小秦嶺金礦區(qū)邊坡不同植被組合類型修復(fù)效果分析*

胡啟立,余潔,董帥偉,趙河,趙勇,張志銘,劉雅辰,趙琛迪

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,河南 鄭州450002;2.小秦嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局,河南 三門峽472000)

采礦行業(yè)為社會(huì)生產(chǎn)和生活提供基本能源和原材料[1],然而,礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)造成大面積國(guó)土生態(tài)破壞和嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題[2]。例如,由于采礦所產(chǎn)生的廢渣就近處理,形成大量高陡石質(zhì)邊坡,容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害;由于植被裸露,冬春季揚(yáng)沙起塵,夏秋季水土流失;還會(huì)出現(xiàn)雨水?dāng)y帶廢渣中的重金屬元素污染周圍土壤[3]。因此,改善邊坡植被生長(zhǎng)狀況、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)平衡是當(dāng)前礦山生態(tài)修復(fù)中日趨緊迫的問(wèn)題。

對(duì)礦區(qū)邊坡采用生態(tài)措施進(jìn)行修復(fù)具有成本較低、后期維護(hù)較少、環(huán)境效益突出等優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于各種邊坡修復(fù)中。以往對(duì)生態(tài)恢復(fù)效果的研究多集中在物種多樣性、植被豐富度、根系生物量或某一單一指標(biāo)等方面[4-6],而通過(guò)水土保持率、植被蓋度、空氣質(zhì)量、土壤養(yǎng)分含量、土壤重金屬含量等指標(biāo)共同反映不同植被組合下渣坡恢復(fù)效果的研究相對(duì)較少[7]。通過(guò)植被恢復(fù)能夠有效地消除山體景觀和揚(yáng)塵污染源頭,充分發(fā)揮植被的涵水、固土、滯塵等生態(tài)效能[8]。植被恢復(fù)過(guò)程中土壤理化因子與物種多樣性具有明顯的相關(guān)性,土壤養(yǎng)分含量與物種多樣性呈相似的變化趨勢(shì)[9]。不同植被類型對(duì)土壤金屬元素具有不同的富集機(jī)制和效果,植被恢復(fù)能夠調(diào)節(jié)土壤重金屬含量,解決土壤重金屬污染問(wèn)題[10]。以往噴播基質(zhì)技術(shù)、護(hù)坡鑿孔技術(shù)、特殊材料網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)等[11]方法初期效果較好,后期就會(huì)出現(xiàn)衰退跡象,難以達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)平衡的效果[12]?？偨Y(jié)其中原因,一是物種選擇不是當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)植被物種;二是物種過(guò)于單一,缺少物種間搭配,不利于生態(tài)系統(tǒng)的平衡構(gòu)建;三是生境基質(zhì)涵養(yǎng)水肥能力缺乏持續(xù)性,且與物種適合度較低;這就要求我們不但栽種植物,還應(yīng)該進(jìn)行合理配置,建立穩(wěn)定的植物群落,恢復(fù)健康的生態(tài)系統(tǒng)[13]。

