3种客土方式对朝阳铁矿破损山体植被恢复效果的影响

李 欢

(辽宁省生态实验林场，辽宁 朝阳 122000)

矿产资源开发是对环境破坏严重的人类活动之一，矿业开采过程中的矸石山、尾矿库、露天采场、排土场、采空区及因有害金属污染而失去经济利用价值的土地，其生态系统组成与结构发生了急剧退化。作为一种极度退化的生态系统，破坏地上原有生态系统的植被因生态环境的剧变而退化与消失，水土流失十分严重，对周围的生态环境有着极大的负作用，严重影响着社会与经济的可持续性发展，因此矿业破坏地的研究长期以来一直是恢复生态学的研究重点[1-3]。解决矿业破坏地的问题迫在眉睫，矿山破坏的植被自然恢复慢，应采取人工措施，加快步伐，以改善矿业破坏地的生态环境[4]。矿业破坏地的复垦与生态重建是我国当前生态环境保护所面临的紧迫任务，也是我国矿业实施可持续发展战略优先关注的问题之一[2-4]。因此，本研究以朝阳市矿山破损山体为研究对象，通过采用整体客土、穴状客土以及挂网客土喷播3种恢复模式，对其治理效果进行了研究，以期为矿山破损山体恢复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究区域为辽宁省朝阳市，由西北向东南逐渐倾斜，海拔高度在400～1 200 m[5]。植被稀少，久经冲刷切割，沟壑纵横，地形支离破碎，是以山地丘陵为主的地貌类型[5]。土壤类型是褐土、棕壤[5]。该区位于华北植物区系的北缘，油松是本区的代表树种，与蒙古栎、辽东栎等组成该区的地带性植被[6]。气候类型属辽西山地丘陵暖温带半干旱大陆性季风气候，年均降水量500 mm左右[5-6]。春秋两季干旱少雨，夏季炎热，雨水集中，6-8月份降水量占全年降水量的68%～74%，冬季寒冷，降水稀少[6]。年均气温10 ℃左右，冬季平均气温在-11.2～6.1 ℃，夏季平均气温在21～24.3 ℃[5]。年平均日照时数2 850～2 950 h。无霜期为142～190 d[6]。

3个试验地均在2015年治理完成。试验地1设在凌源市红山街道庙东村牛圈子沟东坡铁矿坑，面积2.95 hm2，其特点是岩石坚硬、裸露，陡峭斜坡、坡度70°以上，需爆破等措施降坡；采用的治理模式为整体客土。试验地2位于凌源市万元店镇大杖子村牛圈子沟铁矿，面积4.67 hm2，其特点是地势比较平缓，有少量的土；采用的治理模式为穴状客土。试验地3位于喀左县草场乡够门村铁矿坑，面积1.6 hm2，其特点为台阶式陡峭斜坡，降坡难度大，爆破等方式后仍有陡坡；采取的治理模式为挂网客土喷播。

1.2 治理措施

试验地1通过降坡后碎石回填，机械整平形成阶梯型梯田，整体客土0.5 m，机械整地，规格0.8 m×0.8 m×0.5 m。树种选择油松、山杏、侧柏、沙棘、火炬树以及地锦。栽植方式：平台上油松、侧柏分别与沙棘、山杏行间混交，坡面上沙棘、地锦混交，作业道边栽植火炬树。苗木规格：1级苗木。油松3年生营养杯苗，山杏2年生苗，侧柏3年生营养杯苗，沙棘2年生扦插苗，火炬树5年生大苗，地锦2年生苗。

试验地2通过将碎石、尾矿砂等废弃物整平后，机械挖种植穴，规格不小于1 m3，穴底铺膜防止失水、表面覆膜保水保墒。客土方式：整平后地势比较平缓，加之还有少量的土，故采用穴状客土方式，种植穴内全部客土(种植穴≥0.5 m3)，穴间客土厚度≥0.2 m。树种选择：平台植侧柏、火炬树苗，缓斜坡植沙棘苗。苗木规格：1级苗木。侧柏3年生营养杯苗，火炬树5年生大苗，沙棘2年生扦插苗。

试验地3采用挂网客土喷播式进行植被恢复[7]。客土方式：平台整体客土，厚度≥0.4 m，斜坡采用喷播、植苗相结合，缓斜坡整体客土，厚度≥0.3 m，陡坡挂网喷泥浆，厚度≥0.15 m，喷播种子与泥浆混合，泥浆中含生物胶，提高泥浆粘度[7]。树种选择侧柏、火炬树、紫穗槐；喷播种子选择紫穗槐、刺槐、榆树和草籽。苗木规格：1级苗。侧柏3年生营养杯苗，火炬树5年生大苗，紫穗槐地径0.6 cm以上。挂网措施：2 mm的铁丝网，网格规格6 cm×6 cm，固定立桩和铁丝网，紧贴坡面。为了更好地达到预期植被恢复效果，喷播区域外造林结束后667 m2播撒草籽1 kg。

