运用杂交构树对尾矿生态修复和矿区绿化

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摘 要：矿产资源是我国社会经济发展的重要支柱，然而矿产资源的开发同时也是迄今人类最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。因此，废弃矿山的生态恢复和矿区生态绿化是迫切需要解决的问题。本文在河北省唐山铁矿区内5个试验地种植试验的结果表明，杂交构树对废弃矿山和矿区恶劣生境表现出良好适应性。在不采取工程措施的情况下，通过原土种植，可获得较高的存活率，后期管护措施简便、易行，降低了尾矿生态修复和矿区绿化的成本。本研究为杂交构树在矿山地区的大面积推广种植提供了理论依据，在生态环境治理、矿区修复和绿化等方面具有广泛的应用前景。

关键词：杂交构树；矿山修复；生态绿化；尾矿治理

中图分类号：S792 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.024

Application of the Paper Mulberry in Ecological Restoration of Tailings and Mining Area

PENG Xianjun，WANG Jinshan，SHEN Shihua

（Institute of Botany， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100093，China）

Abstract： Mineral resources is an important pillar for our country's social and economic development， but mineral resources development is also the largest organized human activity which changes the landscape of the earth's surface and destroys the surface ecological system. Therefore， the ecological restoration of abandoned mine and the mining area ecological greening are urgent. In this study， five iron producing area in Tangshan of Hebei Province were selected for planting experiment. The results showed that paper mulberry can achieve the high survival rate without taking engineering measures and through the original soil planting. In addition， the paper mulberry also exhibited the good adaptability to abandoned mines and mining area environment. The plantation management is simple and easy which can reduce the cost of the ecological restoration of tailings and mining area greening. This research provides the theoretical basis for planting the paper mulberry in restoration of the ecological environment of the mine area.

Key words： paper mulberry； mine restoration； ecological greening； tailings treating

近些年，随着我国经济的快速增长，对矿产资源的需求不断增大，开采规模持续快速扩大，带来的环境污染和生态破坏问题也日趋严峻。大规模的矿石开采，使生态系统遭受严重破坏：水土流失、山体滑坡等灾害的发生频率大大增加；地表植被和自然地貌遭到严重破坏；尾矿粉堆积如山；土壤微生物环境受到破坏；水体、大气的污染日趋严重[1-2]。长期以来，政府和企业投入了巨大的人力、物力和财力，通过大规模的工程技术手段对尾矿加以改造，通过种植园林绿化植物进行造景和生态恢复。但是，由于巨大的前期投入和后期不断增加的养护成本，常用的园林植物，如银杏、白蜡、刺槐和榆树等乔木类树木在尾矿和矿区难以适应，许多地区的绿化和生态修复工程未达预期[3]；在通过工程措施后种植诸如核桃、板栗、山楂和柑橘等经济作物，以实现土地复垦的“工改农”方案，则因为较高的生产成本和管护难度，未能大规模推广。

杂交构树具有很强的适应性，能够耐干旱、耐贫瘠、耐盐碱、抗污染和病虫害。作为一种速生树种，可广泛用于土地沙（石）漠化和盐碱地治理[4-5]，具有加速封山造林、优化农村经济结构等功能，创造出良好的生态和经济效益[6]。

杂交构树耐盐碱、抗干旱，作为盐碱地绿化树种，在河北省唐山市和天津市的滨海盐碱地以及山东、辽宁等地已经有了多年的推广种植[7]。杂交构树侧根极其发达，再生力强，多集中于地表以下30 cm，穿插力强，当年侧根即能伸展2 m 以上。地表根系发达，对土壤具有很强的固持作用，在贵州省喀斯特石漠化区，杂交构树已经应用于涵养水源、保持水土、防止土地石漠化和恢复与重建退化喀斯特生态系统[8]。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

试验选址为河北省唐山市的迁西县和迁安市的铁矿区。该试验地位于燕山沉降带东段南缘，其地貌特征呈典型的低山丘陵景观。属暖温带大陆性半湿润的季风气候，四季分明，干湿季节明显。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。年平均气温10.1 ℃，7月份平均气温25 ℃，1月份平均气温-7.8 ℃。初霜期为10月初至11月初，终霜期为4月初至4月底，无霜期一般为183 d，最长为209 d，最短为161 d，多年平均降水量为804.2 mm。气候条件能够满足杂交构树的生长要求。

1.2 研究材料

试验所用杂交构树为中国科学院植物研究所培育的速生、多抗的生态经济林用树种。试验选用株高在20 cm左右的一年生杂交构树幼苗，方便贮运。另外，以白蜡树（Fraxinus chinensis）和榆树（Ulmus pumila）为参照，比较相同生长条件下不同树种生长量的差异。

1.3 试验地

1.3.1 试验地特点 迁西县兴城镇台头村和东荒峪镇的铁矿选矿场的试验地，土壤土层薄，且以裸岩、碎石及砂砾为主，有机质、养分和土壤微生物含量低，保水性差，如图1A所示。迁安市马兰庄永盛公司内废弃选矿场试验地的土壤特点与迁西类似，土质特点为碎石、砂砾地，有机质养分、土壤微生物含量低；迁安市五重安乡瑞阳生态农业大观园园区内有改造选矿场和尾矿粉堆两块试验地，其中，改造选矿场的土质为碎石和薄土，有机质养分、土壤微生物含量低；尾矿粉堆以废弃尾矿粉为主要成分，具有保水性差、缺乏有效营养成分的特点。图1B所示为尾矿粉堆沙漠化生境的情况。

