祁连山自然保护区砂石料场植被多样性分析

薛 春 许尔文 赵维俊 敬文茂 安洁琼 杨斌

摘要：为了解祁连山自然保护区砂石料场植被多样性，以4处典型砂石料场植被恢复地为研究对象，研究了其植被恢复技术和林下草本植被的物种多样性。结果表明：其植被恢复技术主要是采坑回填、废弃渣堆平整、河道清淤、废弃建筑物拆除、排导堤修筑、围栏封育、覆土、种植单一的乔木或灌木以及草本植物种。植物种的重要值表明，在林下植物以冷地早熟禾（Poa crymophila）和垂穗披碱草（Elymus nutans）占据优势地位，其他植物种处于劣势地位。林下植被的多样性指数包括Margalef物种丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielous均匀度指数均偏小，植物多样性维持在较低水平。建议继续加强祁连山自然保护区砂石料场植被恢复区的经营和管理。

关键词：祁连山自然保护区；砂石料场；植被恢复；植被多样性

中图分类号：S718文献标识码A              DOI：

植被多样性是反应植被群落内物种分布的数量和均匀程度的度量指标，它不仅关系着系统的生产力和稳定性，同时是表征生态健康和可持续发展的重要指证^[1-2]。而林下植被多样性涉及生态系统多样性、遗传多样性和物种多样性，而物种多样性是生物多样性的重要组成部分，同时也是生态系统多样性的基石^[3]，在一定程度上表征了生态系统的稳定性。祁连山自然保护区废弃矿山地包括砂石料场自2017年被列入山水林田湖草修复工程项目以来，在面对自然环境恶劣、施工难度大的情况下进行了矿山修复的恢复和治理。目前已有人对祁连山矿山生态监测与生态恢复治理评价开展了研究，如刘娟对祁连山自然保护区2014～2018年矿山的开发利用、环境污染和地质灾害状况进行了遥感监测与生态恢复治理评价^[4]，谭岷山等对地处祁连山自然保护区境内的山丹曹家扣金矿生态修复效果进行了研究^[5]，李霞等针对对祁连山自然保护区的矿山现状提出了地质环境和生态环境的治疗方案，并提出了生态修复技术措施^[6]。但鲜有人关注砂石料场植被生态恢复技术及其恢复效果的调查研究。

鉴于此，本研究在祁连山自然保护区内选择了4处典型砂石料场作为试验样地，通过对砂石料场植被生态修复模式了解和调查，研究林下（因为乔木层和灌木层仅有一种树种）植物种类的重要值和植被多样性，为祁连山自然保护区的砂石料场的后续经营和管理提供参考。

1 研究地區与研究方法

1.1 研究区概况

本研究在祁连山自然保护区的张掖段选择了4处典型的砂石料场，包括鹦鸽嘴水库下方、白泉门砂石料场、大湾砂石料场、九个泉选矿厂，其试验地基本情况见表1和图1。研究区年平均气温为0～3℃，潮湿系数为0.277～0.301，无霜期90～120天，年降水量150～300 mm，其气候属高寒带干旱山地气候。区内无长年性的河流，只有许多大小冲沟构成本区地表径流、泄水系统。由于气候干旱，降水量很少，除夏、秋雨季有暂时性流水外，其余时间冲沟完全干涸。区内植被主要分为自然植被和人工植被，自然植被主要分为森林植被和草场植被，森林植被分布于祁连山区中山区，主要以针叶类的松柏（青海云杉）为主；草场植被主要分布于中低山区，主要以低矮小草为主，是牧业的主要生产区之一。区内土壤以细砂壤土为主，分布于山前倾斜平原，土壤多为河流（沟谷）冲洪积层熟化而成的沙土类型。

1.2 植被群落特征研究方法

1.2.1 样地设置

2023年7月，对选择的4处典型砂石料场进行植被和土壤及地形因子等的调查，包括记录所在矿点的经纬度、海拔、坡度等地理信息，同时在每处砂石料场植被恢复地进行样地设置，样地的设置大小依据植被类型进行设置样地设置，样地的设置数量根据植被的分布均匀情况设置3～5个，其中乔木林建立的样地大小为20m×20m，灌木林建立的样地大小为5m×5m，草本建立的样地大小为1m×1m。

1.2.2 植被和土壤调查

在所建立的样地中，记录样地内的乔木林、灌木林和草本植被的总盖度，然后分类记录样地每种植物的名称、高度、分盖度、冠幅、株数/丛数、生长情况等，其具体的调查方法参考《生物多样性观测技术导则 陆生维管植物（HJ 710.1-2014）》国家环境保护标准^[7]。用铁锹挖掘土壤剖面，记录土壤剖面的相关信息，包括厚度、结构、根系分布等信息。同时收集了砂石料场的人工植被恢复模式和相关技术的有关资料，并通过附近居民了解植被恢复历史和人为干扰活动对植被恢复的影响等。

1.2.3 数据分析

先用Excel2019进行数据整理和统计，再计算林下草地植被群落的重要值和α多样性指数，包括Margalef物种丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielous均匀度指数，其具体的计算方法详见参考文献[8-9]。

