尾礦庫不同恢復(fù)措施對(duì)爬地柏生長及生理生化特性的影響1)

葉彥輝 韓艷英 張涪平

(西藏農(nóng)牧學(xué)院，林芝，860000)

爬地柏 (Sabinaprocumbens(Endl.)Iwata et Kusaka)屬柏科刺柏屬，陽性樹種，具有耐寒、耐干旱的特性，可以用于防風(fēng)固沙、水土保持、城市綠化及生態(tài)造林［1］，是西藏植被恢復(fù)的首選灌木良種。對(duì)爬地柏的研究目前主要集中在扦插繁育上［2］，而對(duì)其生理生化特性的研究還未見報(bào)道。環(huán)境與發(fā)展，是當(dāng)前國際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問題，礦產(chǎn)資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要生產(chǎn)資料之一，礦業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了能源和原材料［3-7］。礦業(yè)開發(fā)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，但是，礦山開采長期占用、破壞、污染土地，改變了區(qū)域水熱結(jié)構(gòu)，破壞了動(dòng)植物區(qū)系，引發(fā)一系列社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)此必須有充分認(rèn)識(shí)并要尋找妥善的解決辦法。拉屋礦是以銅、鉛、鋅為主的典型矽卡巖型多金屬礦，礦區(qū)土壤己經(jīng)受到不同程度的Cd污染，影響植物的生長和發(fā)育，土壤有機(jī)質(zhì)含量比較低，肥力低，保水性差，冬春季節(jié)降水量很少，一般只占年降水量的20%以下［8］，這些是礦山廢棄地植被恢復(fù)的主要困難。目前，國內(nèi)對(duì)礦山廢棄地的研究大多集中在生態(tài)恢復(fù)的引種方法、栽植技術(shù)以及工程措施方面［9-13］，而對(duì)恢復(fù)過程中植被生長狀況的研究很少。在拉薩當(dāng)雄拉屋礦山通過采用不同恢復(fù)措施進(jìn)行爬地柏種植試驗(yàn)，研究爬地柏在該尾礦庫的生長狀況和生長適應(yīng)性，以期為尾礦庫廢棄地的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)指導(dǎo)，為今后礦區(qū)治理工作提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

拉屋礦(Cu-Zn-Pb礦)地處當(dāng)雄縣，陽坡地面，地理坐標(biāo)：東經(jīng)：91°39'21.8″～91°43'8.8″;北緯 30°26'33.9″～30°28'41.7″，屬藏北高原與藏東高山峽谷結(jié)合地帶的高原山區(qū)。礦山工作區(qū)海拔高度4 360～5 464 m，相對(duì)高差1 100 m左右，坡度在30°以上。礦區(qū)面積3.70 km2，開采范圍 0.75 km2。礦區(qū)內(nèi)主要河流是拉屋河，為常年性河流，屬雅魯藏布江水系。該區(qū)氣候?qū)俑咴瓉喓畮О敫珊怠霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，無霜期3個(gè)月，多大風(fēng)、冰雹，氣候干燥寒冷，冬春多雪，長冬無夏。年日照時(shí)數(shù)2 405.2～2 866.2 h。6—8月降水集中，年降水量406～695 mm。屬典型的高寒草甸類草地，主要植物有矮生嵩草(Kobresiahumilis)、西藏嵩草(KobresiatibeticaMaxim)、西藏苔草(CarexthibeticaEr-anch)、紫羊茅(Festuca rubraL.)、垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb.)、高山柳(SalixcuplarisRehd.)、高山小檗(BerberisalpicolaSchneid)、狼毒(StellerachamejasmeL.)、小葉杜鵑(RhododendroncapitatumMaxim)、爬地柏(Sabina procumbens(Endl.)Iwata et Kusaka)和三顆針(BerberissargentianaSchneid)。

2 研究方法

2.1 材料與處理

2009年4月在拉薩當(dāng)雄拉屋礦山尾礦庫進(jìn)行植被恢復(fù)，設(shè)置不同恢復(fù)措施：客土+雞蛋框(在穴底部先鋪設(shè)雞蛋框，然后在雞蛋框上面鋪10～15 cm客土)、客土+保水劑(在穴內(nèi)鋪設(shè)10～15 cm客土，撒入0.1%的保水劑與之拌勻)、客土+保水劑+羊糞(在穴內(nèi)鋪設(shè)10～15 cm客土，撒入0.1%的保水劑，加入15%的羊糞充分拌勻)、客土+雞蛋框+羊糞(穴底部先鋪設(shè)雞蛋框，然后在雞蛋框上面鋪10～15 cm客土，加入15%的羊糞充分拌勻)、客土+雞蛋框+保水劑(在穴底部先鋪設(shè)雞蛋框，然后在雞蛋框上面鋪10～15 cm客土，撒入0.1%的保水劑與之拌勻)、客土+雞蛋框+保水劑+羊糞(在穴底部先鋪設(shè)雞蛋框，然后在雞蛋框上面鋪10～15 cm客土，撒入0.1%的保水劑，加入15%的羊糞充分拌勻)和對(duì)照(未作處理)7種處理，3個(gè)重復(fù)，30株為一個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)中所用雞蛋框?yàn)槠胀ㄤ從┲瞥?，具有吸水、保濕、防滲漏的作用，而且在密封穴內(nèi)1～2 a內(nèi)完全腐爛分解。按照不同恢復(fù)措施進(jìn)行爬地柏造林試驗(yàn)，每種措施種植200株，采用穴植，規(guī)格40 cm×40 cm，株行距3 m×2 m，定期觀測成活率、生長情況。2010年5月在拉屋尾礦庫進(jìn)行采樣，每個(gè)小區(qū)內(nèi)選擇3株爬地柏，采集新鮮葉片，葉片在液氮中迅速冷凍帶回實(shí)驗(yàn)室，然后置于冰箱中-70℃保存待測生理指標(biāo)。

