遼西半干旱地區(qū)矸石廢棄地造林樹種篩選

楊森

（阜新市林業(yè)局，遼寧 阜新 123000）

廢棄地主要是指大量的礦物開采而造成的表土被剝離，地下開采出的廢石及低品位礦石堆積在地表，從而形成的大面積由廢石堆積而成的廢地，這些廢棄物顆粒直徑比較大，短時(shí)間內(nèi)很難風(fēng)化［1］。這里以煤矸石為例，煤矸石簡稱矸石，是在煤炭開采、洗選及加工過程中產(chǎn)生的與煤層伴生的各種含碳量低、堅(jiān)硬的黑色或黑灰色巖石，屬于煤礦的固體廢棄物。在煤炭開采、洗選、加工過程中均會(huì)排出煤矸石，其排放率隨煤的品種、產(chǎn)地的不同而變化，一般其排放量為原煤產(chǎn)量的10%～30%。排放出的大量煤矸石不斷堆積，形成矸石廢棄地。廢棄地的立地條件極為惡劣，由于缺乏土壤基本結(jié)構(gòu)，養(yǎng)分貧瘠、極端酸堿性、重金屬元素含量較高、種子庫缺失等原因，植被的自然恢復(fù)是非常緩慢的［2］。矸石廢棄地造林樹種篩選是一個(gè)復(fù)雜的問題，其理論基礎(chǔ)是恢復(fù)生態(tài)學(xué)。選擇適宜的造林樹種就成為礦區(qū)土地植被恢復(fù)成功的關(guān)鍵［3］，尤其對(duì)于煤矸石廢棄地這樣特殊的立地條件更是如此，適宜植被恢復(fù)的樹種應(yīng)具有抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)、耐干旱、耐高溫灼熱、耐瘠薄、耐鹽堿、抗污染、抗毒害、速生、根系發(fā)達(dá)以及改土作用強(qiáng)等，并且同等條件下應(yīng)優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土植物種［4］。本研究旨在對(duì)遼西半干旱地區(qū)不同類型礦山廢棄地進(jìn)行全面踏查基礎(chǔ)上，選擇阜新、朝陽北票、葫蘆島南票區(qū)主要廢棄地為研究對(duì)象，通過在不同排放年齡廢棄地進(jìn)行人工栽植鄉(xiāng)土樹種，科學(xué)地配置造林模式，然后對(duì)鄉(xiāng)土樹種造林試驗(yàn)形成的人工植被進(jìn)行生長狀況調(diào)查進(jìn)而篩選出適宜相應(yīng)礦山廢棄地的適生樹種，供不同類型礦山廢棄地推廣應(yīng)用。

1 研究區(qū)概況

阜新市地處遼寧省西北部，北臨科爾沁沙地，東接遼河平原，西靠熱河山地，為遼河與大凌河流域上中游淺山丘陵區(qū)。海拔192～293m，屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量480mm，降水集中于7—9月，占全年降水量的70%。年平均蒸發(fā)量1 800mm，年平均氣溫7.3℃，相對(duì)濕度59%，無霜期156d?！?0℃的積溫3 341.4℃，全年日照時(shí)數(shù)為2 621.7h。年平均風(fēng)速2.8m·s－1。地帶性土壤為風(fēng)沙土、淋溶褐土、褐土性土，土層較薄。當(dāng)?shù)孛喉肥慕M成主要是粉砂巖、礫巖、煤頁巖和泥巖等巖石成分。植被屬華北、蒙古和長白山三大植物區(qū)系的交匯地帶，分布著中旱生的草本和灌木，如荊條（Vitexchinensisvar.heterophylla）、虎榛子（Ostryopsisdavidiana）等，旱生植物如興安胡枝子（Lespedezadavurica）、多葉隱子草 （Cleistogenes polyphylla）等，耐旱植物紫菀（Astertataricus）、羊草（Leymuschinensis）等［1］。

2 研究材料

2.1 研究材料

2.1.1 阜新海州區(qū)高德矸石廢棄地 于2000年栽植沙棗、沙棘、紫穗槐，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50cm×50cm×40cm）。于2005年栽植白榆。

2.1.2 阜新海州南緣第一臺(tái)階 于2003年栽植白榆，株行距均為2m×3m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm），每穴換土15kg。沙棗、沙棘、紫穗槐，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.3 朝陽北票市大黑山林場金礦堆積物 于2003年栽植錦雞兒，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.4 朝陽北票市大黑山林場三道渠鐵礦廢棄地于2002年栽植沙棘，株行距1.0m×1.5m，穴狀整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.5 阜新太平區(qū)孫家灣矸石廢棄地 于2003年栽植白榆、刺槐，株行距均為2.0m×3.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm），每穴換土15kg。錦雞兒、紫穗槐，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50 cm×50cm×40cm）。

2.1.6 葫蘆島南票區(qū)矸子山 于2002年栽植白榆、臭椿、火炬樹，2～3年生營養(yǎng)杯或是用大塑料袋裝滿2～3kg土造林，株行距均為2.0m×3.0 m。紫穗槐，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50 cm×50cm×40cm）。

