紫薇生态修复铅锌矿矿区废弃地栽培技术研究

李茂娟，肖稳运，刘海石，崔 强，张海霞，陈丹凤，何才生

(郴州市林业科学研究所，湖南 郴州 423000)

矿产经济曾为我国经济事业的腾飞作出举足轻重的贡献，但随着国民经济的发展和国内产业结构的调整升级，传统矿山开采产业逐渐衰退。在当时发展模式下矿产资源被过度开采，由此产生了水体污染、山体破坏、植被受损等大量生态环境问题，造成了当地环境变得恶劣并且脆弱等后果，破坏了所在地区的自然生态系统和人居生活环境，区域经济发展也深受阻碍，矿区生态修复问题亟待解决[1-4]。

植物修复技术具有绿色、经济、环保的特点，在矿山生态修复中应用广泛。经前人研究发现，具有生态修复潜能的植物种类较多。周鹏飞等[5]报道的有湿地松(Pinuselliottii)、大叶女贞(Ligustrumcompactum)、苎麻(Boehmerianivea)和车前草(Plantagoasiatica)等。龙新宪[6]、汤叶涛等[7]研究表明东南景天(Sedumalfredii)、滇苦菜(Picrisdivaricata)具有很强的忍耐、吸收和富集锌的能力，适用于被重金属锌污染土壤的生态修复。仲崇府[8]通过对铅锌矿区污染废弃农田中主要杂草种类的采集与调查，并结合盆栽控制试验对筛选出的植物——垫状卷柏(Selaginellapulvinata)进行了重金属铅、锌胁迫实验，结果表明垫状卷柏具有富集铅、锌的作用。近年来，国家和地方也相继出台了《矿山废弃地植被恢复技术规范》《矿区废弃地植被恢复技术规程》等文件。虽然通过实施矿区的综合整治和覆土绿化，环境问题得到了一定程度的缓解，矿区废弃地植被得到了一定的恢复，但是，将矿区废弃地生态修复与景观构建相结合，绿化与美化兼顾方面仍需探索。

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇属(Lagerstroemia)植物。喜生于肥沃湿润的土壤中，也能耐旱，在钙质土或酸性土中都生长良好。其树姿优美，小枝纤细，树干光滑、洁净。花期为6—9月，开花时间长，花色艳丽，对重金属和有害气体有一定的吸附能力，是城市、工矿绿化的理想树种。本试验以“赤红紫叶”紫薇(Lagerstroemiaindica‘Ebony Fire’)为研究材料，在铅锌矿矿区废弃地开展了不同栽植密度、栽植穴大小、起垄栽植、基肥类型、栽植地覆盖方式等因素对紫薇生长量的影响研究，旨在为铅锌矿矿区废弃地的生态修复提供理论基础与实际指导。

1 研究地概况

试验地位于湖南省郴州市苏仙区五盖山镇凉伞坪村铅锌矿矿区废弃地，面积约2.67hm2。该地区海拔770m，属亚热带季风气候，雨量充沛。年平均气温17.8℃，无霜期265 d，平均降雨日182d，平均降雨量为1473mm。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料“赤红紫叶”紫薇由湖南省林业科学院王晓明研究团队提供，为2年生扦插苗，地径7.0～8.0 mm，株高100～110 cm。

栽培基质采用黄心土与铅锌矿尾砂1∶1混合配比。尾砂基本理化性质如表1所示。

表1 铅锌尾砂基本理化性质Tab.1 Basic physicochemical properties of lead zinc tailings样品含量铅锌矿尾砂铬/(mg·kg-1)铜/(mg·kg-1)镉/(mg·kg-1)锰/(g·kg-1)锌/(mg·kg-1)铅/(mg·kg-1)钨/(mg·kg-1)水解性氮/(mg·kg-1)有机质/(g·kg-1)pH14.0117.311.524.81 305.73 067.790.57.817.78.0铅锌矿尾砂速效钾/(mg·kg-1)有效态铜/(mg·kg-1)有效态镉/(mg·kg-1)有效态锰/(mg·kg-1)有效态锌/(mg·kg-1)有效态铅/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)有效态铁/(mg·kg-1)锑/(mg·kg-1)15.01.62.777.3165.7966.312.858.724.0

