趙國紅，寧立波，宋陽

（1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽合肥 230092；2.中國地質(zhì)大學（武漢），湖北武漢 430074）

0 引言

安徽省是礦業(yè)大省，礦產(chǎn)資源豐富，礦業(yè)發(fā)展歷史悠久，大規(guī)模的礦山開采為社會經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻，但同時也嚴重破壞了礦山生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生了許多生態(tài)環(huán)境問題，特別是露天開采，造成了地形地貌景觀破壞、礦山地質(zhì)災害、水土環(huán)境污染、水土流失、植被破壞和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，我省開展了一系列礦山生態(tài)修復工作，截至2021 年底，全省已累計完成2 721 個廢棄礦山生態(tài)修復項目，完成修復面積約1.77 萬公頃。但是，部分礦山生態(tài)修復成效不明顯，尤其是高陡巖質(zhì)邊坡復綠效果差。高陡巖質(zhì)邊坡常用的復綠技術有魚鱗穴法[1]、植生槽法[2]、生態(tài)袋法[3～4]、爆破燕窩復綠法[5]、掛網(wǎng)噴播法[6]等。但是以上各復綠技術在實際應用中大多存在成本高、難度大、后期管護困難的問題，在自然條件下難以達到持久綠化的效果[7]。

對于高陡巖質(zhì)邊坡復綠，應充分調(diào)查生境條件，選擇合適的植物種類，建立一個植被恢復后自維持生態(tài)系統(tǒng)，是植被恢復的關鍵。本文以生態(tài)地質(zhì)學和系統(tǒng)理論為基礎，在沿江和皖北地區(qū)建立了試驗場，通過分析研究區(qū)水文、氣象、地質(zhì)、構(gòu)造、植被等影響因素，對比分析不同生境條件下植被生長情況，探索適宜于高陡巖質(zhì)邊坡復綠的植物地境再造技術，為以后開展高陡巖質(zhì)邊坡復綠提供依據(jù)。

1 植物地境再造技術

植物地境再造技術是以生態(tài)地質(zhì)學、系統(tǒng)科學理論為基礎，以人工方式在高陡巖質(zhì)邊坡上開掘植物種植孔，根據(jù)所選擇種植植物的地境要求，在孔內(nèi)人工構(gòu)建能夠滿足植物生長需求的地境條件，然后進行植物種植，達到植物與巖體有機結(jié)合，實現(xiàn)植物自主生長、邊坡復綠的方法[8]。巖質(zhì)邊坡適合選擇植生孔地境再造技術進行復綠。

1.1 植生孔地境再造技術

植生孔地境再造技術主要適用于坡面平直，凹凸起伏較小的巖壁。所謂植生孔地境再造法就是在基本參數(shù)滿足的高陡巖質(zhì)邊坡的平直壁面，按照一定的角度、口徑、深度開鑿孔穴，在打好的孔穴中種植植物（圖1）。

圖1 植生孔地境再造法Figure 1. Plant habitat reconstruction in the form of plant-growing hole

1.2 試驗場選擇及種植情況

（1）試驗場選擇。本次試驗采用選擇植生孔地境再造技術，選擇適宜研究場應滿足以下條件：巖質(zhì)邊坡坡度在60°以上，具有一定高度，一般在30 m 以上；巖質(zhì)邊坡的裂隙較發(fā)育；石灰?guī)r采石場，礦山已經(jīng)關閉，邊坡裸露。根據(jù)前期調(diào)查情況，經(jīng)過綜合分析選取沿江安慶集賢關與皖北宿州蕭縣已經(jīng)關閉的石灰?guī)r采石場中的高陡邊坡為研究對象。

（2）種植情況。選擇坡度和裂隙發(fā)育條件較好、適合植被生長需求的坡面，布設種植孔位，共373 個。種植孔孔深為50 cm、孔徑為20 cm，孔口與水平線呈15°～45°角朝上；種植所用的培養(yǎng)土，其配制比例為腐熟有機肥1/5，耕作層熟土3/5，爐渣1/5，并用800 倍的殺菌劑進行土壤處理；植物選擇耐寒、耐旱的優(yōu)勢物種或鄉(xiāng)土植物，植物幼苗選用基徑為0.7～1.2 cm，高度為60～80 cm，做截桿處理，將上端枝葉以及多余的側(cè)根去掉，保留主根部分。