1.3.2 试验地整理 在迁西县境内的两处试验地均不做土地整理工作，采取原土种植的方式，依地形进行种植试验。在迁安的试验地按图1C所示进行适当的土地平整，试验地边缘做好护坡措施，创造相对均一的试验条件，规范设置试验小区。

1.4 苗木定植

杂交构树幼苗的定植期较长。华北地区一般在最低气温高于10 ℃时的月份均可定植。唐山地区一般在5―9月完成定植。杂交构树定植密度选择100 cm×100 cm株行距为宜，以保证在树体营养供给的前提下充分利用土地。定植时应避免在阳光强烈的正午进行，宜选择在每天的傍晚或阴天时进行。定植时，首先去除苗木的营养钵，应尽量保证根系完整不散团。栽植深度不要过深，以掩过原土位置1 cm左右为宜。定植后及时灌足定植水[9]。

1.5 日常管理

苗木定植后，有一个7 d左右的缓苗期，应加强水分调控，7 d内至少浇两次水。苗木成活后，在生长期内根据实际情况浇水3～4次。北方地区为保证苗木安全过冬，入冬之前浇封冻水[6]。

2 结果与分析

依据各个试验地不同的地形、土质和水肥处理设计3个试验，对杂交构树在尾矿和矿区的适应性和生长势进行综合比较分析。

2.1 地形对杂交构树成活率和生长状况的影响

迁西县的试验地未经土地整理，迁安市的试验地进行了适当的土地平整等措施。在迁西县东荒峪和迁安市马兰庄永盛公司这两处类似土质和生态环境条件的试验地各选取50株杂交构树进行成活率对比试验，并从中各选取20株进行生长量对比试验，从一定生长时期（70 d）内的株高、地径和枝叶量3方面对杂交构树的生长情况进行统计，试验数据采集年份为2010年。由图2A可以看出：不同地形对杂交构树的成活率存在一定的影响；定植一个半月后，进行土地整理的相对于未进行土地整理的杂交构树有着较高的成活率。在两个月后，树苗均完成缓苗，成活率趋于稳定。图2B、C、D中马兰庄试验地进行了土地整理，种植3个月后株高平均增加69.95 cm，增幅265.4%；地径平均增加0.880 4 cm，增幅161.12%；枝量平均增加2.6，叶量平均增加15.2。而东荒峪的试验地没有进行土地整理，种植3个月后株高平均增加18.3 cm，增幅101.34%；地径平均增加0.404 8 cm，增幅136.54%；枝量平均增加1.2，叶量平均增加6.6。

2.2 不同土质对杂交构树生长状况的影响

在瑞阳生态农业大观园的两处试验地I （选矿场）和II（尾矿粉堆）各选取供试苗20株进行生长量对比试验，在70 d的生长时期内，对杂交构树的株高、地径和枝叶量3个指标进行统计（图3）。

图3中选矿场尾矿（Ⅰ）的土层缺失，多碎石、裸岩的破碎生境；尾矿粉堆（Ⅱ）属于沙漠化生境。两块试验地均进行了土地整理，试验条件均一。图3A所示，在3个月的生长期后，选矿场尾矿的杂交构树株高平均增加73.8 cm，增幅293.22%；地径平均增加1.64 cm，增幅357.34%；枝量平均增加5.4，叶量平均增加12.6。尾矿粉堆的株高平均增加34 cm，增幅135.76%；地径平均增加0.37 cm，增幅103.26%；枝量平均增加2.4，叶量平均增加6.4。数据结果表明，选矿场尾矿的杂交构树长势要优于尾矿粉堆。

2.3 不同水肥条件对杂交构树成活率和生长状况的影响

2.3.1 施肥对杂交构树生长状况的影响 作物种植的过程中，施肥是一项非常重要的工作，在浇水管理相近的条件下，在河北唐山迁西县台头村和迁安市五重安乡瑞阳生态农业大观园两地3个试验地块各取样50株，进行施肥对比试验，选用肥料为磷酸二胺复合肥，试验数据采集年份为2010年。在树苗成活后施入磷酸二胺复合肥，促长效果明显。试验结果显示，施肥处理的成活率高于未施肥处理（图4A）。图4B、图4C所示为在施肥或不施肥条件下杂交构树的株高和地径的增长情况。Ⅰ和CK-1是来自台头村试验地的数据，由于该试验地的管理存在问题，构树的生长势较其他地块要差。经过3个月的生长期施肥组Ⅰ的株高平均增加38.2 cm，增幅205.86%；地径平均增加0.75 cm，增幅315.46%。对照组CK-1株高平均增加23.6 cm，增幅119.56%；地径平均增加0.45 cm，增幅179.94%。施肥组长势优于对照组。而选矿场和尾矿粉堆的生长量更大，相比对照的优势也更为显著。选矿场施肥组Ⅱ株高平均增加178.6 cm，增幅669.42%；地径平均增加3.28 cm，增幅736.22%。对照组CK-2株高平均增加73.8 cm，增幅315.82%。尾矿粉堆施肥组Ⅲ株高平均增加176.4 cm，增幅732.6%；地径平均增加3.74 cm，增幅1148.28%。未施肥对照组CK-3株高平均增加34 cm，增幅135.76%；地径平均增加0.38cm，增幅103.26%。