2.2 測定指標(biāo)及方法

用直尺及游標(biāo)卡尺調(diào)查全部爬地柏的苗高、地徑和冠幅(測量東西冠幅和南北冠幅，取其平均值);相對(duì)含水量和水分飽和虧采用烘干法測定，稱鮮葉質(zhì)量后用蒸餾水浸泡24 h，然后稱飽和鮮葉質(zhì)量，最后在105℃下烘8 h后(達(dá)到恒質(zhì)量)稱干質(zhì)量。相對(duì)含水量=(鮮葉質(zhì)量-干質(zhì)量)/(飽和鮮葉質(zhì)量-干質(zhì)量)×100%，水分飽和虧=(1-相對(duì)含水量)×100%;脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用磺基水楊酸提取茚三酮顯色法測定;葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用丙酮浸提法測定;可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用恩酮比色法測定;丙二醛摩爾質(zhì)量濃度采用硫代巴比妥酸法測定［14-15］。

2.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel2003和SPSS17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，n=3，并采用單因素方差分析(Oneway ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同處理組間的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同處理下爬地柏苗木的生長狀況

不同處理均可以提高爬地柏的苗高和地徑生長，其中，不同處理下苗高由高到低依次為處理6、處理5、處理4、處理3、處理2、處理1，與對(duì)照相比，分別增加了 100.99%、87.91%、56.59%、34.62%、20.33%、7.14%。不同處理下地徑由高到低依次為處理6、處理4、處理5、處理 3、處理 2、處理 1，與對(duì)照相比，分別增加了 49.23%、45.45%、34.82%、27.96%、3.60%、3.09%。不同處理下冠幅由高到低依次為處理6、處理5、處理4、處理3、處理2、處理1，與對(duì)照相比，分別增加了 102.31%、86.57%、76.85%、59.72%、42.59%、19.91%。由表 1 可知，不同處理下爬地柏苗高、地徑和平均冠幅與對(duì)照均差異顯著(P＜0.05)，表明不同處理均可促進(jìn)苗木的生長，其中處理6效果最好，苗高、地徑、平均冠幅分別為36.58 cm、8.70 mm、21.85 cm。

表1 不同處理下爬地柏的苗高、地徑和平均冠幅

3.2 不同處理對(duì)爬地柏生理生化指標(biāo)的影響

對(duì)葉片水分飽和虧和相對(duì)含水量的影響：水分飽和虧表示了植物達(dá)到充分飽和狀態(tài)所需要的水量，在相同的水分條件下，植物的水分虧越小，表明其受旱程度越小，抗旱能力越強(qiáng)［16］。相對(duì)含水量和水分飽和虧比單純的含水量更能較為敏感地反映植物水分狀況的改變，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。由表2可知，不同處理的組織相對(duì)含水量與對(duì)照相比差異顯著(P＜0.05)，且均高于對(duì)照，而不同處理間差異不明顯。其組織水分飽和虧除了處理4與處理5外差異都顯著(P＜0.05)且低于對(duì)照。不同處理措施對(duì)苗木保持水分起到了不同的作用，處理6措施下葉片的相對(duì)含水量為82.11%，比對(duì)照提高了54.37%，處理1、處理2、處理3、處理4、處理5也分別比對(duì)照提高了15.02%、20.23%、26.75%、33.69%、37.56%。說明不同處理措施均能夠增加爬地柏土壤的含水量，使其受旱程度減小，抗旱能力增強(qiáng)。

表2 不同處理下爬地柏的生理生化指標(biāo)

對(duì)葉綠素的影響：葉片葉綠素含量的高低可直接反映植物對(duì)干旱脅迫的抵抗能力，通過測定葉綠素含量的變化可以判斷植物抗旱性的強(qiáng)弱，通過葉綠素含量的變化也可反映植物生長環(huán)境的優(yōu)劣［17］。由表2可以看出，爬地柏在不同處理下，植物的葉綠素a、b質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照相比差異極顯著(P＜0.01)且高于對(duì)照，以處理6增加最多，每克新鮮葉片中葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)為51.55 mg/g，比對(duì)照提高了257.49%，葉綠色b為20.44 mg/g，比對(duì)照提高了272.31%。總體看來，不同處理措施都能促進(jìn)植物的生長，提高葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，尤以處理6效果最好。

