贛南稀土礦區(qū)植被生態(tài)修復評價及模式選擇

贛南稀土礦區(qū)植被生態(tài)修復評價及模式選擇王麗艷;王竹益瀏光正;岳軍偉;金洪平【摘要】本文以目前公開報道的贛南稀土礦區(qū)生態(tài)治理的典型為研究對象，調(diào)查分析稀土礦區(qū)不同的植被恢復模式和土壤狀況。結(jié)果表明，在贛南稀土礦區(qū)，構(gòu)樹+胡枝子+香根草和構(gòu)樹+刺槐+百喜草是較好的恢復模式。未經(jīng)植被恢復的廢棄稀土礦區(qū)土壤pH值均小于5.0,通過植被恢復后，土壤酸性得到一定的緩和，植被恢復后稀土礦區(qū)土壤養(yǎng)分得到改善，速效氮提高了32.90%-128.28%,速效磷提高了56.38%-73.71%,速效鉀提高了37.48%-85.75%。【期刊名稱】《南方林業(yè)科學》【年(卷)，期】2016(044)006【總頁數(shù)】5頁(P49-53)【關(guān)鍵詞】稀土礦;恢復模式;植被多樣性;土壤養(yǎng)分【作者】王麗艷;王竹益瀏光正;岳軍偉;金洪平【作者單位】［1］江西省林業(yè)科學院，江西南昌330013;［2］上栗縣林業(yè)局，江西萍鄉(xiāng)337009【正文語種】中文【中圖分類】S714.7稀土開采為當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展做出了重要貢獻，卻也帶來了水土流失、次生災(zāi)害嚴重等一系列的生態(tài)環(huán)境問題。2011年贛州市對該市的廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境進行了摸底調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，全市廢棄稀土礦區(qū)有302個，稀土礦山破壞面積達78.13km2，由稀土礦開采造成的水土流失破壞面積達7.72km2，兩者合計共毀壞土地85.85km2。其中僅治理了15.9km2，大部分稀土廢棄地和毀壞土地沒有得到治理［1］。本研究選取目前公開報道的贛南地區(qū)稀土礦區(qū)治理的典型，在實地調(diào)查基礎(chǔ)上對不同的治理模式作出相應(yīng)的評價，從而篩選出較適宜的稀土礦植被恢復模式。旨在為稀土礦區(qū)環(huán)境治理提供理論依據(jù)。1.1研究區(qū)自然條件研究區(qū)域分別位于尋烏縣、贛縣和南康市。尋烏位于江西省東南端，居于贛、閩、粵三省交接，115°21'22”E~115°54'25"E,24°30'40”N~25°12'10”N。尋烏試驗區(qū)位于尋烏縣文峰鄉(xiāng)荷樹塘。贛縣試驗區(qū)位于贛江上游的贛縣大田鄉(xiāng)夏湖村十八灣，114°58'E,北緯25°51'N。地形屬丘陵山地，海拔450~500mm，為亞熱帶季風濕潤氣候。南康試驗區(qū)位于南康市北部的坪市鄉(xiāng)，坪市鄉(xiāng)地處114°33'28"E,26°7'35"N，降雨多集中在4~5月，年均降雨量1500mm左右，地形屬丘陵山地，土壤以紅壤為主。1.2稀土礦區(qū)植被狀況尋烏縣試驗區(qū)劉建業(yè)等［2］報道了20世紀80年代尋烏縣對原來尾砂堆積場的地貌特征進行了整治，根據(jù)稀土尾砂的土壤理化狀況，采取適應(yīng)和改良相結(jié)合的措施種植植物。不覆表土進行栽植試驗，共栽植喬灌草如馬尾松Pinusmassoniana、苦楝Meliaazedarach、黃檀（Dalbergiahupeana、胡枝子Lespedezabicolor、馬唐草Digitariasanguinalis等包含溫州蜜柑Satsumaorange和芙蓉李Prunussalicinasp.在內(nèi)的11種植物。后期喬木增加了濕地松P.elliottii和棗樹Ziziphusimermis兩種喬木樹種并于行間撒播了雀稗Paspalumthunbergii、狗尾草Setariaviridis、馬唐Digitariasanguinalis草籽，且在栽植和撒播喬灌草植物前施鈣鎂磷肥對尾砂進行土壤改良，期間追施尿素。