2 研究區(qū)生態(tài)條件分析

2.1 氣象水文

蕭縣試驗場地處安徽省北部，屬北溫帶半濕潤季風氣候，是南北冷暖空氣交匯的過渡地帶，兼有北方和南方的氣候特點，季風氣候明顯。年均溫度為15.7 ℃，太陽輻射年總量為1.69 W/m2，年平均降雨量為784 mm 左右[9]，見圖2。蕭縣位于淮河流域中游，二、三級支流范圍內(nèi)，隸屬于華北平原南部的淮北平原中部。蕭縣水資源包括地表水和地下水兩部分，全縣多年平均地下水資源總量為2.6×108m3/a，地表水和地下水資源的豐枯基本依靠降水補給。

圖2 蕭縣年平均降水量和平均溫度情況圖Figure 2. Annual average precipitation and average temperature in Xiao County

安慶試驗場地處沿江地區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，季風明顯，四季分明，氣候濕和，雨量適中，光照充足，無霜期長，嚴寒期短。年平均氣溫為17.5 ℃，太陽輻射總量為1.54 W/m2，年均降雨量為1 350 mm[10]，見圖3。研究區(qū)屬于長江流域的石塘湖水系，石塘湖流域面積約為11 km2，最高水位為12.08 m，最低水位為8.13 m。研究區(qū)內(nèi)部地表水系不發(fā)育，大氣降水主要以面流方式沿地形自然排泄，地表水自然排泄通暢。大氣降水除小部分向河流排泄和在河谷低洼處季節(jié)性排泄外，大部分匯入?yún)^(qū)域徑流。

圖3 安慶市年平均降水量和平均溫度情況圖Figure 3. Annual average precipitation and average temperature in Anqing City

2.2 地質(zhì)條件

皖北試驗場選擇的蕭縣鳳山采石場，屬于皖北東南低山殘丘，主要出露三疊系、二疊系、石炭系灰?guī)r，因采石場開采活動影響而形成人工邊坡，人工邊坡坡度為80°～90°，近似垂直，裂隙發(fā)育，巖體破碎，表面裸露。巖體一般發(fā)育有3 組裂隙，每組裂隙3～7條不等，巖體體裂隙率多數(shù)在2%～3%之間。體裂隙的變化體現(xiàn)出裂隙發(fā)育的不均勻性，整體差異性較小，個別測量點差異較大，這是由裂隙發(fā)育整體的規(guī)律性和裂隙在巖體中發(fā)育的非均一性決定的[11]。

沿江試驗場選擇安慶市集賢關，位于安慶市區(qū)北部，屬江北低山丘陵區(qū)，地層屬于揚子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)安慶地層小區(qū)，出露的地層主要為三疊系南陵湖組（T1n），巖性下部為灰色中厚層微晶灰?guī)r，夾灰、灰黑色粉砂質(zhì)黏土頁巖，具縫合線構(gòu)造及重結(jié)晶現(xiàn)象；上部為灰白色中厚層微晶灰?guī)r，含黃色薄層泥質(zhì)條帶。巖體較為破碎，表面裸露，坡度≥70°，相對高度約為80 m。研究區(qū)巖體發(fā)育有3～4 組裂隙，每組裂隙2～14 條不等，巖體體裂隙率多數(shù)在2%～5%之間，均值為2.67%。

2.3 本土植物

皖北蕭縣石灰?guī)r山地土層較薄，土壤呈中性到微堿性，立地條件較差，以喬木、灌木為主，品種較為單一，喬木優(yōu)勢種為構(gòu)樹、臭椿；灌木優(yōu)勢種為黃荊、胡枝子；草本優(yōu)勢種為高羊茅、牛筋草。

沿江安慶地區(qū)土壤較為貧瘠，立地條件復雜，植物資源眾多，有60 多科500 余種植物，其中喬木以水杉、鵝掌楸、杜仲、櫸樹、樟樹、楓楊、刺槐等為主，灌木以黃荊、胡枝子等為主，草本眾多。

