太原西山地區(qū)煤礦采空區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)研究

張晉英

（山西省林業(yè)科學(xué)研究院，山西 太原 030012）

土壤是礦山廢棄地植被恢復(fù)及生態(tài)重建的主要障礙因子，也是衡量退化生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能恢復(fù)與維持的關(guān)鍵指標之一。近年來，越來越多的采礦廢棄地區(qū)出現(xiàn)地質(zhì)塌陷，不同程度地改變了土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分狀況。植被的種植和生長發(fā)育可以改善土壤形成與發(fā)育，不同的植被類型對土壤養(yǎng)分及理化性質(zhì)變化產(chǎn)生的影響也不盡相同。為了解不同植被群落對土壤肥力和營養(yǎng)元素循環(huán)機制所起到的促進作用，筆者以太原西山地區(qū)杜兒坪、官地、西銘和白家莊4 個煤礦為研究對象，篩選出適宜礦山修復(fù)的植被類型，以期為煤礦采空區(qū)植被恢復(fù)工作提供一定的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

太原，位于山西省中部，地處太原盆地北端，屬華北地區(qū)黃河流域，地理坐標東經(jīng)111°30′～113°09′、北緯37°27′～38°25′，東西寬約144km，南北寬約107km。太原東、北、西三面環(huán)山，中部和南部以河谷平原為主，地形北高南低，最高海拔2 670m。氣候?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥，年均氣溫9.50℃，年均無霜期202d，年均降水量456mm。太原市探明的礦藏主要有鐵、錳、銅等金屬礦和煤、硫磺、石膏等非金屬礦，其中煤礦主要分布于西山和東山地區(qū)，經(jīng)過多年開采資源出現(xiàn)枯竭，現(xiàn)基本停產(chǎn)，部分采空區(qū)進行了植被恢復(fù)。

2 植被恢復(fù)類型

通過現(xiàn)地調(diào)查，太原西山地區(qū)廢棄礦地存在6個典型的植被恢復(fù)類型，分別是護坡林、文育風(fēng)景林、農(nóng)林復(fù)合林、側(cè)柏林、楊樹林和紫穗槐林。

護坡林，是為防止和減少水土流失而營建的防護林，通過栽植喬、灌木利用樹冠對天然降水進行截留，削弱降水對地表土壤的沖擊作用。護坡林可有效改善地表物質(zhì)組成和土壤微生物環(huán)境，對當(dāng)?shù)匦夂虻母纳朴写龠M作用。護坡林主要樹種有油松、側(cè)柏、刺槐、楊、黃刺玫、荊條、沙棘等。

文育風(fēng)景林，在廢棄礦山地表栽植不同的園林綠化植物，并鋪設(shè)有四通八達的人工步道，將廢棄礦山改造為公園。樹種較多，主要包括油松、銀杏、國槐、合歡、女貞、香花槐等。

農(nóng)林復(fù)合林，以經(jīng)濟林樹種和蔬菜為主，為提高其產(chǎn)量和質(zhì)量，每年要進行一定的松土、施肥及灌溉等作業(yè)。主要經(jīng)濟林樹種包括核桃、桃、杏、棗等。

側(cè)柏林，是礦山修復(fù)的主要樹種之一。初植狀態(tài)為純林，后隨年限增加，部分喬、灌樹種（如黃刺玫、杠柳、榆、山杏、臭椿等）通過漂移的方式在側(cè)柏林內(nèi)落地生長，形成了以側(cè)柏為主的混交林，密度較大，可以有效保持土壤水肥。林下草本植物種類較多，密度也較大，主要有紫苑、苦苣、土地黃、蒿類等。

楊樹林，多以純林形式存在。一般種植于溝底平地及公路兩側(cè)，樹種較為單一。其具有抗逆性強、高大筆直、成林速度快、防風(fēng)固沙、吸收廢氣等優(yōu)點，短期綠化效果良好。

紫穗槐林，是煤矸石堆積區(qū)環(huán)境治理的先鋒樹種。其根系發(fā)達，枝葉繁茂，具有根瘤菌，可以改良土壤，對廢棄礦山土壤修復(fù)效果良好。

3 植被恢復(fù)效果分析

對太原西山地區(qū)廢棄礦區(qū)6 種不同植被恢復(fù)類型，各布設(shè)3 個樣方：即喬木10m×10m、灌木5.0m×5.0m、草本1.0m×1.0m；對每個樣方進行每木檢尺，在植被群落調(diào)查的基礎(chǔ)上，分別在每塊樣地按對角線隨機布設(shè)3 個點，挖取土壤剖面，按0cm～15cm、15cm～30cm、30cm～45cm 不同層次取土樣，測定其理化性質(zhì)。通過對不同植被修復(fù)類型土壤各項理化因子指標主成分分析，篩選出最優(yōu)植被恢復(fù)模式。

3.1 樣地基本概況

廢棄礦山6 種不同植被恢復(fù)類型選取的樣方基本概況見表1。

表1 調(diào)查樣地基本概況

3.2 不同植被類型對土壤物理性質(zhì)影響分析

太原西山地區(qū)廢棄礦山6 種植被恢復(fù)類型對土壤物理性質(zhì)影響，主要從土壤容重、土壤孔隙度和土壤飽和持水量等方面進行分析。

土壤容重，是指一定體積的土壤經(jīng)過烘干后質(zhì)量與烘干前體積的比值，可以反應(yīng)出土壤結(jié)構(gòu)的松緊和對地表水的蓄積能力。通過實驗得知，農(nóng)林復(fù)合林植被類型土壤容重最小，說明農(nóng)林復(fù)合林可以有效改善土壤疏松度；同種植被恢復(fù)模式的土壤容重隨土層的增加而遞增。6 種植被恢復(fù)模式對土壤容重的改良效果為：土層厚度0cm～15cm，護坡林＞側(cè)柏林＞文育風(fēng)景林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞楊樹林；土層厚度15cm～30cm，護坡林＞文育風(fēng)景林＞紫穗槐林＞楊樹林＞側(cè)柏林＞農(nóng)林復(fù)合林；土層厚度30cm～45cm，護坡林＞側(cè)柏林＞紫穗槐林＞農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞文育風(fēng)景林。