小秦嶺礦區(qū)為中國(guó)的主要黃金生產(chǎn)區(qū)之一,然而過(guò)度開采很容易給當(dāng)?shù)厣稚鷳B(tài)帶來(lái)?yè)p害[14]。目前小秦嶺地區(qū)堆放廢棄礦渣約2×107-3×107t,渣坡占地面積約153hm2,殘?jiān)泻蠵b、Cu、Cr和其他重金屬,在風(fēng)力搬運(yùn)和雨水沖刷共同作用下進(jìn)入周圍農(nóng)田與河流,對(duì)周圍環(huán)境與安全危害巨大[15]。為了在小秦嶺地區(qū)建立穩(wěn)定的植物群落,加快當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)恢復(fù),保障地區(qū)生態(tài)平衡,本研究以小秦嶺金礦區(qū)渣礦邊坡退化生態(tài)環(huán)境為背景,采用客土法對(duì)邊坡進(jìn)行植被修復(fù),對(duì)5種植被組合修復(fù)模式的恢復(fù)效果進(jìn)行詳細(xì)比較分析,為采礦區(qū)邊坡生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于小秦嶺金礦主產(chǎn)區(qū),該區(qū)橫跨豫、陜兩省,包括河南省靈寶市、陜西省潼關(guān)縣和洛南縣 (34°23′-34°31′N,110°23′-110°44′E), 面積約1 500km2,地勢(shì)由北向南逐漸升高,其主峰老鴉岔垴為河南省最高峰,海拔2 413.8m。小秦嶺地區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候,年平均氣溫13.8℃,年際變化在±9℃之間。全年日平均≥10℃的植物生長(zhǎng)活躍期積溫為3 500-4 700℃,年平均日照時(shí)數(shù)2 278h,日照率為51%,降水多集中在7-9月,占全年降水量的50.8%,且多為暴雨。土壤類型以褐土和棕壤為主,高海拔地區(qū)伴有少量山地草甸土。研究區(qū)植被主要以當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土優(yōu)勢(shì)樹種為主,其中喬木主要有秦嶺冷杉 (Abies chensiensis)、白皮松 (Pinus bungeana)、栓皮櫟 (Quercus variabilis)、 側(cè)柏 (Platycladusorientalis)、 旱柳(Salixmatsudana)、 山毛桃 〔Prunusdavidiana(Carr.)Franch.〕、 刺槐 (Robinia pseudoacacia)等;灌木主要有荊條 (Vitex negundo var.heterophylla)、酸棗 (Ziziphus jujuba var.spinosa)、珍珠梅 (Sorbaria sorbifolia)、紫穗槐 (Amorpha fruticosa)等;草本植物主要有牛筋草 (Eleusine indica)、高羊茅 (Festuca elata)、貓尾草 (Uraria crinita)等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品采集

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用野外調(diào)查取樣與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,于2016年8月,在保護(hù)區(qū)主峰老鴉岔垴選取客土來(lái)源一致的5種植被類型樣地,樣地中樣方大小為20m×20m,分別為:T0空白裸地對(duì)照、T1草本植被恢復(fù)類型、T2灌草組合恢復(fù)類型、T3喬灌草組合恢復(fù)類型、T4喬草組合恢復(fù)類型;每種類型樣地設(shè)置3個(gè)重復(fù),共15個(gè)樣地。樣地的海拔范圍為1 200-1 800m, 樣地坡度為 30°-40°。

各研究區(qū)水土保持率采用水土保持率計(jì)算公式求得,公式為,R(%)=f1P×f2Q①;P(%)=1-p/p0②;Q(%)=1-q/q0③。式中,R為水土保持率;Q為水保持率;P為土保持率;p為一定時(shí)期內(nèi)某次土壤侵蝕模數(shù);p0為對(duì)照地土壤侵蝕模數(shù);q為一定時(shí)期內(nèi)土壤徑流量;q0為一定時(shí)期內(nèi)降水量;f1為森林對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)的有益改造等;f2為森林對(duì)水環(huán)境的有益改造率等。f1、f2在具體測(cè)算中可以忽略不計(jì)。

研究區(qū)植被蓋度采用混合像元分解模型原理計(jì)算得出,其模型是假設(shè)植被單元和土壤單元共同組成一個(gè)像元,混合像元信息是由綠色植被信息和土壤成分信息共同組成,那么混合像元的植被指數(shù)值(VI)就為綠色植被成分和土壤成分指數(shù)值的加權(quán)平均和,而權(quán)重則為各部分在像元中的面積比例。VI=fveg×VIveg+(1-fveg) ×VIsoil④, 由④式可變換為:Fveg= (VI-VIsoil) /(VIveg-VIsoil)⑤,即為混合像元法求算植被覆蓋度的基本公式。

對(duì)空氣負(fù)氧離子含量使用DLY-3型空氣離子測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定,其最小檢測(cè)量為10個(gè)/cm3,最大檢測(cè)量為1.999×109個(gè)/cm3,為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,每天測(cè)量前都會(huì)對(duì)儀器進(jìn)行除潮處理,在每種樣地中選取具有典型立地條件的地方作為測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量過(guò)程中,待儀器讀數(shù)穩(wěn)定后,取儀器穩(wěn)定值作為測(cè)量值。每個(gè)樣地分早、中、晚3個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)時(shí)間點(diǎn)連續(xù)測(cè)量3次,每個(gè)樣地共9組數(shù)據(jù),每種植被組合共27組數(shù)據(jù),將其取均值后即為該植被組合樣地負(fù)氧離子測(cè)量的平均值。檢測(cè)空氣中PM2.5和PM10采用CW-HAT200手持式粉塵測(cè)試儀,檢測(cè)時(shí)間、頻率、地點(diǎn)與負(fù)氧離子相同,每組植被組合共27組數(shù)據(jù),將其取均值后即為該植被組合樣地PM2.5和PM10測(cè)量的平均值。

