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摘要：[目的]分析采石场废弃地的植被自然恢复过程，为人工辅助其生态恢复提供依据。[方法]在对河北省井陉县不同恢复年限采石场废弃地进行植物调查的基础上，对其群落特征、物种组成及物种多样性进行了分析。[结果]自然演替2 a采石平台和自然演替2 a道路边坡的植物群落结构相似，物种组成较简单，以1年生草本为主，且物种多样性低；自然演替11 a采石平台和自然演替13 a道路边坡物种多样性较演替2 a标准地有较大提高，物种以多年生草本和灌木为主。[结论]自然演替13 a道路边坡植被明显好于自然演替11 a采石平台植被，通过改善采石废弃地的立地条件，遵循植被的演替规律，可以加快其植被演替进程。
关键词：采石场废弃地；自然演替群落；植被结构特征
中图分类号：S181 文献标识码：A 文章编号：0517-6611（2016）07-116-02
Abstract：[Objective] To analyze the natural vegetation restoration process of abandoned quarries， and to provide important references for the restoration by artificial supplementation. [Method] Based on the plant sample investigation of abandoned quarries with different natural recovery period in Jingxing County of Hebei Province， we analyzed the community characteristics， species composition and species diversity. [Result] Pant community structures of quarries platform and road slopes were similar after two years with simple species composition and low species diversity. Among them， annual herb was the dominant. The species diversity of eleven years’ natural community succession on the quarries platform and thirteen years’ natural community succession on the road slop had considerable improvement， compared with two years’ natural community succession. Among them， perennial herb and shrub were the dominant. [Conclusion] Plant of thirteen years’ natural community succession on the road slop is superior to the plant of eleven years’ natural community succession on the quarries platform. Improving the site conditions and following the vegetation succession rule can greatly accelerate the vegetation succession process.
Key words：Abandoned quarries； Natural community succession； Vegetation structure characteristics
隨着社会经济的发展，人类对矿产资源的需求日益增大。对矿产资源的开采不可避免地对植被和生态产生破坏，露天开采、采选矿废弃物的堆积形成了大量矿山废弃地，造成了严重的水土流失[1]。随着人们对生态文明重视程度的日益提高，矿山废弃地的生态恢复已成为当前环境科学界亟需解决的重大问题[2]。寻求采石场废弃地自然演替规律，分析不同演替阶段植被物种组成及多样性，可有效提高植物成活率，降低采石场人工恢复植被成本。矿山废弃地的生态恢复工程主要是在对废弃矿山、弃渣边坡等进行适当工程处治的基础上，开展植被重建和生态系统功能恢复等工程建设，从而恢复自然生态环境[3-4]。目前对自然植被恢复的研究主要集中于采石场废弃地不同恢复年限的植物群落类型[5]、物种多样性变化特征[6]等方面，针对采石场废弃地相同立地类型自然演替植被特征的研究较少。笔者以河北省井陉县不同自然演替年限采石平台和道路边坡废弃地的植物群落为研究对象，对其植被特征进行了分析，以期为太行山区采石场废弃地低成本生态修复提供科学依据。
1：材料与方法
1.1：研究地区概况：
研究地位于河北省井陉县秀林镇（114°05′ E，37°59′ N），地貌为低山丘陵类型，海拔为200～700 m，为黄壁庄水库集水区。井陉县位于太行山东侧，属温带大陆季风气候，四季分明，春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。无霜期189 d左右，年平均气温13 ℃，多年平均降雨量568 mm，6～8月降雨量占全年的70%，多年平均蒸发量1 756 mm，土壤最大冻土层深度0.7 m。母岩为石灰岩，地质条件简单，适宜露天开采。该地区在中国植被区划中属于暖温带落叶阔叶林区域，地现存天然植被主要有臭椿、荆条、皂角、酸枣等乔、灌木。 1.2：样地调查：
