张浩然， 杨 晴， 宋长明， 吴 华， 辜 彬　(四川大学生命科学学院，四川成都 610064)



露采矿山生态恢复植被群落构建策略研究

张浩然， 杨 晴， 宋长明， 吴 华， 辜 彬*(四川大学生命科学学院，四川成都 610064)

摘要以舟山庆丰采石场为研究对象，对人工恢复坡体2010年及2015年2个时间节点植被以及周边自然坡体原生植被展开调查，分析各个阶段植被资源的差异，结果表明：与自然坡体植被资源相比，恢复10 a的人工坡体物种丰富度更高。比较不同时期群落结构变化，结果表明：不同时期群落结构均与最初设计群落有很大差别，与自然坡体群落结构相比，恢复5 a的人工坡体群落结构层次单一，可视为先锋群落，恢复10 a的群落结构层次更为复杂，稳定性高。总结10 a修复经验，提出植物群落构建策略，为今后矿山生态恢复提供参考。

关键词露采矿山；生态恢复；群落

Study on Opencast Mine Ecological Restoration Vegetation Community Construction Strategy

ZHANG Hao-ran,YANG Qing, SONG Chang-ming, GU Bin*et al

(College of Life Science, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610064)

AbstractTaking Qingfeng quarry in Zhoushan City as the study object, the artificial vegetation and surrounding natural native vegetation of artificial restoration slope were investigated in 2010 and 2015, the vegetation resources in different periods were also analyzed.The results showed that the decade artificial restoration slope has a higher species richness compared with the natural slope.Comparing the community structure changes in different periods, the results indicated the community structure in each period are very different from original designed community.What's more, when compared with the community structure of natural slope, the five years' restoration slope has simple community structure, which can be regarded as a pioneer community; when compared with the community structure of natural slope, the community structure of the decade artificial restoration slope is more complex and higher stability.Meanwhile, the restoration experiences in ten years were summarized, several plant communities building strategies were proposed, which can provide a reference for mine ecological restoration in the future .

Key wordsOpencast mine; Ecological restoration; Community

随着我国经济的快速发展，各项基础设施建设的力度不断加大，对各类矿产资源的需求急剧增加，露采矿山的数量和规模也迅速增加和扩大，对环境和景观造成了严重的破坏，因此对露采矿山的治理显得急切而又必要。矿山生态恢复的关键是植被恢复[1]，植被恢复的最终目的是构建稳定的群落结构。深入研究矿山生态恢复过程中边坡植被的群落结构和演替过程，将有助于结合工程措施更好地进行矿山生态恢复[2]，对工程设计、植物配置以及成效预判有着重要的指导意义。

我国露采矿山分布多，分布面广，在经济比较发达的省区，其多分布在城市边、道路边、湖边和风景名胜区[3]，而分布在城市边的露采矿山对城市环境和景观的影响尤为严重。城市边缘区是城市化发展和城市土地开发中最活跃的区域，该区域的人类活动较其他地区更为复杂，景观格局和生态过程更具有特殊性，景观生态问题和生态安全问题也更为突出[4]。城市边露采矿山是人类活动在城市边缘区的特殊遗留，对其生态修复的研究显得任重而道远。为此，笔者以舟山市定海区边上的庆丰采石场为例，对城市边露采矿山生态恢复群落构建进行研究，为实现生态恢复和景观营造提供参考。

1研究背景

1.1庆丰露采矿山生态恢复工程概况庆丰采石场位于舟山市定海区东南部火龙岗山西麓。该采石场在极大地推动地方经济发展的同时也严重破坏了自然山体环境，形成宽300 m以上、高近140 m的人工高陡边坡，岩体裸露面积达7.0万m2。该采石场生态恢复工程于2006年5月6日开始，至2007年7月28日完工。主体工程由下至上分为14级坡面。其中1～4级坡坡度较缓，坡比为1∶1；5～11级坡坡度最陡，坡比为1∶0.5；12～14级坡坡比为1∶0.75。笔者所在实验室从工程设计伊始就参与到该项目中，自2006年5月至2015年5月对采石场生态恢复进行了长达10 a的跟踪调查，取得了丰富的研究资料。