2.1.7 阜新海州南緣排土場第三臺(tái)階 于2002年栽植白榆、側(cè)柏（營養(yǎng)缽）、火炬樹（2年生苗）、刺槐、楊樹，株行距均為2.0m×3.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm），每穴換土15kg。

2.1.8 朝陽北票市小紅石砬鐵礦堆積物 于2000年裸根塑料袋栽植2年生側(cè)柏、樟子松，株行距均為2.0m×3.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm）。

2.1.9 阜新新邱區(qū)勝利村煤礦矸石廢棄地（客土）于2005年進(jìn)行了客土復(fù)墾，客土厚度60cm，栽植楊樹、白榆、刺槐，株行距為2.0m×2.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm）。

2.1.10 阜新新邱區(qū)露天礦矸石廢棄地 于2005年栽植刺槐、榆樹、火炬樹，臭椿、側(cè)柏（營養(yǎng)缽大苗）株行距為2.0m×3m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm），每穴換土15kg。紫穗槐、錦雞兒，株行距為1.0m×1.5m，穴狀整地（50cm×50cm×40 cm）。

2.1.11 朝陽北票市大黑山林場金礦堆積物（2）于2003年栽植臭椿、側(cè)柏，樟子松、火炬，株行距均為2.0m×3.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60 cm），每穴換土15kg。

2.1.12 朝陽北票市大黑山林場三道渠鐵礦廢棄地于2002年?duì)I養(yǎng)杯造林，樹種樟子松、臭椿，林下紫花苜蓿。于2000年裸根塑料袋栽植2年生側(cè)柏、旱柳，株行距均為2.0m×3.0m，穴狀整地（60cm×60cm×60cm）。

3 研究方法

利用土壤物理性質(zhì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行層次聚類分析，以排矸年齡為劃分界限，劃分為不同矸石廢棄地類型，通過不同類型的礦區(qū)廢棄地造林試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)地實(shí)地調(diào)查，分別對(duì)人工栽植樹種進(jìn)行生長狀況及生長量調(diào)查。

4 結(jié)果與分析

4.1 不同年齡矸石廢棄地立地類型劃分

把矸石廢棄地按土壤物理性質(zhì)聚類，以排矸年齡為劃分界限，可以劃分為以下4個(gè)類型［5］：

Ⅰ類：廢棄年限在7年以內(nèi)的矸石山（阜新海州區(qū)高德矸石廢棄地、阜新海州南緣第一臺(tái)階、朝陽北票市大黑山林場金礦堆積物、朝陽北票市大黑山林場三道渠鐵礦廢棄地）；

Ⅱ類：廢棄年限在8～20年之間的矸石山（阜新太平區(qū)孫家灣矸石廢棄地、葫蘆島南票區(qū)矸子山）；

Ⅲ類：廢棄年限在21～40年之間的矸石山（阜新海州南緣排土場第三臺(tái)階、朝陽北票市小紅石砬鐵礦堆積物（排土場））；

Ⅳ類：廢棄年限在41年以上的矸石山（阜新新邱區(qū)勝利村礦矸石廢棄地（客土）、阜新新邱區(qū)露天礦矸石廢棄地）。

4.2 Ⅰ類矸石廢棄地造林樹種成活率與保存率

在Ⅰ類矸石廢棄地上，由于自然環(huán)境較差，停止排矸年限較短，土壤風(fēng)化程度弱，不太適宜大喬木生長，只能適宜一些旱生的灌木樹種［6，7］。不同樹種在Ⅰ類矸石廢棄地造林其存活率有較大差異，調(diào)查結(jié)果見圖1。

圖1 Ⅰ類矸石廢棄地不同造林樹種成活率與保存率

從圖1中可以看出，紫穗槐、錦雞兒、白榆在Ⅰ類立地類型上的成活率和保存率顯著高于其他造林樹種，這證實(shí)紫穗槐、錦雞兒、白榆在早期自然選擇時(shí)期是理想的先鋒樹種，隨著廢棄地年齡的增加，始終有著較高的造林成活率和保存率，可以說明紫穗槐、錦雞兒、白榆是各類型廢棄地的造林先鋒樹種。而沙棘、沙棗在Ⅰ類矸石廢棄地上的成活率明顯低于紫穗槐、錦雞兒、白榆。對(duì)于灌木造林樹種的造林成活率、保存率經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，紫穗槐、錦雞兒在Ⅰ類矸石廢棄地上的成活率明顯高于其他灌木樹種，可以看出紫穗槐是較好的灌木先鋒造林樹種，適應(yīng)性較高。而同樣是豆科的錦雞兒成活率也較高，說明豆科樹種在廢棄年限較短的廢棄地上都有較強(qiáng)的適應(yīng)性［8］，可作為先鋒造林樹種選擇的參考條件。綜合以上樹種的成活率、保存率得出：Ⅰ類矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)樽纤牖保惧\雞兒＞白榆＞沙棘＞沙棗。