2.4 種植土肥分與物種選擇

蕭縣鳳山種植實驗場邊坡坡度為85°，巖層產(chǎn)狀為176°∠19°，邊坡發(fā)育有4組節(jié)理，結(jié)合體裂隙率發(fā)育情況，以60～100 cm間距布設種植孔，共186個。種植孔土壤有機質(zhì)平均含量為2.6%，為中上等肥分；全鹽量為0.1%，為非鹽澤土；水解性氮多高于100 mg/kg，較為豐富；有效磷在3.8 mg/kg 左右，含量較低；速效鉀在97 mg/kg 左右。蕭縣鳳山試驗場覆綠物種包括：喬木類有黃櫨、火炬樹、黑松、山杏；藤灌木類有迎春、連翹、爬山虎、扶芳藤；本地種有黃荊、構(gòu)樹。

安慶集賢關采石場邊坡坡度為78°，巖層產(chǎn)狀為20°∠58°，結(jié)合巖體體裂隙率發(fā)育情況，以60～100 cm間距布設187 個種植孔。種植孔中土壤肥分條件較好，有機質(zhì)含量在1.3%左右，為中等肥分；全鹽量在0.1%左右，為非鹽澤土；水解性氮在60 mg/kg左右，屬良好；有效磷在6 mg/kg 左右；速效鉀在60 mg/kg 左右。安慶集賢關試驗場覆綠物種包括：喬木類有黃櫨、刺槐、黑松、火炬樹、構(gòu)樹、臭椿；藤灌木類有連翹、金銀花、爬山虎；本地種有構(gòu)樹、臭椿。

3 結(jié)果分析

3.1 植物成活率

蕭縣鳳山采石場實驗區(qū)于2017 年11 月完成植被種植工作，共栽種植被169 株。在2018 年夏季6 月、2019 年春季4 月對蕭縣鳳山實驗場植物生長情況進行了現(xiàn)場調(diào)查，統(tǒng)計植物的成活情況，成活調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計整理如表1所示。野外調(diào)查成活率統(tǒng)計結(jié)果表明：

表1 蕭縣鳳山實驗場植物成活情況統(tǒng)計Table 1. Statistics of plant survival in the Fengshan test ground in Xiao County

（1）植物總體成活率隨時間而有所變化。成活率由高到低依次為藤本、灌木、喬木。外來種喬木整體的成活率多在60%左右，其中黑松的成活率最高達80%，山杏的成活率較低僅有14%；灌木的成活率多在80%。

（2）選擇的本地種整體成活率要比外來種高，說明其更適應本地的環(huán)境。喬木類本地種表現(xiàn)出更強的適應能力，構(gòu)樹成活率達71%，而外來喬木山杏的成活率僅有14%左右，表明山杏不適合本次覆綠植物的要求。

安慶集賢關實驗場于2016 年12 月完成植被種植工作，共栽種植被174株。先后在2017年7月、2018年6月對安慶集賢關實驗場進行了植物成活率調(diào)查。將兩次植物成活調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計整理如表2所示。野外成活率統(tǒng)計結(jié)果表明：

表2 安慶集賢關實驗場植物成活情況統(tǒng)計Table 2. Statistics of plant survival in the Jixianguan test ground in Anqing

（1）復綠植物總體生長良好，不同時期調(diào)查植物平均成活率分別為：78%、64%。但不同類型植物成活情況有所差異，成活率由高到低依次為藤本、灌木、喬木。其中灌木成活率在80%以上，喬木的成活率整體不高，為45%左右，火炬樹、黑松的成活率最高，黃櫨、刺槐的成活率相對較低。

（2）前期調(diào)查存活時的植物部分在后期調(diào)查時后發(fā)現(xiàn)死亡現(xiàn)象，以喬木干枯死亡率最高，而灌木、草本基本存活。分析其原因：一是喬木要比灌木、草本植物生長需要消耗更多的水分和養(yǎng)分，而高陡巖質(zhì)邊坡部分種植孔內(nèi)所賦存的養(yǎng)分、水分有限；二是局部裂隙不發(fā)育，在雨季會導致種植孔內(nèi)長期積水，導致植物根系腐爛死亡。

