衰退，较之乔灌木，其改善土壤理化性质，吸收、固定土壤重金属及保持水土的能力较弱，因此，矿区现有植被产生的生态效益较低。

矿区现有植物大多数生长良好，但植物的种类与层次十分简单，许多地方仅出现灌木层与草本层，或只有草本层，根据聚类分析，矿区植物群落类型可划分为5类，但这5类之间的物种差异非常小，植物群落外貌差异小，所以矿区目前的植被景观比较差。

3 冷水江市锑矿区植物规划

3.1 规划原则

（1）适地适树。选择对重金属污染具有耐受性的植物。

(1)改善管理思维，实现政企分离。在国有平台运营阶段，为了更好的实行现代企业管理制度，应该真正的实现政企分离，减少行政的干预，真正让地方国有平台公司在承担社会责任的同时可以独立自主开展经营活动，政府将治理者角色转变，仅作为出资人的角色依法享有权利，将国有平台彻底放给市场，让国有平台自主经营、自我发展、自负盈亏同时在经营阶段开展自我约束，使企业充实利益最大化的目标，最大限度利用市场资源来优化企业的资源配置，健全国有平台的法人治理结构，让政府退居到股东的位置。

（2）保留原有植被。土壤重金属污染是阻碍矿区植被恢复的一个关键因素，而矿区原有植被对土壤重金属污染已经产生了耐受性，保留这些植被，有利于矿区植被恢复。

（3）乡土植物辅助种植。乡土植物对当地气候环境具有很强的适应性，在一些土壤条件较好的区域，乡土植物的栽植能加速矿区的植被恢复。

（4）乔灌木为主，结合草本、藤本[15]。乔灌木根系发达，生物量大，对植被恢复效益大，在一些特殊位置如陡坡地、山崖边等，可栽植草本、藤本覆盖裸地。

（5）速生树与慢生树结合[16]。速生树具有生长快、适应性强等优点，可作为先锋树种对土壤环境进行改良，慢生树则对后期的绿化更有益。

（6）落叶树与常绿树结合。矿区的植物会不同程度地吸收土壤中的重金属，植物落叶能减轻重金属对植物体的伤害，滋养土壤，同时常绿树与落叶树结合能使植物景观更丰富。

3.2 规划树种选择

（1）基调树种。基调树种主要考虑对矿区环境的耐受性，能在矿区中大量种植，形成一种绿化基调。矿区的优势乔木有女贞、黄连木、盐肤木、喜树；优势灌木有醉鱼草、苎麻、大叶黄杨、丝兰；优势草本有芒草、鬼针草、一年蓬、艾草，选择它们作为矿区植物规划的基调树种。

（2）骨干树种。骨干树种同样要考虑其对矿区环境的适宜性，可选矿区中的优势种及一些抗性强的乡土树种，如乔木有女贞、喜树、黄连木、泡桐、盐肤木、栾树、棕榈等；灌木有醉鱼草、丝兰、苎麻、大叶黄杨、接骨木、石楠等；草本有草木犀、车前草、狗尾草、芒草、荩草等。

（3）一般树种。为了增加区域的植物物种多样性，丰富区域植物景观，一般选择色叶树、观花观果树、草本花卉。如银杏、紫叶李、枫香、椿树、桂花、香樟等乔木，蔷薇、绣线菊、紫薇、木槿、山茶等灌木，鸢尾、石竹、麦冬等草本。

3.3 植物种植规划

由图5可知，矿区各冶炼厂沿公路两旁分布，若以各冶炼厂为中心，则距离冶炼厂越近，土壤污染程度越大。因此，根据土壤的污染程度对矿区进行分区（图6），包括道路绿化区、生态恢复区、山地林区、居住办公区，针对不同的区域进行植物规划。

5. 矿区布局图

6. 矿区植物规划分区图

（1）道路绿化区。公路贯穿整个矿区，是矿区与外部进行联系的重要交通，也是矿区内部物料运输的重要道路，该区域污染程度大。针对道路绿化区的植物规划，植物需要对重金属污染具有耐受性，能吸收有害气体，吸附尘埃，减弱噪音，具有植物观赏价值。

该区域的植物种植模式为:女贞—醉鱼草—艾草。常绿乔木女贞花期为夏季，白色花，是常见的绿化树种；醉鱼草花期也是夏季，蓝紫色花，花期长，观赏效果好；艾草繁密，作为植被覆盖层，这种种植模式可为道路提供良好的植物景观，同时产生良好的生态效益。女贞、醉鱼草、艾草都是矿区的优势物种，对矿区土壤重金属污染具有强耐受性，且醉鱼草的滞尘能力非常强[17]。