1.2.2 土樣采集與測(cè)定

采用S型取樣法選取5個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行取樣,使用洛陽(yáng)鏟從上往下垂直取土,取土深度為20cm,取土重量約1kg,裝入200mm×280mm自封袋中,密封保存,帶回實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行風(fēng)干脫水處理、研磨,為避免不同深度土壤養(yǎng)分和元素含量不同引起差異,在研磨后充分搖勻土樣,分別過(guò)20目、60目、100目篩,裝入新自封袋,重新編號(hào),以備檢測(cè)使用。

有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法(丘林法);堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;速效磷測(cè)定用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法;速效鉀采用NH4OAC浸提法測(cè)定[16]。土壤重金屬采用ICP-MS 7700x電感耦合等離子質(zhì)譜儀 (美國(guó)Agilent Technologies公司)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和圖表制作;利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行Duccan's方差分析 (ANOVA)(取顯著度a=0.05);利用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通用軟件CANOCO 5.0分析環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣地土壤理化性質(zhì)分析

由圖1可得,T1、T2、T3在有機(jī)質(zhì)含量上顯著高于T0,T0顯著低于其它處理。在堿解氮含量方面,T2和T3顯著高于其他處理,T0顯著低于其他處理,T2和T3差異不顯著,T1和T4差異不顯著。在速效磷含量方面,T2和T3顯著高于其他處理,T0顯著低于其他處理,T2和T3差異不顯著,T1和T4差異顯著。在速效鉀含量方面,T3顯著高于其他處理,T0顯著低于其他處理,T1、T2、T4沒有顯著性差異。

土壤中養(yǎng)分含量作為植物生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng),能夠維持植物必要的生命活動(dòng),而植物又以葉片和根系的形式將養(yǎng)分回饋土壤,從而提高土壤養(yǎng)分含量[17]。研究區(qū)不同植被恢復(fù)類型土壤養(yǎng)分含量均高于對(duì)照區(qū),且不同植被類型土壤之間存在差異。土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為地表植物凋落物,而凋落物的數(shù)量和質(zhì)量是影響土壤有機(jī)質(zhì)含量差異的主要因素[18-19]。從圖1可以得出,在對(duì)照區(qū)的基礎(chǔ)上,各個(gè)不同處理的樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量都有顯著增加,可見地表凋落物對(duì)有機(jī)質(zhì)的積累起重要作用。在不同處理的各樣地中,土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比情況為T2＞T3＞T4＞T1,即灌草組合高于其他組合的修復(fù)方式,草本修復(fù)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量最低,可能與2年期的樣地水土流失嚴(yán)重有關(guān),也可能是由于草本凋落物較少,不利于有機(jī)質(zhì)積累的關(guān)系,這與張廣才等[20]對(duì)毛烏素沙地的研究結(jié)果相似。

圖1 不同植被組合土壤養(yǎng)分變異Fig.1 Analysis of the difference of soil nutrient content in sample plots

土壤堿解氮、速效磷和速效鉀是對(duì)植物生長(zhǎng)有效的營(yíng)養(yǎng)元素,能夠較準(zhǔn)確地反映土壤中氮、磷和鉀元素的有效供應(yīng)情況[21]。T0-T4的堿解氮含量呈拋物線形狀,灌草和喬灌草組合樣地的土壤堿解氮含量顯著高于其他樣地,這可能與荊條灌木 “肥島效應(yīng)”的固氮作用有關(guān)[22];也說(shuō)明灌木在礦山邊坡植被修復(fù)的中前期能夠起到很好的過(guò)渡作用。對(duì)堿解氮提高效果較差的是喬草組合,但是提高比例也在30%以上。從改良速效磷來(lái)看,改良效果最好的是喬灌草模式,其次是灌草模式、喬草模式和草本模式。從改良幅度的角度來(lái)看,喬灌草模式和灌草模式對(duì)速效磷的改良效果顯著高于喬草模式和草本模式,前者速效磷含量都高于9mg/kg,而后者都低于5mg/kg。從速效鉀的改良效果來(lái)看,各種植被恢復(fù)模式都在對(duì)照區(qū)的基礎(chǔ)上有所改善,但喬草模式和喬灌草模式改良效果顯著好于其他模式,可能喬木對(duì)鉀含量有特殊的吸附和積累作用[23]。