2 结果与分析

2.1 砂石料场植被生态修复技术

研究的祁连山区四处典型砂石料场的植被技术方案见表2。除在鹦鸽嘴水库种植沙棘之外，其他3处砂石料场均种植青海云杉和撒播草籽。具体来讲，沙棘具有很强的根蘖能力，因此可以直接种植在砾石或者砂石较多的土壤中，但要保证其20cm土层下有壤土存在。造林技术采取的是植苗造林，一般在春秋季节进行，需要在春季土壤解冻之后，此时土壤水分相对较高，一般可在4月份的中上旬进行营造。秋季也是土壤墒情相对理想的时候进行造林季节，在这个过程中要考虑前期的雨水情况进行营造。株行距2.0m×2.0m，栽树一般用30cm×30cm×40cm的方坑，植株的高度达到1m以上，种植时避免出现一穴多株、窝根的情况发生。青海云杉种植和撒播草籽则需要在砂石料场整理地上进行覆土，覆土厚度60cm以上，种植时间为春季或者秋季，株行距2.0m×1.5m，栽树一般用50cm×50cm×60cm的方坑，以保证林木根系深扎和平铺的需要。为了更好的生长成活及提高其抵抗能力，一般要求苗木高度为120～150 cm，苗根需要带直径50～60 cm的土坨。

适宜的水分是苗木成活生长的保证条件，特别是地处海拔低处的砂石料场植被恢复地，一般砂石料场大多靠近河流（沟谷）等水源地，所研究的4处砂石料场均靠近水源地，灌溉水较为方便。同时考虑树种的生物学和生态学特性，适时适量地补给苗木对水分的需求，对沙棘林和青海云杉林的苗木每年灌溉5～6次为适宜的灌水次数，一般应在年初土壤解冻后，苗木萌动生长开始时，应及时进行第一次灌水，以后依气候、土壤的水分状况进行灌溉，10月底至11月初应灌足冬水，以确保苗木的安全越冬。

2.2 砂石料场植物种类的重要值

对研究的祁连山区四处典型砂石料场林下植被种类及其重要值进行了统计分析，见表3和表4。从表3可以看出，砂石料场林下共发现23种草本植物。从表4可以看出，不同植被种类的重要值当中，其中重要值最大的是冷地早熟禾和垂穗披碱草，其重要值分别是0.267607和0.195003，重要值均大于0.1^[3]，其他植物种类的重要值均小于0.1^[3]，说明在林下植物以冷地早熟禾和垂穗披碱草占据优势地位，其他植物种处于劣势地位，因为这2种草本植物种是人工撒播种植的，但鹦鸽嘴水库下方的砂石料场除外，此处未进行人工撒播草籽。

2.3 砂石料场植被多样性分析

对研究的祁连山区四处典型砂石料场林下植被的多样性指数进行了统计分析（表5），從表5可以看出，4处砂石料场植被恢复地的α多样性指数整体上来看，存在明显的差异。其中白泉门砂石料场的Simpson多样性指数是0.556356、Shannon-Wiener多样性指数是0.956538、Pielous均匀度指数是0.546349，其多样性指数明显大于鹦鸽嘴水库下方的多样性指数，其Simpson多样性指数是0.172614、Shannon-Wiener多样性指数是0.412205、Pielous均匀度指数是0.268141，虽然白泉门砂石料场的多样性指数较其他3处砂石料场大，但白泉门砂石料场的多样性指数还是偏小^[10]。

3 结论与讨论

对祁连山自然保护区砂石料场目前的通用恢复技术是采坑回填、废弃渣堆平整、河道清淤、废弃建筑物拆除、排导堤修筑、围栏封育、覆土、种植乔灌木，这种恢复技术是适合的，也是可行的一种生态修复模式，即：采用工程措施和人工辅助恢复措施，使砂石料场的的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向。从不同物种的重要值来看，重要值大于0.1的物种仅有垂穗披碱草和冷地早熟禾，而且这2种草本是人工种植的，经过5年的恢复期生长，其生长状况良好，说明人工种植的垂穗披碱草和冷地早熟禾具有很强的生态适应性，具有抗寒、抗旱、耐贫瘠、耐盐碱性的特征，而且在轻黏性暗栗钙土生长繁茂、具有较高的生产力。因此，这2种草本植物适宜在祁连山的砂石料场恢复地进行种植。多样性指数数值相对较小，说明目前的4处砂石料场人工植被恢复区树种单一，林下草本植物多样性维持在较低水平，目前的植被恢复地需要继续加强经营和灌木，因生长青海云杉和沙棘树种，需要定期进行灌溉水，以保证乔木和灌木的生长需要以及林下草本植物种向野生化方向演替。本研究只是选择了4处砂石料场作为试验样点，未能客观的表述目前的恢复态势下的植被多样性特征，所以今后增加多处样点，增加样本容量进一步开展相关调查研究，为祁连山砂石料场的植被恢复提供资料佐证。

参考文献：

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