2.2 试验设计与方法

2.2.1 栽植密度试验

采用单因素试验设计，设置4种栽植密度处理，分别为：A1(株行距1.0m×1.0m)、A2(株行距1.5m×1.5m)、A3(株行距2.0m×1.0m)、A4(株行距2.0m×2.0m)，每个处理栽20株，重复4次。

2.2.2 栽植穴大小试验

采用单因素试验设计，设置3种处理，穴大小规格分别为：B1(长×宽×深：70cm×70cm×70cm)、 B2(长×宽×深：50cm×50cm×50cm)、 B3(长×宽×深：30cm×30cm×30cm)，以不挖穴为CK，每个处理20个穴，重复4次。

2.2.3 起垄栽植试验

采用单因素试验设计，设置3种处理，起垄规格分别为：C1(垄高0.4m)、C2(垄高0.3m)、C3(垄高0.2m)，CK(不起垄)，垄面上部宽50～60cm，下部70～80cm。每种处理20 m(栽20株)，重复4次。

2.2.4 基肥试验

采用单因素试验设计，设置4种基肥处理，分别为：D1(菌肥1 kg·株-1)、D2(有机肥1kg·株-1)、 D3(有机肥1kg·株-1+过磷酸钙1 kg·株-1)、D4(有机肥1 kg·株-1+过磷酸钙1 kg·株-1+复合肥0.15 kg·株-1)(以下简称有机+P+复合)，以基肥为零作为CK。每个处理20株，重复4次。

2.2.5 栽植地覆盖方式试验

采用单因素试验设计，设置4种处理，分别为：E1(覆盖黑色地膜)、E2(覆盖稻草)、 E3(栽种草覆盖)、E4(栽种金银花)，以不覆盖作为CK。每个处理20株，重复4次。

2.2.6 生长量测定

栽种时在距土面10cm处测量苗木地径并标记，栽植2 a后再次测量地径。每年12月测量当年生新梢生长量。

2.2.7 数据处理

采用WPS Office 2020和DPS V18.1软件进行图表绘制和数据统计分析，多重比较采用Duncan新复极差法。

3 结果与分析

3.1 栽植密度对紫薇生长量的影响

由表2可知，不同栽培密度对紫薇地径增长量的影响没有达到显著水平。但A4的平均地径增长量最高，为3.73mm；其次是A2的处理，平均地径增长量为3.50mm；最低为A1处理，平均地径增长量为3.10mm，比A2、A3、A4处理下的密度分别低13.0%、10.2%、12.3%。随着栽植密度的下降，地径增长量也不断提高。

表2 不同栽植密度对紫薇生长的影响Tab.2The effect of different planting densities on the growth of Lagerstroemia indica处理株行距/m地径年增长量/mm新梢年生长量/cmA11.0×1.03.10±0.83 a54.07±10.34 aA21.5×1.53.50±0.57 a57.54±11.93 aA32.0×1.03.42±0.21 a55.38±12.54 aA42.0×2.03.73±0.64 a56.56±11.51 a 注:有相同字母的处理间差异不显著,无相同字母的差异显著。小写字母表示0.05的显著水平。下同。

不同栽培密度对矿区紫薇新梢生长量的影响不同。在A2的处理下，新梢生长量最高，为57.54cm，最低为A1的处理，新梢生长量为54.07cm。4个处理间新梢生长量也没有显著性差异。因此，在造林中选择1.0m×1.0m以上株间距均可。但从整体效果和后期生长考虑，选择1.5m×1.5m栽植密度为宜。

3.2 栽植穴大小对紫薇生长量的影响

不同栽植穴大小对矿区废弃地紫薇年地径增长量有显著的影响(见表3)。处理B1平均地径增长量最高，达3.26mm；其次为处理B2，平均地径增长量为2.81mm；第三为处理B3，平均地径增长量为2.55mm；最低为CK，平均地径增长量为2.03mm。多重比较结果表明，处理B1地径增长量显著高于其他3个处理，CK的地径增长量显著低于其他3个处理。处理B2、B3之间没有显著性差异。总的来说，随着栽植穴的减小，地径增长量也不断降低。

表3 不同栽植穴大小对紫薇生长的影响Tab.3The effect of different planting hole sizes on the growth of Lagerstroemia indica处理栽植穴/cm地径年增长量/mm新梢年生长量/cmB170×70×703.26±0.55 a58.57±7.02 aB250×50×502.81±0.47 b45.29±11.73 bB330×30×302.55±0.53 b48.73±8.80 bCK不挖穴2.03±0.51 c44.82±9.03 b