2.2 土壤重金屬含量分析

從表1可以得出,在Cr含量方面,T0顯著高于其他處理,T2、T3顯著低于T0和T4;在Ni含量方面,T0顯著高于T1和T3,T2與T4差異性不顯著;在Cu、Zn含量方面,T0顯著高于T2和T3,但與T1和T4差異不顯著;在Pb含量方面,T0、T1顯著高于其他處理;在測(cè)試的5種元素中,除了在Ni含量上T2與T0差異不顯著外,T2、T3在其他重金屬元素上都顯著低于T0。

金礦區(qū)土壤重金屬污染主要有尾礦渣淋溶型和大氣沉降型[6],對(duì)礦區(qū)土壤的重金屬進(jìn)行富集的植物,首先要吸附大氣沉降中粉塵的重金屬元素,然后富集尾礦淋溶和土壤中固有的重金屬元素,才能達(dá)到有效減少土壤重金屬的目的。各邊坡樣地的覆土方式雖然是客土移植,但是土壤中重金屬含量依然較高。研究發(fā)現(xiàn),各不同處理樣地內(nèi)的土壤重金屬含量和空白對(duì)照區(qū)相比較,對(duì)照區(qū)在重金屬元素的含量上都高于其他處理區(qū)。Cr、Cu、Zn、Pb等元素所測(cè)的含量最低值都出現(xiàn)在T2中,尤其是對(duì)于Zn和Rb具有較強(qiáng)的吸附作用,僅有Ni元素的最低值出現(xiàn)在T3中,可見在2年期間邊坡植被修復(fù)中,灌草組合能夠起到降低土壤重金屬含量的效果,這是由于植物普遍具有耐重金屬機(jī)制,植物能夠主動(dòng)或被動(dòng)富集重金屬元素,將其囤積于組織內(nèi)外或轉(zhuǎn)移到地上[24]。從數(shù)據(jù)中可以得出Ni元素的最低值出現(xiàn)在喬灌草模式中,該模式的其他土壤重金屬元素的值比較接近灌草模式。研究表明,植被類型更為豐富的喬灌草模式,在礦山邊坡修復(fù)過(guò)程中修復(fù)效果較好。

表1 不同植被組合土壤重金屬含量Tab.1 Analysis of soil metal elements under different combinations

2.3 不同植被類型搭配下邊坡基本概況分析

從表2可知,在水土保持率水平上T2達(dá)到最好的效果,T2、T3顯著高于T1,但不顯著高于T4,T4雖然高于T1,但并不顯著。在植被蓋度方面,T1、T2、T3均達(dá)到80%以上,且顯著高于T4。在空氣負(fù)氧離子含量上,T2、T3顯著高于 T1和 T4。在PM2.5和PM10方面都呈現(xiàn)相似的規(guī)律性,T2、T3顯著低于T1和 T4,T2、T3之間與T1、T4之間差異都不顯著。PM2.5含量占PM10含量百分比分別為:T0(53%) ＞T4(50%) ＞T1(48%) ＞T3(33%)＞T2(22%)。水土保持率和蓋度能夠比較直觀地反映植被恢復(fù)效果,在對(duì)二者與各空氣因子進(jìn)行相關(guān)性分析中 (圖2、圖3)可以得到:二者與空氣負(fù)氧離子含量呈正相關(guān)關(guān)系,與PM2.5、PM10呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表2 地表基本指標(biāo)差異顯著性分析Tab.2 Analysis of the difference significance of the basic indicators

