陈金龙

(中国前寒武系省级地质自然保护区管护局，云南 昆明 650600)

1 引言

矿业是支撑社会向前发展的重要产业，但同时也是对环境破坏最为严重的一种人为活动。现阶段困扰地方环境治理的采矿区环境修复问题主要由传统废弃矿坑和偷采盗采形成的矿坑为主，从矿坑环境治理进程角度来看，多数旧时期留下的废弃矿坑均已经实现生态恢复治理，但偷采、盗采等活动留下的环境破坏问题仍未杜绝。对此，本文以昆明市海口林场废弃矿山植被恢复造林工程为例，提出了几种植被配置治理方案，并分析出最适于当地使用的一种植被配置，以提高其废弃矿山生态恢复的效率与效果。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

矿区位于昆明市海口林场中宝林区与昆阳磷矿交界处，地理位置东经102°28′～102°38′，北纬24°43′～24°56′。 因历史原因及多年来偷采磷矿石破坏林地形成的采矿迹地，所以导致该地区林木稀疏且存在较多矿坑和堆渣场。项目区周边分布的天然乔木树种主要有云南松林、华山松林、滇油杉、旱冬瓜。主要灌木树种有南烛、杜鹃、芒种花、小铁子、川梨、野牡丹、黄杞、矮杨梅、水红木、小檗、盐肤木等。主要草本有紫茎泽兰、金茅、刺茅、荩草、龙胆草、蕨类等。项目区多为露天开采区，80%面积地表破碎不平，最大坑形成地表直径约100 m，深50 m倒圆锥体；局部区域坡度>60°。实际可用土地面积较少，急需对其进行整治。

在无客土环境条件下使用石灰对治理区域的土壤进行改良，然后通过人工种植乔木和撒播草种的方式加速地区绿化恢复，现阶段部分地区已经形成7种不同植物配置模式的群落类型，详见表1所示。

表1 样地植被配置的基本情况

2.2 研究方法

2.2.1 案例地区的土壤与植被调查

在案例地区废弃矿坑立地条件基本一致的情况下，设置7种不同植被生态恢复的试验样地，并将样地划分为上、中、下3个等级分别设置1个5 m×5 m的样方，然后在每个样方的空间里随机设置5个2 m×2 m的小样方，因案例地区乔木幼苗均低于0.5 m，所以本文将乔木幼苗与草本植物作为同一普查对象进行调查，调查指标涵盖植物的种类、范围内植物的数量、植物种群的郁闭度和群体高度，全部实地调查的样方数为105个[1～4]。以案例地区下未遭到破坏的区域作为试验对照样地，并用“CK”代替，将恢复前的废弃矿坑作为试验的背景值“BK”，试验五点法采集CK、BK和不同植被模式样地内的两条中心线上的土壤，并将其装入纸质密封袋中密封，其中土壤采集样品为45个[5,6]。

2.2.2 试验地区土壤理化性质的测定

将采集土样置于室内风干然后剔除土壤中的根系和其他杂物，使用1 mm的土筛将块径较大的泥土或石块进行过滤[7]。使用碱解扩散法对土壤中速效氮含量进行测定；使用乙酸铵浸提—火焰光度法对速效钾进行检测；使用原子吸收光谱仪对土壤中的重金属进行检测；使用重铬酸钾容量法—外加热法对有机质进行测定[8～11]。

2.2.3 试验区物种多样性的计算方法

(1)物种重要值的评定方法。借助重要值评定的方式对试验区下物种个体在群落中的地位进行判断，以此分析植被配置模式中该物种属于优势种还是伴生种，即：

(1)

(2)物种多样性计算方法。使用丰富度指数“M”、多样性指数“H”和均匀度指数“P”代表物种多样性的度量指标[12]，即：

(2)

式(2)中：S表示群落中的总植被种数；N表示群落中植被个体的总数。

(3)

式(3)中：Pi表示第i种植被的个体数占样地群落所有物种个体数的比例。

(4)

式(3)中：H表示实地观察种群的多样性指数。

2.2.4 数据分析

对上述分析主语利用SPSS21.0软件进行数据的统计，利用单因素方差分析对本文采用7种植被模式的差异性进行评定(p=0.05)，通过主成分分析法实现对上述结果的综合评价[13～15]。