不同栽植穴大小对矿区紫薇年新梢生长量影响也有显著性差异。在B1的处理下，新梢生长量最高，为58.57cm，比最低的CK新梢生长量高出30.7%。多重比较结果显示：处理B1新梢生长量显著高于其他3个处理，处理B2、B3和CK之间没有显著性差异。说明栽植穴越大，植株长势越好，新梢生长量越高。

3.3 起垄栽植对紫薇生长量的影响

起垄栽植对紫薇生长量的影响试验结果如表4所示，地径年增长量从高到低依次为CK(3.07mm)>C3(2.47mm)>C2(2.37mm)>C1(1.93mm)。随着起垄高度的增加，地径增长量反而不断降低。多重比较结果表明，CK的地径增长量显著高于其他3个处理，C1的地径增长量显著低于其他3个处理。处理C2、C3之间没有显著性差异。

表4 起垄栽植对紫薇生长的影响Tab.4The effect of different ridge planting on the growth of Lagerstroemia indica处理起垄高度/m地径年增长量/mm新梢年生长量/cmC10.41.93±0.59 c31.94±11.72 bC20.32.37±0.46 b32.77±6.47 bC30.22.47±0.54 b39.17±13.86 abCK不起垄3.07±0.37 a43.34±7.42 a

起垄栽植对矿区废弃地紫薇平均新梢生长量也有显著性影响。新梢生长量最高的为CK，达43.34cm，最低的处理为C1，新梢生长量为31.94cm。多重比较结果显示：CK的新梢生长量显著高于处理C1和处理C2，但与处理C3之间没有显著性差异。试验结果显示：不起垄的紫薇生长量反而高于起垄的处理，原因可能是起垄后虽然不容易积水，但由于2021年的干旱天气，反而造成了土壤保水性能降低，引起紫薇受到干旱影响。

3.4 不同基肥处理对紫薇生长量的影响

不同基肥配比对紫薇地径增长量有一定的影响。从表5可以看出：D4处理平均地径增长量最高，达2.97mm；其次为D2处理，平均地径增长量为2.88mm；最低为CK，平均地径增长量为2.29mm。D1、D2、D3、D4的地径增长量分别比CK高出 24.5%、25.8%、22.7%和30.0%。多重比较结果表明，D4处理的地径增长量显著高于处理D1和CK，但与D2、D3处理之间没有显著性差异。试验结果说明使用基肥处理能有效提高紫薇地径增长量，采用有机1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+复合0.15 kg·株-1效果最好。

表5 不同基肥处理对紫薇生长的影响Tab.5 The effect of different basic fertilizer on the growth of Lagerstroemia indica处理基肥配比地径年增长量/mm新梢年生长量/cmD1菌肥1 kg·株-12.85±0.46 b38.75±7.07 bD2有机肥1 kg·株-12.88±0.48 ab43.91±10.08 abD3有机1 kg·株-1+P 1 kg·株-12.81±0.43 ab45.35±9.61 abD4有机1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+复合0.15 kg·株-12.97±0.63 a51.91±13.06 aCK不施肥2.29±0.53 b35.73±9.29 b

不同基肥配比对紫薇新梢生长量也有一定的影响。新梢生长量最高的为处理D4，达51.91cm，最低的处理为CK，新梢生长量仅为35.73cm。多重比较结果显示：D4处理的新梢生长量显著高于D1和CK，但与D2和D3之间没有显著性差异。试验结果表明：施基肥能有效促进紫薇枝条生长，但不同基肥效果不同，混合基肥比单一基肥效果更好。

3.5 不同覆盖物处理对紫薇生长量的影响

不同覆盖物处理对矿区紫薇平均地径增长量影响如表6所示。从表6可知，采用E2，平均地径增长量最高，达3.37mm；其次为E1，平均地径增长量为3.11mm；最低为CK，平均地径增长量为2.79mm。多重比较结果表明，5种处理之间均没有显著性差异。试验结果表明：不同覆盖物处理对紫薇地径生长量有一定的影响，但影响不大。