在為期2年的修復(fù)中T1中的水土保持率僅為60%,而且在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),草本樣地的水土流失沖溝多為新沖溝,并且深度較深,可見草本植物對(duì)礦山邊坡恢復(fù)的早期階段雖然能夠取得一定的水土保持效果,但后期的效果并不理想,這可能是因?yàn)椴荼局参锴捌谏^快,能夠率先起到固土作用,后期由于草本植物根系生長(zhǎng)潛力有限,很難進(jìn)入較深的土層,導(dǎo)致后期水土保持能力不足[25]。在4種不同處理的樣地中,邊坡植被蓋度都處于70%及以上水平,僅T4組合處理蓋度略低于其他3種處理組合。在對(duì)于樣地內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測(cè)中,T2和T3組合處理顯著高于其他組合;PM2.5和PM10呈現(xiàn)相似特征,灌草和喬灌草組合都處于較低水平,而且顯著低于其他組合;可見灌草和喬灌草組合處理樣地內(nèi)的空氣質(zhì)量要好于其他組合處理。PM2.5含量占PM10含量的百分比是用來(lái)衡量空氣粉塵污染狀況的重要手段之一,T0處理的百分比值高于其他非空白對(duì)照處理,說(shuō)明植被能夠起到降低空氣顆粒物含量的作用,這與張偉康等[26-27]的研究結(jié)果相似。T2組合處理的百分比值最小,可能與其蓋度較高有關(guān),也可能與其植被構(gòu)成以灌木為主有關(guān)。

圖2 水土保持率與空氣因子相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis between soil-water conservation rate and air factors

圖3 蓋度與空氣因子相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of coverage and air factors

2.4 水土保持率、蓋度與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

對(duì)各樣地水土保持率、蓋度和經(jīng)變異膨脹因子處理過(guò)的12個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行RDA(使用Monte Carlo檢驗(yàn)),得到環(huán)境因子對(duì)水土保持率和蓋度的差異性解釋量 (表3)。水土保持率和蓋度在第Ⅰ軸、第Ⅱ軸的解釋量分別為83.49%和9.99%,RDA的2個(gè)排序軸保留水土保持率和蓋度數(shù)據(jù)總方差的93.48%,即12個(gè)環(huán)境因子累計(jì)解釋水土保持率和蓋度特征的93.48%。說(shuō)明此兩軸能夠較好地反映樣地水土保持率、蓋度與環(huán)境因子的關(guān)系,且主要是由第Ⅰ軸決定。

表3 土壤元素指標(biāo)與地上部環(huán)境因子的冗余分析Tab.3 Redundancy analysis of soil elements and ground environment factors

表4表示各環(huán)境因子對(duì)水土保持率和蓋度的影響,影響的程度取顯著度來(lái)表示,從表4結(jié)果可得,Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 Pb、 PM2.5、 PM10與水土保持率、蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,SOM、N、P、K、FY與水土保持率、蓋度呈正相關(guān)關(guān)系。與水土保持率和蓋度顯著性達(dá)到P≤0.001水平的有Cr、SOM、N、P,顯著性達(dá)到P≤0.01水平的有Zn、Pb、K、FY、PM2.5、PM10,Ni和Cu達(dá)不到極顯著相關(guān)水平。

進(jìn)一步得到水土保持率、蓋度與各環(huán)境因子二維排序圖 (圖4)。水土保持率指標(biāo)和蓋度指標(biāo)用虛線箭頭表示,各環(huán)境因子指標(biāo)用實(shí)線箭頭表示;箭頭越長(zhǎng)的指標(biāo),表示對(duì)模型的貢獻(xiàn)越大,反之,則越小;2個(gè)指標(biāo)的箭頭線夾角表示相關(guān)性大小,夾角越大,表示相關(guān)性越小;各環(huán)境因子的箭頭線在水土保持率和蓋度箭頭線上的投影越小,即余弦值越小,則對(duì)水土保持率和蓋度的影響越小,反之,則越大。

表4 各環(huán)境因子對(duì)水土保持率和蓋度的影響Tab.4 Effect of environmental factors on soil-water conservation rate and coverage

圖4 水土保持率、蓋度與環(huán)境因子二維排序圖Fig.4 Two dimensional ordination diagram of soil-water conservation rate,coverage and environmental factors

負(fù)氧離子、氮和鉀的二維排序箭頭線較長(zhǎng) (圖4),可知負(fù)氧離子、氮、鉀對(duì)樣地水土保持率和蓋度差異性作出較好的解釋,其中氮與蓋度、負(fù)氧離子和水土保持率夾角很小并且在方向上具有一致性,呈正相關(guān)關(guān)系;鉀與水土保持率、蓋度的箭頭線夾角相對(duì)較大,相關(guān)性相對(duì)較小,呈正相關(guān)關(guān)系,其余環(huán)境因子中,磷與二者呈正相關(guān)關(guān)系,PM2.5、PM10、 Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 Pb均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