土壤孔隙度是反映土壤通透性的重要指標，側(cè)柏林植被覆蓋度最高，對土壤孔隙度的改善優(yōu)于其他植被類型。除文育風(fēng)景林外，其他植被類型的土壤孔隙度均隨著土層的加深呈下降趨勢，主要原因是除喬木樹種之外的灌草叢生物量小、根系淺，凋落物的積累分解對深層土壤的影響較弱。6 種植被恢復(fù)模式對土壤孔隙度的改良效果為：土層厚度0cm～15cm，農(nóng)林復(fù)合林＞側(cè)柏林＞楊樹林＞紫穗槐林＞文育風(fēng)景林＞護坡林；土層厚度15cm～30cm，楊樹林＞文育風(fēng)景林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞側(cè)柏林＞護坡林；土層厚度30cm～45cm，文育風(fēng)景林＞楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞側(cè)柏林＞護坡林。

土壤持水能力是直接影響植被恢復(fù)效果的重要因子。隨著土層厚度的增加，各植被模式下的土壤持水量逐漸增加，其中農(nóng)林復(fù)合植被類型的飽和持水量最高，可能與人工干擾（耕地、澆水、施肥）等因素有關(guān)；側(cè)柏林、楊樹林、紫穗槐林之間差異不明顯。土層厚度0cm～15cm，土壤飽和持水量依次排序為：農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞側(cè)柏林＞紫穗槐林＞文育風(fēng)景林＞護坡林；土層厚度15cm～30cm，楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞文育風(fēng)景林＞護坡林＞側(cè)柏林；土層厚度30cm～45cm，文育風(fēng)景林＞楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞護坡林＞側(cè)柏林。

3.3 不同植被類型對土壤化學(xué)性質(zhì)影響分析

土層厚度0cm～15cm，側(cè)柏林土壤全氮含量明顯高于其他植被類型，各植被類型土壤全氮含量從大到小依次為（其他土壤因子均為從大到小排序）：文育風(fēng)景林＞側(cè)柏林＞農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞護坡林＞紫穗槐林；速效鉀：農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞文育風(fēng)景林＞側(cè)柏林地＞護坡林＞紫穗槐林；有機質(zhì)：側(cè)柏林＞文育風(fēng)景林＞農(nóng)林復(fù)合林＞護坡林＞楊樹林＞紫穗槐林；pH 值：護坡林＞紫穗槐林＞側(cè)柏林地＞楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞文育風(fēng)景林；土壤有效磷：側(cè)柏林＞楊樹林＞紫穗槐林＞護坡林＞文育風(fēng)景林＞農(nóng)林復(fù)合林。

土層厚度15cm～30cm，各植被類型土壤全氮：側(cè)柏林＞楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞文育風(fēng)景林＞護坡林＞紫穗槐林；土壤有機質(zhì)：側(cè)柏林＞護坡林＞農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞文育風(fēng)景林＞紫穗槐林；土壤有效磷：側(cè)柏林＞楊樹林＞護坡林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞文育風(fēng)景林；pH 值：護坡林＞文育風(fēng)景林＞農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞側(cè)柏林＞紫穗槐林；土壤速效鉀：楊樹林＞農(nóng)林復(fù)合林＞側(cè)柏林＞紫穗槐林＞護坡林＞文育風(fēng)景林。

土層厚度30cm～45cm，各植被類型土壤全氮：側(cè)柏林＞農(nóng)林復(fù)合林＞文育風(fēng)景林＞ 楊樹林＞護坡林＞紫穗槐林；土壤有機質(zhì)：護坡林＞側(cè)柏林＞農(nóng)林復(fù)合林＞楊樹林＞紫穗槐林＞文育風(fēng)景林；土壤有效磷：護坡林＞農(nóng)林復(fù)合林＞側(cè)柏林＞紫穗槐林＞楊樹林＞文育風(fēng)景林；土壤速效鉀：側(cè)柏林＞農(nóng)林復(fù)合林＞紫穗槐林＞楊樹林＞護坡林＞文育風(fēng)景林。

3.4 綜合評價

煤礦采空區(qū)由于其特殊的立地條件，對植被恢復(fù)效果的評價主要考慮其對土壤的容重、持水量和孔隙度的改善效果。側(cè)柏耐干旱，對水肥要求低，成活率高；隨著成活率的提高，又可以有效改善立地的水土流失，加大漂移樹種的成活率，使覆蓋度不斷增大，林地的枯落物也在不斷增多，有效改善了林地的養(yǎng)分，形成良性循環(huán)，植被恢復(fù)效果良好。不同植被恢復(fù)模式下，土壤養(yǎng)分增加存在顯著差異，側(cè)柏林和農(nóng)林復(fù)合林、文育風(fēng)景林、楊樹林模式改善效果較好。在這4 個模式中，農(nóng)林復(fù)合林和文育風(fēng)景林人為干擾（灌溉、除草、施肥等）較多，對實驗數(shù)據(jù)影響較大。實踐證明，側(cè)柏林對廢棄礦山植被恢復(fù)效果最佳。