1.2庆丰露采矿山自然条件采矿边坡区位于浙东沿海中生代火山岩带的北段，外围构造以北东向断裂为主，南北向、北西向断裂为辅，距区域性深大断裂较远。土壤以红壤为主，属北亚热带南缘季风海洋性气候，冬暖夏凉，雨量充沛，年平均温度为16.3 ℃，年平均降雨量为1 318.8 mm，年平均蒸发量为1 226.6 mm，全年平均风速为3.4 m/s。

2植被群落恢复设计

人工恢复生态系统的群落构建是通过植物设计来实现的，设计主要遵循特殊生境相适应、适地适树、物种多样性、坡度适宜、景观性等原则，拟通过合理的植物配置设计构建稳定的群落结构，完成矿山的生态恢复。具体的植物配置方案如表1、2所示。

表1　植物群落配置方案

表2　混合种植物配置

3人工坡体与自然坡体植物资源概况

2010年与2015年对庆丰采石场进行了植被种类调查。2010年人工坡体共有植物42种隶属于20科(表3)；2015年人工坡体共有植物46种隶属于28科(表4)；庆丰采石场周边同一朝向的相邻自然坡体共有植物51种隶属于31科[5](表5)。

表3　2010年人工坡体植被

表4　2015年人工坡体植被

4植被群落分析

4.1不同时期不同坡体植被资源差异群落演替初期，一年生草本植物(先锋物种)占据优势，但随着时间的推移和演替的进行，植物种类和数量逐渐增加，群落结构日趋复杂，物种多样性发生明显的变化[6]。恢复5 a的人工坡体有植物42种(隶属于20科)，其中草本18种，木本24种，草本与木本所占百分比分别为43%与57%，草本植物与木本植物的比例为1.0∶1.3；恢复10 a的人工坡体有植物46种(隶属于28科)，其中草本18种，木本28种，草本与木本所占百分比分别为40%与60%，草本植物与木本植物的比例为1.0∶1.6；自然山体生长植物51种(隶属于31科)，其中草本植物15种，木本植物36种，草本与木本所占百分比分别为29%与71%，草本植物与木本植物的比例为1.0∶2.4(图1)。恢复5 a与10 a相比，虽然种数差别只有4种，但差了8个科，植物的丰富度差距明显；恢复10 a与自然山体植被相比，虽然物种丰富度已很接近，但草本植物与木本植物的比例相差很大，说明群落稳定性还存在一定差距。

表5　2015年自然坡体植被

图1　不同时期不同坡体木本植物与草本植物种类百分比Fig.1　Proportion of ligneous and herbal plants in different periods and slopes

4.2自然坡体与不同时段人工坡体植物群落构成与最初的群落设计(表1)相比，恢复5 a(表6)和恢复10 a(表7)的人工坡体群落结构有明显的不同，群落形成过程均按设计的群落模式发展。恢复5a的植被群落结构单一，以灌木和草本为主；植被丰富度低，基本以豆科和禾本科植物为主；植被活力不强。恢复10 a的植被群落有更复杂的群落结构层次，即乔-灌-草结构完整；植物丰富度更高，活力更强，有更多科属的植物种类；植被生长茂盛，群落结构更稳定。相比而言，恢复10 a的人工坡体有更多的植物入侵，这对生态恢复大有益处，但与自然坡体的植被群落(表8)相比仍有差距，尽管恢复10 a的人工坡体植被群落的乔-灌-草结构完整，但木本植物与草本植物的比例不够合理，木本植物偏少；恢复10 a的植被群落物种丰富度虽已接近自然群落，但木本植物分布不均匀，且整体密实度低，可见生态恢复是一个漫长的过程。