表6 不同覆盖物处理对紫薇生长的影响Tab.6The effect of different cover on the growth of La-gerstroemia indica处理覆盖物地径年增长量/mm新梢年生长量/cmE1黑色地膜3.11±0.86 a49.88±12.24 aE2稻草3.37±0.71 a42.57±8.06 aE3栽种草2.90±0.60 a43.25±8.73 aE4金银花2.86±0.57 a45.42±16.07 aCK不覆盖2.79±0.91 a41.29±11.42 a

如表6所示，不同覆盖物处理对紫薇年新梢生长量影响不同。新梢生长量最高的为处理E1，达49.88cm，最低的处理为CK，新梢生长量为41.29cm。但多重比较结果显示5种处理之间均没有显著性差异。虽然不同覆盖物处理对紫薇地径增长量和新梢生长量均没有显著性影响，但是不覆盖处理下的紫薇，其地径增长量和新梢生长量均是所有处理中最低的。因此，实际造林中，可以根据具体情况，选择覆盖物，将有效提高造林效果。

4 结论与讨论

(1)栽植密度往往会对林木生长质量产生影响，具体表现为对林木树体生长情况、直径及成材率的影响[9]。王宁宁等[10]对不同栽植密度下欧美杨(Populus×canadensisMoench)叶片生物累积量的关系中发现：不同栽植密度中，树冠叶片耐荫性对叶面积指数存在重要影响。本试验研究结果显示：不同栽培密度对矿区废弃地紫薇平均地径增长量有一定的影响。其中平均地径增长量最高处理为株行距2.0m×2.0m，平均地径增长量达3.73mm，随着栽植密度的下降，地径增长量也不断提高。因此，在造林中选择1.0m×1.0m以上株行距均可。但从整体效果和后期生长方面考虑，以选择1.5m×1.5m株行距为宜。

(2)栽植穴规格对植物生长有一定的影响，栽植穴大小应根据不同土壤质地、不同水位、不同气候因子等因素选择[11]。本试验结果显示：不同栽植穴大小对矿区废弃地紫薇平均地径增长量和新梢生长量均有显著的影响。在栽植穴大小为70cm×70cm×70cm的处理下，地径增长量最高，达3.26mm，新梢生长量也最高，为58.57cm。试验结果表明：栽植穴越大，植株长势越好，生长量越高。

(3)起垄栽植是广泛应用于土壤改良和农业生产的栽培方式。与平作相比，起垄栽植可以提高作物产量，改善土壤水分、温度、通气等土壤性状，而且通过起垄还可人为改变植物根系与地下水位的距离[12]。张琛等[13]研究不同起垄高度对黑果枸杞(Lyciumruthenicum)生长的影响，结果显示起垄种植黑果枸杞更有优势，但对黑果枸杞生长的影响较小。本试验结果显示：不起垄栽植的紫薇平均地径增长量和新梢生长量反而显著高于起垄的处理。可能原因是起垄后虽然不容易积水，但由于2021年的持续干旱天气，反而造成了土壤过于干燥，保水性能降低，造成紫薇生长受到影响。

(4)施肥可以显著改善土壤肥力，在造林过程中施基肥能有效促进苗木地径与树高的生长，科学施用基肥不仅可以提高肥料利用效率，还有利于造林树种的生长发育[14]。汤行昊等[15]研究发现：适量施肥(复合肥肥量应控制在150g·株-1，有机肥肥量应控制在1.0～1.5 kg·株-1)才能有效提高闽楠(Phoebebournei)造林成效。本试验研究发现：采用有机肥1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+复合肥0.15 kg·株-1基肥处理的紫薇平均地径增长量和新梢生长量均最高，比不施基肥情况下的地径增长量高0.68mm，新梢生长量高16.18cm。试验结果表明：施基肥能有效促进紫薇枝条生长，不同基肥效果不同，混合基肥比单一基肥效果更好。

(5)土壤覆盖是造林中水分调控的主要方式之一。生产中通常采用地膜覆盖、卵石覆盖、有机物覆盖等方式在土壤表面形成一道减少土壤与大气间水热交换的物理阻隔层，阻碍土壤与大气间的水分和能量交换，使得土壤的水、肥、气、热等状况得到重新组合[16]。本试验研究结果显示：不同覆盖物处理对紫薇地径增长量和新梢生长量均没有显著性影响，但是不覆盖处理下的紫薇，其地径增长量和新稍生长量均是所有处理中最低的，因此，实际造林中，可以根据具体情况，选择覆盖物，将有效提高造林效果。