3 结果与分析

3.1 不同植被配置模式下对试验区植物群落的影响

从丰富度指数角度来看(图1)，不同植被模式的环境恢复效果差异显著，模式4下的物种丰富度最高，其丰富度指数可达到1.57，证明适当增加植物种类和乔木融合可在一定程度上提高当地植物群落的丰富度。除本文采用模式5外，其余所有模式下的物种多样性指数均在0.67～0.81之间，此结果与丰富度指数一致。模式6下均匀度指数最高，可达到1.42，其中，模式下狗牙根与田菁物种的单一种种群优势明显，但该物种在试验地中的分布均匀程度相对较差，造成该现象的主要原因在于人工种植存在一定规律所致。综上可知，在所提7种植被模式下除模式5、7外其他所有模式的种群群落结构和稳定性均较为良好。

图中小写字母为不同配置模式下结果差异显著(p=0.05)

多样性指数和均匀度指数

3.2 不同植被配置模式下对土壤养分的变化

试验区土壤活力变化情况如图2所示。CK中土壤的速效钾含量约为195.53 mg/kg，明显高于人工恢复群落的土壤速效钾含量，不同模式下土壤的速效钾含量大小排列为：模式2>模式3>模式1>模式4>模式5>模式6>模式7。7种模式下土壤速效氮的含量大小排列为：模式2>模式3>模式4>模式5>模式1>模式6>模式7，其中2、3、4、5模式下的氮含量大于CK的主要原因在于植被模式选用刺槐、田菁等豆科植物能够起到固氮的作用。7种模式下土壤的有机质含量大小排列为：模式2>模式5>模式3>模式4>模式1>模式6>模式7。由此可证明不同植被配置对废弃矿山试验地土壤速效钾、速效氮和有机质的含量提升存在差异，但均表示出正向发展趋势。

图2 不同植被配置下土壤的养分含量情况

3.3 不同植被配置下废弃矿山的恢复效果综合评价

结合上述7种植被模式的12项指标，运用主成分分析法进行7种模式下废弃矿山生态恢复效果的综合研究。通过分析获得4个主成分变量，其变量之和占比总贡献率的83.9%，证明得出的4个综合指标可以代表所有指标的绝大部分信息，因此本文将4个主成分对7种模式生态恢复效果进行概括分析。通过综合评价公式获得综合评价值，如表2所示。

表2 不同植被配置实际恢复模式的综合评价

由表1数据可得，不同的植被模式配置对废弃矿山生态恢复效果综合评价存在显著影响，综评排名大小排列为：模式2(0.72)>模式4(0.57)>模式3(0.36)>模式1(-0.23)>模式6(-0.33)>模式7(-0.52)>模式5(-0.58)。其中，模式2、3、4的综评均大于0，由此可证明狗牙根+刺槐+田菁+苘麻、田菁+刺槐+苘麻与狗牙根+刺槐+苘麻等3种植被模式配置对废弃矿山的生态恢复效果影响较好。因此，在人工干预废弃矿山植被恢复项目中应多选择乔、灌、草的植被组合模式，以此发挥物种在各阶层下的生态位优势，提高植被配置对废弃矿山生态恢复的效果。

4 结论与讨论

本文重点对案例地区废弃矿山的生态恢复植被配置及恢复效果进行研究，从已有的生态恢复种群植被模式中分离出7种模式，将其应用在案例地区废弃矿山的治理工程中，并得出如下结论：

(1)模式2下植被配比的物种丰富度和多样性最高，表明此模式最适合案例地区废弃矿山环境恢复工程使用。模式5和模式7排名最低的原因在于物种配比较为单一，进而导致生态系统的恢复速度较慢，无法在短时间内形成较为完善的林地生态系统。

(2)经过人工干预后废弃矿山土壤中的速效钾、速效氮和其他有机物的含量逐渐上升，其中豆科类植被对提高土壤中氮含量的影响效果最大。

(3)刺槐、苘麻、狗牙草和田菁等植物能够有效降低土壤中重金属含量，因此可将其作为废弃矿山区域治理的先锋植物。

由上述分析可以得知，不同的植被配置对废弃矿山的生态恢复效果是存在差异的，因此在进行废弃矿山环境整治工程之前，应当明确地区土壤与周边环境的特点，选择合适的植被模式进行整治，以期提高废弃矿山环境治理的效率与质量。