表6　2010年人工坡体植物群落构成

从现场调研来看，就整个人工坡体而言，虽然整体复绿已达100%，但不同坡度的群落结构层次不同：1～4级坡坡度较缓，乔-灌-草群落结构完整，且密实度较高；5～14级坡坡度较陡，且越往上风害越强，水土保持难度越大，故该区位草本植被生长茂盛，乔灌类相对较少，群落密实度低，可见工程措施与植被群落的构建有很大关系。此外，人工坡体鲜有高大成熟植株，因此仍需更长时间的恢复、生长以形成自然、稳定的基础骨架，从而实现群落结构的动态平衡。

表7　2015年人工坡体植物群落构成

表8　2015年自然坡体植物群落构成

5露采矿山生态修复植物群落构建策略

城市边露采矿山生态修复的植物群落构建应主要考虑两个方面的功能：生态性和景观性。其中，生态性是基础，即改善环境，调节小气候，维持生态平衡；景观性是目的，即营造宜人的自然景观，美化环境，丰富人们的视觉体验并提供良好的文化娱乐场所。合理的植物配置是形成稳定群落的关键，也是形成长期景观效果和发挥持续生态效益的前提[7]。为此，笔者总结庆丰采石场10 a修复经验，提出以下几种植物群落构建策略。

5.1矿山生态恢复分阶段实施对庆丰采石场10 a跟踪研究发现，矿山的生态恢复是一个漫长的过程。参考庆丰采石场10 a恢复过程中植物群落的演替过程，可进行分阶段设计演替，即通过前期的植物设计先构建先锋群落，然后逐渐过渡到近自然的稳定群落结构。

5.2优化植被种类可适当增加豆科、禾本科植物。豆科植物有较强的固氮能力，引入豆科植物，利于改良土壤并促进其他植物的生长；禾本科植物抗耐性好，生长能力强，适宜早期群落的构建。植物群落的构建受当地气候与环境的影响非常大，乡土植物能更好地适应当地环境，提高苗木的成活率及群落的建成度并具有较高的辨识度，形成突出的地域特色。应充分利用筛选优化的乡土树种作为群落构建的骨干树种或基调树种，优先占有生长空间，并相应营造出适宜其他植物生存的空间，利用这些环境条件栽植适应性较差的景观树种，逐步演替形成群落多样性和物种多样性[8]。

5.3考虑植物间的化感作用及协同生长效应化感作用是植物间相互作用的一种，指一种植物通过向环境释放化学物质对另一种植物(包括微生物) 所产生的直接或间接的伤害或促进作用[9]。如柠檬桉皮、叶和根系分泌物中含有的水溶性或挥发性化感物质能抑制其周围灌草的生长[10]；丁香、薄荷、刺槐、月桂分泌的芳香物质会影响相邻植物的生长；榆树分泌的化感物质会使栎树发育不良；菊科植物的化感物质在对受体植物表现出促进生长作用的同时也会抑制某些杂草的生长[11]。此外，一些植物聚居会表现出协同生长的效应，如普陀樟常和红楠、珊瑚树、野梧桐、蚊母树等混生，表现出协同生长的效应。在构建植物群落的时候应充分考量植物间的相互作用，去弊存利，合理地安排植物间的组合。

5.4综合利用植物生长习性与特殊地形庆丰采石场作为城市边露采矿山有其特殊的地形条件，即山高坡陡。这种特殊的地形条件在构建植物群落进行生态修复的时候相较于平稳的地形条件有着明显的劣势——不利于保持水土，无法为植物创造理想的生境条件，进而增加生态恢复的难度，但不利的地形特征又彰显出独特的优势，即有较好的层次感，景观的可塑性强，透气、透光性好，有益于初始群落的建成。普通平缓地形条件下群落的构建易出现极端化现象，一是木本乔灌的生长致使草本植物光照资源匮乏，最终导致草本植物生长不良，甚至缺失；二是草本植物的疯狂生长强占了木本乔灌的生态位，最终造成乔灌层稀缺，这两种极端都不能形成稳定的群落结构并实现生态修复。在进行特殊地形群落构建的时候应抓住其优势，利用植物自身的生长习性，选择耐旱、耐贫瘠，对土壤要求不苛，深根性的植物种类。