結(jié)果顯示喬木以黃檀較適應(yīng)稀土尾砂地的土壤條件，生長速度較快，半年平均生長高度約72cm,成活率81%,一年半后，平均生長高度約188cm，成活率80%，蓋度達70%。其它樹種都呈現(xiàn)長勢較差，或生長緩慢，或成活率較低。灌木則以胡枝子生長迅速，成活率高，半年平均生長高度約127cm，成活率87%，一年半后，平均生長高度約203cm，成活率81%，蓋度達80%。在胡枝子行間撒播的3種牧草雀稗、馬唐和狗尾草，前期生長緩慢，后期均快速生長并覆蓋地面。果樹生長情況顯示在稀土尾砂堆積場地栽植果木的難度較大。贛縣試驗區(qū)原土壤是紅壤土，地形是紅壤坡地，開采前植被是針闊混交林，主要以馬尾松、杉木Cunninghamialanceolata、木荷Schimasuperba為主，伴生樹種有黃瑞木Adinandramillettii、南方莢遂Viburnumfordiae等，開采稀土后，土壤沙化，植被毀壞，寸草不生。宋祥蘭等［4］2006年開始利用桉樹的速生性，在廢棄稀土礦區(qū)采用1年生桉樹容器苗進行造林，試圖恢復礦區(qū)植被。他們在整地的基礎(chǔ)上，采用墊客土的辦法穴植造林，栽植的同時施復合肥，并在第二年進行追肥。南康縣試驗區(qū)是20世紀80年代離子型稀土礦池浸開采后形成的廢棄地，該稀土廢棄礦區(qū)土壤沙化和酸化，幾乎寸草不生?？偯娣e約20hm2，原來是馬尾松低產(chǎn)林，伴生有木荷、桃金娘Rhodomyrtustomentosa、山蒼子Litseacubeba等闊葉喬木，林下地被以鐵芒箕Dicranopterisdichotoma、絲茅Imperatakoenigii為主。因稀土廢棄地土壤質(zhì)地差，需選用抗性強的鄉(xiāng)土樹種進行植被恢復重建。宋祥蘭等［4］人在2011年采用贛南鄉(xiāng)土樹種構(gòu)樹Broussonetiapapyrifera,并選用灌木油茶Camelliaoleifera、刺槐Robiniapseudoacacia、固氮植物胡枝子、草本百喜草Paspalumnatatu、香根草Vetiveriazizanioides等植物采用喬灌草相結(jié)合的模式進行植被恢復。在對礦區(qū)地表整治后，采用客土栽植，同時進行施肥的方法構(gòu)建了以下5種植被恢復模式：1）純林模式：（M1）構(gòu)樹純林；2）落葉與常綠混交模式（M2）:構(gòu)樹+油茶；3）落葉、常綠、草本配置模式（M3）:構(gòu)樹+油茶+百喜草；4）喬木草本配置模式（M4）:構(gòu)樹+刺槐+百喜草；5）喬灌草配置模式（M5）:構(gòu)樹+胡枝子+香根草。目前各植被配置模式都取得顯著的恢復效果。2.1調(diào)查方法根據(jù)生態(tài)修復區(qū)地貌及植被類型布設(shè)喬木樣地，在喬木樣地內(nèi)設(shè)置灌木和草本樣方。喬木樣地面積為20mx20m,在每個喬木樣地內(nèi)設(shè)置3個5mx5m灌木樣方；在每個灌木樣方對角線交點設(shè)置1個草本樣方，面積1mxlm。同時設(shè)置相應(yīng)的對照樣地并作調(diào)查。對各樣地胸徑22cm的喬木記錄樹種并進行每木檢尺，同時調(diào)查植被恢復時間、恢復方式、人工影響方式、林分郁閉度或覆蓋度、人工幼林的成活率、保存率等；對灌木、草本記錄其種類、高度、覆蓋度、數(shù)量或多度等。同時記錄樣地海拔、坡度、坡向、坡位等因子。在每一喬木樣地0~20cm土層隨機取3份土樣混勻，然后將不少于500g的土樣帶回實驗室測定其全N、P、K和速效N、P、K,并測pH值和有機質(zhì)含量。2.2生態(tài)系統(tǒng)成功恢復的指標及評價由于環(huán)境條件的巨大差異和評價指標的不完善，受損生態(tài)系統(tǒng)恢復評價的衡量指標沒有統(tǒng)一標準，現(xiàn)被認可的評價方法多為與原有的天然植被群落進行比較來衡量恢復目標是否達到。2005年國際生態(tài)恢復協(xié)會公布了9個生態(tài)恢復評價指標［5］，認為恢復的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該具有以下特點：1）本地物種是否出現(xiàn)；2）與當?shù)厥欠窬哳愃频娜郝涠鄻有裕?）