1.3 研究方法

通过采用客土模式进行矿山生态植被恢复，治理完成后，于2018年9月至2019年10月进行数据调查，每块试验地随机选取10块标准地，标准地面积为667 m2。调查内容包括树木保存率、生长状况及植物多样性(树种多样性、草本盖度等)等[7]。草本盖度在标准地内沿对角线每隔2 m设置1个0.5 m×0.5 m样方，调查每个样方的草本盖度，调查后取平均值[8]。

树种多样性采用Shannon-Wiener指数H比较治理前后变化[3]。Shannon-Wiener指数：

式中：r为树种数目；Pi为某树种的个体数占群落中总个体数的比例。

1.4 数据处理

采用Excel 2016和DPS v7.55对试验数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 整体客土方式

通过对试验地采用整体客土方式治理效果表明(表1)，栽植树种保存率沙棘>油松>侧柏>山杏>地锦>火炬树，沙棘最优，其次为油松、侧柏、山杏、地锦，火炬树保存率最低。6种树种栽植4年后生长良好，沙棘平均树高1.8 m，平均地径2.6 cm，平均冠幅1.5 m；油松平均树高1.7 m，平均地径5.1 cm；平均冠幅1.7 m；侧柏平均树高2.5 m，平均地径5.1 cm，平均冠幅1.3 m；山杏平均树高1.4 m，平均地径2.2 cm，平均冠幅0.8 m；地锦平均长度3.1 m。

表1 树种生长情况

治理前由于破坏严重，自然条件恶劣，树种多样性和草本盖度均为0，通过整体客土治理措施后，效果显著，加之围栏封育，蒿类、鬼针草、禾本科草类均能自然生长且长势迅速，群落树种多样性和天然生长的草本盖度分别为1.82、95%。

2.2 穴状客土方式

通过对试验地穴状客土方式效果分析得出(表2)，栽植树种保存率侧柏>沙棘>火炬树，侧柏、沙棘保存率均在90%以上，火炬树保存率较低。侧柏平均树高1.6 m，平均地径2.6 cm，冠幅0.8 m；沙棘平均树高2.5 m，平均地径4.1 cm，平均冠幅2.1 m；火炬树平均树高2.6 m，平均地径4.9 cm，平均冠幅1.6 m。沙棘不仅可以改善坡面立地条件，有效地防止水土流失，同时可以采收沙棘果实，也可作为非豆科固氮树种，对增加肥力有显著效果。

表2 树种生长情况

治理前树种无法生长，仅平缓且有少量土的区域，有少量草本植物分布；治理后群落树种多样性和草本盖度明显增加，分别为1.03、55%。

2.3 挂网客土喷播方式

由表3可知，栽植树种保存率侧柏最高，火炬树次之，紫穗槐最低。侧柏平均树高1.5 m，平均胸径2.6 cm，平均冠幅0.6 m；火炬树平均树高2.2 m，平均地径3.2 cm，冠幅0.8 m；紫穗槐平均树高1.3 m。

表3 植苗树种生长情况

播种树种刺槐平均树高2.9 m，平均胸径3.1 cm，平均冠幅1.0 m；榆树平均树高2.1 m，平均胸径2.1 cm，平均冠幅0.6 m；紫穗槐平均树高1.1 m，每年都进行平茬。

由表4可知，治理前由于破坏严重，树种无法生长，仅平缓且有少量土的区域有少量草本植物分布；治理后树种多样性和草本盖度显著增加，平均值分别为1.20和83.67%。

表4 树种多样性和草本盖度对比情况

3 结 论

通过对试验地整体客土方式效果分析得出，各树种保存率达到72%以上，且长势良好；树种多样性和草本盖度显著增加，分别达到1.82和95%，为更好地保持水土，营建良好的生态环境提供了有利的保障。

穴状客土方式可有效提高造林成活率和保存率，各树种保存率达到73%以上，且长势良好；同时治理后树种多样性和草本盖度显著增加，分别达到1.03、55%。

通过对试验地挂网客土喷播方式效果分析得出，植苗树种和播种树种3年后生长情况良好，生长量均显著增加，特别是播种树种(刺槐、榆树)生长迅速，长势良好，各树种保存率达到77%以上。治理后树种多样性、草本盖度显著增加，树种多样性和草本盖度平均值分别为1.20和83.67%；蒿类、胡枝子、鬼针草、禾本科草类均生长良好，繁衍迅速。

综上所述，3种客土方式均达到了矿山破损山体治理的效果。整体客土方式优于其它2种方式。但对于破损山体边坡坡度非常大，降坡困难等情况，推荐使用挂网客土喷播方式；地势比较平缓，有少量土的破损山体推荐使用穴状客土方式。