（2）生态恢复区。包括各冶炼厂用地及冶炼废渣填埋地，土壤质量较差，对植物的要求较高，植物需要对重金属污染具有强耐受性，能吸收、抵抗有害气体，能吸附灰尘。

在地势平坦区域种植模式为:女贞+喜树—醉鱼草+接骨木—荩草；在地势较陡区域种植模式为:苎麻—葛。生态恢复区更加注重植物的生态效益，所选择的植物大部分是矿区的优势树种，不仅能在矿区生长良好，而且女贞、接骨木对多种有害气体具有较强抗性，女贞、苎麻对土壤中的重金属元素具有吸收、富集能力，醉鱼草则滞尘能力非常强。

（3）山地林区。相对远离冶炼厂与公路，土壤基础较好，是矿区与原始自然林地的过渡区，因此，该区域是增加物种多样性，促进矿区森林生态系统恢复的重点建设区域，可选择一些适应性强、抗性好的乡土植物种植。乔木层有女贞、喜树、黄连木、泡桐、盐肤木、栾树、棕榈、山槐、构树、圆柏等；灌木层有醉鱼草、丝兰、苎麻、大叶黄杨、接骨木、石楠、白背叶等；草本层有草木犀、车前草、狗尾草、芒草、荩草、凤尾蕨等。

女贞、黄连木、盐肤木、喜树是矿区的优势物种，能在矿区生长良好，对矿区的土壤重金属污染具有耐受性，而泡桐、栾树、棕榈等作为当地的乡土树种，抗污染能力也比较强，将它们混交种植有利于矿区森林生态系统的恢复。醉鱼草、苎麻、大叶黄杨作为矿区的优势灌木，对矿区土壤污染具有耐受性，而接骨木、白背叶等是当地的乡土植物，对当地气候适应性强，且在土壤质量相对较好的山地林区也能生长。草本层同样选择矿区优势草本与当地的草本植物结合种植，这样能加速矿区植被恢复。

（4）居住办公区。人口较为集中，对植物观赏性要求高。因此选用一些观赏价值高的乔木种植，上层乔木种植银杏、紫叶李、枫香、桂花等，下层配植山茶、紫薇、木槿等花灌木，地被层选麦冬、马尼拉草等覆盖地表。在一些重要节点处，采用大量的草本花卉以花坛的形式展现植物景观。

居住办公区是一个对植物景观要求较高的地方，要求植物季相丰富。紫叶李作为一种可观叶、观花、观果的植物，其叶子在整个生长季都为紫色，春季繁花盛开，夏季果实累累，有明显的季相变化；紫薇、木槿都是夏季开花植物，为夏季酷暑增添颜色；银杏、枫香是观赏价值极高的秋色叶树，桂花在秋季开花，芳香四溢；山茶则在冬末春初开放。居住办公区配植这些植物，可使该区域全年有景可观。

4 结语

目前，我国正在积极推进生态文明建设，对矿区进行生态治理刻不容缓，而植被恢复是矿区生态治理的核心内容。经对冷水江市锑矿区植被调查发现，矿区植物种类以草本植物为主，其中又以菊科、禾本科、豆科植物居多，结果说明:（1）矿区目前的土壤质量差；（2）菊科、禾本科、豆科的植物生态适应性强，是矿区植被恢复的先锋植物，这与占幼鸿[18]、王娜[19]等学者的研究结果相符。

通过对物种重要值的研究分析得到矿区乔、灌、草各层的优势植物，运用聚类分析法分析得出矿区植物群落类型，基于以上结论对矿区进行植物规划，不同区域提出不同的植物种植模式，这些研究结果为冷水江市锑矿区植被恢复工作提供了重要参考，也为其他矿区的植被恢复提供借鉴。

值得注意的是，不同的矿区由于开采年限不同或开采矿种不同，所以造成的生态问题与破坏程度会存在差异，因此在对其他矿区进行植被恢复时，还需根据矿区的实际情况来选择植物种类、制定植物种植模式。另外，矿区植被恢复是一个复杂的过程，涉及多个学科专业，植物物种选择与植物规划虽是矿区植物恢复非常关键的一点，但对于矿区这样一个大多数情况下存在土壤污染的场地，土壤基质的改良也很重要，能使矿区植被恢复得更快、更好。未来研究可从植物物种选择、植物规划、矿区土壤基质改良3个方面开展，这对促进矿区植被恢复具有极大的意义。