4.3 Ⅱ類矸石廢棄地造林樹種成活率與保存率

在Ⅱ類立地類型上不同造林樹種成活率、保存率見圖2。

圖2 Ⅱ類矸石廢棄地不同造林樹種成活率與保存率

與圖1數(shù)據(jù)對(duì)比，在Ⅱ類矸石廢棄地上，由于自然環(huán)境仍然較差，隨著廢棄年限的增加，造林成活率、保存率也呈現(xiàn)出相應(yīng)的提高趨勢［9］。由于廢棄年限增加，矸石廢棄地土壤風(fēng)化程度高，各種養(yǎng)分條件已接近成土母質(zhì)的養(yǎng)分水平，已適宜造林［10］。從圖2可以看出，紫穗槐、錦雞兒灌木樹種的成活率分別為90.12%、89.43%，較Ⅰ類立地類型上略有提高，并保持著較高水平。而對(duì)于喬木樹種火炬樹、臭椿、白榆、刺槐的成活率分別為86.3%、85.3%、85.05%、85.01%，保存率分別為85.2%、85.01%、83.03%、82.44%。從成活率和保存率上看，總體上灌木樹種的成活率和保存率要高于喬木樹種。說明隨著廢棄地廢棄時(shí)間的增加和土壤風(fēng)化程度的加大，更適宜灌木樹種的成活、生長。經(jīng)分析，紫穗槐、錦雞兒在Ⅰ、Ⅱ立地類型上的保存率都在89%以上，并與其他灌木、喬木造林樹種的成活率、保存率呈顯著差異，可見紫穗槐、錦雞兒是很好的矸石廢棄地上造林樹種。各造林樹種成活率、保存率排序?yàn)樽纤牖保惧\雞兒＞火炬樹＞臭椿＞白榆＞刺槐。

4.4 Ⅲ類矸石廢棄地造林樹種成活率與保存率

在Ⅲ類矸石廢棄地造林其存活率有較大差異，調(diào)查結(jié)果見圖3。

圖3 Ⅲ類矸石廢棄地不同造林樹種成活率與保存率

從圖3中可以看出，火炬樹、臭椿、刺槐在Ⅲ類立地類型上的成活率和保存率顯著高于其他造林樹種，這證實(shí)火炬樹、臭椿、刺槐較適于Ⅲ類矸石廢棄地立地條件，隨著廢棄地年齡的增加，始終有著較高的造林成活率和保存率。而樟子松、側(cè)柏、楊樹及白榆在Ⅲ類矸石廢棄地上的成活率明顯低于火炬樹、臭椿、刺槐?；鹁鏄?、臭椿、刺槐可作為Ⅲ類矸石廢棄地優(yōu)選造林樹種。綜合以上樹種成活率、保存率得出對(duì)Ⅲ類矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)榛鹁鏄洌境舸唬敬袒保景子埽緱顦洌緜?cè)柏＞樟子松。

4.5 Ⅳ類矸石廢棄地造林樹種成活率與保存率

圖4 Ⅳ類矸石廢棄地不同造林樹種成活率與保存率

從圖4可以看出：刺槐、火炬樹、楊樹、旱柳在Ⅳ類地型上成活率和保存率顯著高于其他造林樹種，這說明此3種樹種是該類地區(qū)理想的造林樹種，如果再綜合地理景觀、美化環(huán)境等方面的要求，樟子松、側(cè)柏也是可以優(yōu)先考慮的樹種，因?yàn)樗鼈兊哪透珊怠⒛惋L(fēng)沙性能較之楊樹要強(qiáng)一些。確定Ⅳ類地區(qū)矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)椋夯鹁鏄洌境舸唬敬袒保緱顦洌竞盗景子埽緜?cè)柏＞樟子松。

5 結(jié)論

5.1 通過對(duì)不同排放年齡的矸石廢棄地土壤物理性質(zhì)分析，應(yīng)用聚類分析，以年齡為劃分界限，將矸石廢棄地劃分為4個(gè)階段：Ⅰ類，阜新海州區(qū)高德矸石廢棄地、阜新海州南緣第一臺(tái)階、朝陽北票市大黑山林場金礦堆積物、朝陽北票市大黑山林場三道渠鐵礦廢棄地；Ⅱ類，阜新太平區(qū)孫家灣矸石廢棄地、葫蘆島南票區(qū)矸子山；Ⅲ類，阜新海州南緣排土場第三臺(tái)階、朝陽北票市小紅石砬鐵礦堆積物（排土場）；Ⅳ類，阜新新邱區(qū)勝利村礦矸石廢棄地（客土）、阜新新邱區(qū)露天礦矸石廢棄地。

5.2 確定Ⅰ類矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)樽纤牖保惧\雞兒＞白榆＞沙棘＞沙棗。在Ⅱ類矸石廢棄地上，各造林樹種成活率、保存率排序?yàn)樽纤牖保惧\雞兒＞火炬樹＞臭椿＞白榆＞刺槐。Ⅲ類矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)榛鹁鏄洌境舸唬敬袒保景子埽緱顦洌緜?cè)柏＞樟子松。Ⅳ類地區(qū)矸石廢棄地適宜的造林樹種排序?yàn)椋夯鹁鏄洌境舸唬敬袒保緱顦洌竞盗景子埽緜?cè)柏＞樟子松。

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