能否具有種群繁殖具有的生境；4）常規(guī)功能；5）對自然干擾的恢復能力；6）自我更新能力；7）潛在威脅的消除能力；8）群落長期的穩(wěn)定性；9）生態(tài)景觀的完整性［5］。根據(jù)研究區(qū)具體情況及操作的可行性，筆者選擇了以下指標來評價植被生態(tài)恢復的效果。2.2.1植被指標。植被指標為多樣性指數(shù)，該指數(shù)基于重要值計算得出。重要值（importancevalue）是以相對多度、相對頻度和相對顯著度三項指數(shù)的綜合來表示群類不同種群的相對重要性［6］。它是一個比較客觀的數(shù)值，能充分地反映不同植物種群中植物種的地位和作用，因而被大家廣泛應(yīng)用［7-11］。重要值計算公式見［12］。以Simpson指數(shù)（D）、物種豐富度（S）、Shannon-Wiener指數(shù)（H'）、和均勻度指數(shù)（E）、作為分析群落物種多樣性的指標［13］。計算方法如下：①物種豐富度（S）:物種數(shù)目。②Simpson指數(shù)（D）:D=1-，P2i,式中：Pi為種i的相對重要值。③Shannon-Wiener指數(shù)為種i的重要值；N為種i所在樣方的各個種的重要值之和。E=H'/H1max式中H為實際觀察的物種多樣性指數(shù)，H1max為最大的物種多樣性指數(shù)，H1max=lnS,S為群落中的總物種數(shù)。E值越大，多樣性越高。2.2.2土壤指標。土壤性質(zhì)的測定方法：pH采用pH儀測定法；采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)；全N采用凱氏定氮法；堿解氮采用堿解擴散法；全磷和速效磷采用鉬藍比色法；全鉀和速效鉀采用NaOH熔融一火焰火焰光度法［14］。3.1稀土礦區(qū)的物種多樣性群落的物種豐富度指數(shù)（S）、物種多樣性指數(shù)（H‘）、優(yōu)勢度指數(shù)（J）、和均勻度指數(shù)（E）數(shù)值見下表1。3個地區(qū)進行植被恢復后，與對照樣地植被數(shù)量及多樣性指數(shù)都得到了提升，表明進行人工植被恢復的成效是顯著的。南康的廢棄稀土礦區(qū)5種植被恢復模式中，物種多樣性以構(gòu)樹+胡枝子+香根草恢復模式最高，其多樣性指標S、D、H、E分別為5、0.691、1.379、0.679，其次為構(gòu)樹+刺槐+百喜草恢復模式，其多樣性指標S、D、H、E分別為5、0.614、1.252、0.664，構(gòu)樹純林的生物多樣性最低。這可能由于M5和M4模式中，胡枝子和刺槐都是豆科植物，具有較強的固氮能力，能改良土壤，促進植物生長。桉樹Eucalyptusrobusta栽植在贛縣的廢棄稀土礦區(qū)試驗表明，桉樹適宜能力強，其成活率高并能滿足正常生長，提高了離子型稀土礦區(qū)的植被覆蓋度，通過一段時間的恢復可能達到一定的郁閉度。尋烏的植被恢復試驗時間較長，無論人工恢復后的礦區(qū)，還是對照礦區(qū)，物種多樣性指數(shù)均較高。采取恢復措施的樣地生物多樣性明顯高于對照樣地，表明當初采取的恢復措施已取得良好的恢復效果。目前礦區(qū)主要植被為黃檀、馬尾松、胡枝子、馬唐、雀稗、鐵芒萁、狗尾草等，這些物種已完全適應(yīng)了尾砂堆積場的環(huán)境條件。表明在不用客土的情況下，選擇合適的植物材料也可以實現(xiàn)稀土尾砂場的植被恢復。3.2稀土礦區(qū)的土壤條件土壤pH值是土壤重要化學性質(zhì)，土壤營養(yǎng)元素的釋放、轉(zhuǎn)化和遷移，都與土壤pH值有關(guān)，林木生長都有適宜的pH范圍，否則生長受到影響。對土壤pH值檢測結(jié)果表明，未經(jīng)過植被恢復的廢棄稀土礦區(qū)，pH值均小于5.0，通過植被恢復后，土壤酸性得到一定的緩和（表2）。南康研究區(qū)中，模式M5和模式M3植被恢復模式對改善土壤酸性效果最好。贛縣和尋烏研究區(qū)中，進行人工植被恢復后，土壤酸性都得到了緩和。有機質(zhì)是林木營養(yǎng)元素的重要來源之一。本研究中，有機質(zhì)含量與試驗施肥量有密切關(guān)系。