植被在金屬礦山邊坡修復(fù)中具有重要作用,不同的植被搭配具有不同的修復(fù)效果,單一植被類型在一定時(shí)段或許會(huì)有較好的恢復(fù)效果,但隨著植被恢復(fù)的深入,單一植被的恢復(fù)效果越來(lái)越不理想,不利于生態(tài)系統(tǒng)多樣性的建立。

由本研究結(jié)果可得,在不同處理的各樣地中,土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)比情況為T2＞T3＞T4＞T1,即灌草組合高于其他組合的修復(fù)方式。草本植被具有生根迅速的特點(diǎn),是邊坡修復(fù)前期的理想植被類型,灌木在小秦嶺邊坡植被修復(fù)中起到重要的紐帶作用。

在2年期的礦山修復(fù)檢驗(yàn)中,相對(duì)于喬灌草模式,灌草模式在水土保持率和蓋度方面略占優(yōu)勢(shì),從有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量指標(biāo)上來(lái)看,喬灌草組合在2年期礦山邊坡回復(fù)中能夠較快提升土壤速效磷含量。有喬木的植被組合中,對(duì)速效鉀含量有較快的提升作用。

植被對(duì)土壤重金屬有普遍的富集作用,不同植被對(duì)相應(yīng)的重金屬元素有不同的富集效果。植被對(duì)土壤中金屬元素的富集速度較慢,若想達(dá)到理想的富集效果,可能需要較長(zhǎng)時(shí)間。負(fù)氧離子含量和土壤氮元素含量在各修復(fù)指標(biāo)中的二維投影的余弦值最大,是衡量邊坡修復(fù)情況的關(guān)鍵因子。

在礦區(qū)邊坡修復(fù)過(guò)程中,合理的植被類型搭配能夠起到改良土壤和空氣的作用,由于渣坡重心不穩(wěn),保持水土成了修復(fù)渣坡的首要任務(wù),不同的修復(fù)階段需要不同植被類型,前期修復(fù),根系的生長(zhǎng)速度和長(zhǎng)度決定了水土保持效果,后期修復(fù)的主要任務(wù)是改良土壤、提高蓋度、改善環(huán)境,灌木、藤本植物等過(guò)渡植被類型或許影響植被修復(fù)的延續(xù)性。通過(guò)二維排序圖得到的影響邊坡修復(fù)情況的關(guān)鍵因子分別是負(fù)氧離子含量和氮含量,但是環(huán)境因子引起評(píng)價(jià)指標(biāo)差異的內(nèi)部原因還需進(jìn)一步研究。

水土保持率和蓋度是邊坡修復(fù)的重要衡量指標(biāo),水土保持的關(guān)鍵任務(wù)是要保持水分和防治土壤流失,蓋度是植物群落對(duì)地表覆蓋情況的量化指標(biāo)[28]。通過(guò)分析各環(huán)境因子對(duì)水土保持率、蓋度影響程度,可以找出影響二者差異的關(guān)鍵因子,從而能夠找出對(duì)礦區(qū)邊坡修復(fù)影響較大的關(guān)鍵因素。各環(huán)境因子與水土保持率、蓋度的正反相關(guān)關(guān)系具有一致性,說(shuō)明水土保持率和蓋度在反映邊坡修復(fù)的效果方面高度一致。在二維排序圖中,負(fù)氧離子含量與水土保持率箭頭連線的余弦值較大,說(shuō)明水土保持率與負(fù)氧離子含量具有較大的相關(guān)性,可能是土壤的含水量提高了小環(huán)境的負(fù)氧離子含量;氮含量的箭頭連線在蓋度的箭頭連線上的投影比較長(zhǎng),即余弦值比較大,說(shuō)明氮含量與蓋度具有很強(qiáng)的相關(guān)性,隨著蓋度的增加,土壤中氮含量增加較明顯,這與劉秉儒研究黃土高原紅砂植被不同蓋度對(duì)土壤中不同形態(tài)氮含量的影響結(jié)果一致[29]。