5.5 前养后放，进行科学合理的养护管理植被种植前期，由于水肥、土体、根系等尚未达到稳定状态，其抵抗力不强、扎根生长的能力不足，故在初期需要较多的人为干预，应“精于养”。但就长远来看，“养”只是一时，最终还是“放”。所谓“放”，即在土体、根系稳定之后采取粗放式管理，减少直至消除人为干预，保证植物自由生长，提高植株自身的抗性，同时提供一个开放的空间，增加群落的丰富度和稳定性，促进其恢复至近自然状态。

5.6采取适当的工程技术措施采取适当的工程技术措施以达到满足植被生长基础的物理和化学条件[12]，物理条件：具有透水性、适当的硬度、适度的保水性、具有与植物种类和

大小相应的深度与广度；化学条件：无有害物质、适当的土壤酸度、一定的养分。此外，采取创新型工程技术措施也是构建植被群落的关键，如在硬度较大的土质边坡或稳定岩质边坡上打生态孔，这是一种按一定平面布置在边坡上钻孔，然后在孔体内填土进行绿化的方法[13]。该方法在保持坡体稳定的基础上充分扩大了植物根系延伸的深度和广度，缩短了植被生根固体的时间，利于群落的建成。

6结语

采矿废弃地的生态恢复是环境治理利用的重点工程，该研究总结了庆丰采石场10 a生态恢复的成果，分析了植被群落的演替过程，并提出了露采矿山生态恢复植物群落构建策略，以期为今后的矿山生态恢复提供参考。但考虑到城市边露采矿山特殊的地理位置，其生态恢复在群落构建的基础上又多了更高层次的景观需求，目前该领域的研究尚显不足，未来应在加强理论研究的基础上积极地进行实践探索，促使露采矿山的生态恢复工作再上新台阶。

参考文献

[1] 尚文勤，朱利平，孙庆业，等．自然生态恢复过程中尾矿废弃地土壤微生物变化[J]．生态环境，2008(2)：713-717．

[2] 程小琴，赵方莹．门头沟区煤矿废弃地自然恢复植被数量分类与排序[J]．东北林业大学学报，2010，38(11)：75-78．

[3] 辜彬，王丽.露天开采矿山生态环境治理的基本理论与方法[J].中国水土保持科学，2006，4(S1)：134-137.

[4] 刘黎明，李振鹏，马俊伟.城市边缘区乡村景观生态特征与景观生态建设探讨[J].中国人口·资源与环境，2006,16(3)：76-80.

[5] 中科院中国植物志编辑委员会.中国植物志：各卷[M].北京：科学出版社，1978-2004.

[6] CASTELLANOS A E，MARTINEZ M J，LIANO J M，et al.Successional trends in Sonoran desert abandoned agricultural fields in northern Mexico[J].Journal of arid environments， 2005，60：437-455.

[7] WHITEHAND J W R.The urban landscape：Historical development and management[M]//Conzen M R G.Paper.Londen：Academia Press,1981:24-25.

[8] 洪志猛.城市森林群落结构构建理论与景观优化途径分析[J].南京林业大学学报，2015(1)：106-114.

[9] RICE E L.Allelopathy[M].New York：Academic Press，1974.

[10] 曹潘荣, 骆世明.柠檬桉的化感作用研究[J].华南农业大学学报，1996,17(2)：7-11.

[11] 周凯，郭维明，徐迎春.菊科植物化感作用研究进展[J].生态学报，2004,24(8):1781-1788.

[12] 杨劭瑕，潘树林，付诗雨，等.露天开采矿山植被恢复策略与方法[J].宜宾学院学报,2013,13(12):96-101.

[13] 潘树林，王丽，辜彬.论边坡的生态恢复[J].生态学杂志，2005，24(2):217-221.

中图分类号S 731.6

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)06-191-06

收稿日期2016-02-14

作者简介张浩然(1989- )，男，河南开封人，硕士研究生，研究方向：植物景观配置。*通讯作者，教授，博士，从事边坡生态工程研究。