表2中，南康5種不同恢復模式的表層土壤有機質(zhì)平均含量大小順序為M5>M4>M3>M2>M1,各恢復模式表土層有機質(zhì)含量均大于對照的0.389%。無論贛縣還是尋烏，恢復樣地的表土層有機質(zhì)含量均大于對照樣地。土壤全N含量是土壤氮素養(yǎng)分的貯備指標，綜合反映了土壤的氮素狀況。南康5種不同恢復模式的土壤全氮含量大小順序為M5=M3>M4>M1>M2,各模式全氮含量相差不大，且模式M2的全氮含量小于對照，表明全氮含量受短期植被恢復或施肥的影響較小。5種不同恢復模式的土壤速效氮含量大小順序為M5>M3>M4>M1>M2,各模式速效氮含量相差較大，且都遠大于對照樣地，表明施肥對土壤速效氮的影響較大。尋烏和贛縣恢復樣地全N和速效N含量均明顯大于未進行植被恢復的對照樣地。土壤速效P能相對反映土壤磷素供應(yīng)水平高低，可以判斷是否需要施肥的依據(jù)，磷肥能促進植物苗期根系的生長。南康試驗地的5種不同恢復模式的土壤全磷含量大小順序為M5>M3>M4>M1=M2，且均大于對照樣地。5種不同恢復模式的土壤速效氮含量大小順序為M5>M1>M3>M2>M4,均大于對照樣地，表明施肥對土壤速效磷的影響亦較大。尋烏和贛縣恢復樣地全P和速效P含量均明顯大于未進行植被恢復的對照樣地。鉀K也是衡量土壤肥力的一個重要指標。表2中，南康5種植被恢復模式0~20cm土壤剖面全K含量大小順序為M5>M1>M3>M4>M2;速效鉀含量大小為M2>M5>M3>M4>M1。無論全K或速效K，恢復樣地的含量均大于對照樣地，表明植被恢復有助于提高土壤肥力。贛縣和尋烏的結(jié)果與此相同。綜合植被多樣性和土壤的各項理化指標，在贛南的廢棄稀土礦區(qū)，構(gòu)樹+胡枝子+香根草(M5)和構(gòu)樹+刺槐+百喜草(M4)都是較好的植被恢復模式。桉樹在植被恢復中效果顯著，今后可以把桉樹作為稀土礦區(qū)植被恢復的優(yōu)先考慮樹種。稀土礦區(qū)植被恢復中，構(gòu)樹、刺槐、黃檀、馬尾松、胡枝子、馬唐、雀稗、鐵芒萁、狗尾草、香根草、百喜草等11種植物都是優(yōu)良的礦區(qū)植被恢復材料。李恒凱等［15］人通過定南縣嶺北稀土礦近20a的遙感影像分析，結(jié)果顯示，近年來隨著稀土開采規(guī)模的不斷擴大，荒漠化日益嚴重，局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化。由于礦區(qū)植被由于封山育林政策的貫徹實施，在2004-2010年間定安縣32.949hm2疏林地轉(zhuǎn)化成密林地，礦區(qū)植被長勢良好，但在礦點周圍地區(qū)植被出現(xiàn)退化現(xiàn)象，可能是稀土開采區(qū)造成水土環(huán)境污染，導致植被生長的土壤環(huán)境受到破壞，進而影響植物的正常生長。因此，今后需要進一步開展稀土開采水土污染治理的相關(guān)研究，達到治本的目的。同時，目前幾乎所有關(guān)于稀土礦區(qū)的的治理都是在地表，關(guān)于土壤重金屬污染、含水層污染造成的污染均未涉及，而土壤、含水層的破壞和污染影響比地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)破壞的影響隱蔽，但后果更嚴重，也更亟需治理。因此，在以后的稀土礦區(qū)治理和植被恢復中，土壤重金屬污染、水污染將是贛南稀土礦區(qū)環(huán)境治理的重點?！鞠嚓P(guān)文獻】[1]李偉.南方離子型稀土廢棄地景觀生態(tài)恢復研究[D].福州福建農(nóng)林大學，2014.[2]劉建業(yè)，秦泰毓，黃金平，等.尋烏縣稀土尾砂堆積場地恢復植被試驗初報[J].水土保持通報,1991,11(2):43-50.[3]宋祥蘭，吳天明，胡小康，等.離子型稀土殘礦區(qū)桉樹栽培初探[J].中南林業(yè)科技大學學報,2013,33(2):16-19.[4]宋祥蘭，王蘭英，邙先松，等.贛南廢棄稀土礦區(qū)植被恢復模式試驗[J].中南林業(yè)科技大學學報，2015,35(6):58-62.[5]許申來，陳利頂.生態(tài)恢復的環(huán)境效應(yīng)評價研究進展