3.2 植物長勢調(diào)查

（1）蕭縣鳳山試驗區(qū)。植物自栽種之后未進行養(yǎng)護工作，在夏季調(diào)查時，植被已自然生長了僅半年，成活植被長勢良好。但由于生態(tài)恢復年限較短，整體對巖壁的覆蓋程度并不是特別高。

（2）安慶集賢關試驗區(qū)。進行植物樣地調(diào)查，調(diào)查覆綠植物覆蓋程度、植株高度及基徑等生長指標，綜合反映植物生長狀況，通過調(diào)查適宜種植區(qū)內(nèi)喬灌木優(yōu)勢物種，可以為選擇適宜高陡巖質(zhì)邊坡上生長的植物提供依據(jù)，并驗證地境再造技術的可行性。

由于巖質(zhì)邊坡上水分、養(yǎng)分所限，加之前期植物生長年限較短與人為調(diào)查因素，植物長勢調(diào)查具有較大的不確定性。因此在種植兩年半后，2019 年4 月對安慶種植區(qū)進行植物長勢調(diào)查，運用樣方法在種植區(qū)巖壁左側(cè)選取調(diào)查面積為4 m×2 m 的樣方1，在中側(cè)下層巖壁選取調(diào)查面積為4 m×2.5 m 的樣方2，測量統(tǒng)計樣方內(nèi)植物基徑、冠幅、高度等基本信息，描述其生長狀況。植物長勢統(tǒng)計情況如表3所示。

表3 安慶集賢關實驗場植物樣方調(diào)查情況統(tǒng)計Table 3. Statistics of plant quadrat conditions in the Jixianguan test ground, Anqing

經(jīng)野外實地調(diào)查，實驗場種植區(qū)存活植物整體長勢良好。經(jīng)統(tǒng)計整理植物長勢情況可知，連翹、迎春、金銀花等灌木植物生長有一定規(guī)模，平均高度為68.3 cm；火炬樹、刺槐、黑松等喬木平均高度為63 cm，較灌木植株相對矮小。結(jié)合成活率變化情況，分析這是由于喬木要比灌木、草本植物發(fā)芽生長需要消耗更多的水分和養(yǎng)分，植物受到脅迫導致生長速率減慢，植株個體矮小生長緩慢。

3.3 生境條件對比研究

通過分析皖北、沿江氣象水文、邊坡坡度、地層巖性、裂隙發(fā)育、植物種類及種植情況之間關系，分析生境條件及植物成活率和植物長勢關系，統(tǒng)計整理結(jié)果如表4所示。

表4 植物生境條件對比Table 4. Comparison of plant habitat conditions

通過對比研究分析，沿江地區(qū)與皖北地區(qū)相比，降水量大、平均氣溫高、裂隙較發(fā)育、太陽輻射少、立地條件復雜；兩個地區(qū)藤本植物成活率均在90%以上，沿江地區(qū)灌木成活率較皖北地區(qū)高，達到80%以上，而喬木成活率均較差，在45%左右。由此可以看出，植被成活率與巖體的裂隙率、大氣降水、溫度和植物種類、養(yǎng)分等有關。因此，考慮到復綠的永久性和季節(jié)性，應多考慮常綠且復綠效果好的藤本和灌木植物，適當栽植本地喬木類物種。

4 結(jié)論

影響礦山高陡巖質(zhì)邊坡復綠條件的因素眾多，溫度、降水量、巖體裂隙和植物種類等都會對植物復綠效果產(chǎn)生影響，經(jīng)過對比研究得出以下結(jié)論：

（1）降水量大、溫度高、裂隙較發(fā)育地區(qū)生境條件較好，適合植物生長，復綠效果較好。

（2）沿江降雨量與溫度等生境條件更利于植物生長，其共同點是復綠植物中灌木、藤蔓和草本優(yōu)于喬木，在高陡巖質(zhì)邊坡優(yōu)先選擇藤本和灌木進行復綠，可適當選擇本地喬木。

（3）高陡巖質(zhì)邊坡植物地境再造技術適合我省灰?guī)r裂隙發(fā)育地區(qū)進行復綠，可在環(huán)境相近地區(qū)采用該項技術。