對(duì)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響：可溶性糖是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在干旱脅迫環(huán)境里，植物體內(nèi)可溶性糖含量的變化在一定程度上能反映其對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力。由表2可知，在不同的處理?xiàng)l件下，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照相比都有不同程度的減少，差異均顯著(P＜0.05)，這說明不同的措施對(duì)苗木生長環(huán)境起到了不同的改良作用。處理6既保證了土壤水分，同時(shí)又增加了土壤中養(yǎng)分含量，因此，苗木生長良好，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，而對(duì)照組由于苗木比較干旱、養(yǎng)分不充足，其可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于其它處理。

對(duì)丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的影響：有研究認(rèn)為，丙二醛質(zhì)量摩爾濃度與植物抗旱性密切相關(guān)，即丙二醛質(zhì)量摩爾濃度大量增加時(shí)，植物體內(nèi)細(xì)胞受到較嚴(yán)重的破壞。由表2可以看出，不同處理葉片中的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度顯著低于對(duì)照(P＜0.05)，說明各處理措施下，爬地柏生長良好，沒有受到干旱脅迫，以處理6的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度最低，效果最明顯。

對(duì)游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響：植物在正常條件下，游離脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低，但在干旱脅迫下，植物體內(nèi)脯氨酸合成增加或分解代謝減少，逆境條件下植物體內(nèi)大量積累脯氨酸，細(xì)胞內(nèi)脯氨酸水平提高。由表2可知，不同處理均會(huì)引起爬地柏脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降。在沒有任何處理措施下，由于尾礦庫條件惡劣，一方面容易造成干旱，另外土壤養(yǎng)分也得不到改善，因此，苗木生長受到脅迫，表現(xiàn)為脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(6.8μg/g)，分別比處理1、處理2、處理3、處理4、處理5、處理6高出33.86%、55.25%、178.69%、226.92%、248.72%、368.97%。

4 結(jié)論與討論

礦山尾礦庫土地恢復(fù)是一個(gè)涉及生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)、植物生理學(xué)等多種學(xué)科、多種約束條件的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)其恢復(fù)利用方式要進(jìn)行系統(tǒng)和綜合分析，多方案比較，才能選擇恰當(dāng)?shù)姆绞?，取得較好的效果。在西藏當(dāng)雄拉屋礦山尾礦庫進(jìn)行的爬地柏栽植試驗(yàn)表明，采用客土+雞蛋框、客土+保水劑、客土+保水劑+羊糞、客土+雞蛋框+羊糞、客土+雞蛋框+保水劑、客土+雞蛋框+保水劑+羊糞等恢復(fù)措施對(duì)植物的生長以及葉片生理特性有著明顯改變。爬地柏葉片的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相對(duì)含水量與對(duì)照相比都有所提高，丙二醛摩爾質(zhì)量濃度、可溶性糖和脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對(duì)照相比都有所降低。在不同處理下，苗高、地徑和冠幅都有了不同程度的提高，其中“客土+雞蛋框+保水劑+羊糞”處理下效果最優(yōu)。說明采用不同的處理措施改良了爬地柏的生長環(huán)境，一方面增加了土壤的養(yǎng)分，另一方面增加了土壤含水量，促進(jìn)了植被的生長。在今后的礦山廢棄地恢復(fù)中要推廣這些技術(shù)，為植被恢復(fù)提供良好的技術(shù)支撐。通過研究尾礦庫廢棄地植被生長規(guī)律，可為今后通過對(duì)植被演替階段的人工模仿和控制、加快植被恢復(fù)的速度提供技術(shù)支持。

尾礦庫廢棄地植被恢復(fù)研究具有很強(qiáng)的區(qū)域性，研究結(jié)果會(huì)因所選擇研究區(qū)域的不同而不同，而且礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)類型多樣、退化程度與退化原因各異，其恢復(fù)過程中生物多樣性的變化規(guī)律、功能和作用機(jī)制也不同。植被的恢復(fù)以及整地方式對(duì)尾礦庫廢棄地的土壤狀況有明顯影響，對(duì)于不同的植被恢復(fù)目標(biāo)，應(yīng)采取不同的植被恢復(fù)模式和整地方式。因此，今后需要對(duì)不同區(qū)域礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)做更深入地研究，從而制定科學(xué)的礦業(yè)廢棄地退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)措施和生物多樣性保護(hù)措施。本研究表明6種恢復(fù)措施在一定程度上改善了爬地柏的生長環(huán)境，提高了土壤的水分含量，但筆者僅對(duì)爬地柏1個(gè)樹種進(jìn)行了研究，試驗(yàn)對(duì)象受到限制，這6種恢復(fù)措施對(duì)其它樹種是否有同樣的效果，有待于進(jìn)一步深入研究。

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