该研究分别选取自然演替2年采石平台、自然演替2年道路边坡、自然演替11年采石平台和自然演替13年的道路边坡4种类型标准地进行调查。所选采石场，采石作业时将原有植被全部破坏，采石平台和道路边坡无植被，采石场废弃后开始自然演替。采石平台地势较为平缓，采石场废弃后采石平台上以不同粒径石粒为主，石粒间有少量泥土。道路边坡坡度为30～45°，泥石混合，泥土含量分布不均匀，高泥土含量部位呈斑块状分布。
1.2.1：
草本植物调查。每个类型标准地设置投影面积为10 m×10 m标准地16块，在每块标准地的左上角及中间部位各设置1个1 m×1 m草本样方，共计调查草本样方32个。草本样方调查指标主要有各物种名称、平均高度、盖度，并对其生长状况、分布状况进行描述等。
1.2.2：木本植物调查。对于存在木本植物的标准地进行木本植物调查，灌木调查指标主要有各物种名称、盖度、平均高度；对样方内高度值大于1 m的乔木进行每木检尺，调查指标为物种名称、冠幅、树高等。
1.3：数值计算：
选用物种丰富度指数（S）和Shannon-Wiener指数对各标准地群落的物种多样性进行测度[7]，其中，
物种丰富度指数（S）为在标准地中出现的物种种类数量。
重要值的计算公式见下：
P=（相对盖度+相对高度+相对频度）/3 （1）
Shannon-Wiener 指数的计算公式见下：
H′=-si=1pilnpi（2）
式中，Pi=Ni/N为第i个物种的相对重要值，其中Ni为第i个种的重要值，N为种i 所在群落的所有物种重要值之和。
2：结果与分析
2.1：各标准地植被群落特征
2.1.1：自然演替2 a采石平台植被群落特征。
由于立地条件较差，加之所调查标准地处于自然演替初期阶段，自然演替2 a采石平台的植物种类组成较为简单，植被稀疏，植被的镶嵌性较明显，呈丛状分布于有一定粉尘、泥土积聚低洼处，只有草本层1层，盖度0.1～0.4，主要植物有黄花蒿、猪毛蒿、狗尾草等1年生草本植物。
2.1.2：自然演替2 a道路边坡植被群落特征。
自然演替2 a道路边坡植被群落呈斑块状分布，植被聚集于有土层区域，盖度约0.2～0.5，其垂直结构简单，只有草本植物1层，以狗尾草、猪毛蒿、灰菜等为1年生草本主。
2.1.3：自然演替11 a采石平台植被群落特征。
自然演替11 a的采石平台群落的垂直结构与自然演替2 a采石平台一样，只有1层，有少量灌木进入群落，但灌木数量较少，且植株较为矮小。由于样地土壤养分环境因素的逐渐改善，群落类型和植物种类成分较多，但其群落仍以菊科和禾本科植物为主。
2.1.4：自然演替13 a道路边坡植被群落特征。
自然演替13 a道路边坡的垂直结构转变为乔、灌、草3层，乔木不规则稀疏分布，灌木群落和草本的水平结构斑块性较明显，这与立地空间分布的异质性有关，通常在有一定土层且水分条件好的小环境存在乔木和灌木植物群落。与自然演替2 a道路边坡相比，植物水平结构的斑块性减弱，群落环境土层加厚，地表的营养物质增加，生境的稳定性大大提高[8]。
2.2：各标准地植被群落物种组成：
自然演替2 a的采石平台植物主要有狗尾草、猪毛菜、艾蒿、地黄、牛筋草、葎草和鬼针草等，由于群落环境恶劣，能够在群落中生存的物种不多，禾本科和菊科植物优势度较大。自然演替2 a道路边坡植被物种组成和自然演替2 a采石平台较为相似，主要植物有狗尾草、牛筋草、马唐、艾蒿、苦苣菜、蒲公英、鬼针草和鹅绒藤等。
自然演替11 a的采石平台优势植物以多年生草本植物为主，北京隐子草、荩草、南牡蒿、艾蒿、细叶苔草和鹅绒藤等物种的重要值较高，木本植物仅有少量胡枝子、酸枣和荆条。自然演替13 a的道路边坡进入灌木层占优势层的演替阶段。由于土壤、水分等生境条件恶劣，演替时间短，群落中木本植物物种种类较少，乔木物种有臭椿、君迁子、榆树3种，灌木有荆条、酸枣、杠柳、胡枝子、葎叶蛇葡萄、锦鸡儿、小叶鼠李7种，且以阳性、耐干旱贫瘠的先锋种荆条、酸枣为主。自然演替13 a的道路边坡草本层与自然演替11 a的采石平台主要草本物种相差不大，在土层薄、无灌木生长的区域，艾蒿、北京隐子草、荩草等为优势种，紫菀、鸭跖草和野菊花等在草本群落中增多。
2.3：各标准地植被物种多样性
2.3.1：物种丰富度。
隨着演替的进行，采石平台和道路边坡植物的科、种数量均呈现较明显的增长趋势（表1）。自然演替2 a采石平台标准地植被共计7科15种，自然演替11 a的采石平台增加为9科25种。自然演替2 a道路边坡标准地植被共计7科14种，自然演替13 a道路边坡增加为15科41种，科数、种数都超过自然演替2 a道路边坡的2.00倍。自然演替2 a道路边坡和自然演替2 a采石平台物种数接近，但自然演替13 a道路边坡物种丰富度是自然演替11 a采石平台的1.64倍。
2.3.2：物种多样性。
自然演替2 a采石平台的物种Shannon-Wiener 指数为2.15，自然演替2 a道路边坡Shannon-Wiener 指数为2.24，二者较为接近。自然演替11 a采石平台灌木Shannon-Wiener 指数为0.79，草本为2.69；自然演替13 a道路边坡乔木Shannon-Wiener 指数为0.89，灌木为1.41，草本为3.12。
3：结论与讨论
（1）该研究结果表明，井陉采石场自然演替2 a采石平台和自然演替2 a道路边坡的物种组成较简单，以1年生草：
本为主，且物种多样性低，植被分布与本底基质土壤含量相关性较大。自然演替11 a采石平台和自然演替13 a道路边坡物种多样性较演替2 a标准地有较大提高，物种由1年生阳性草本演变为以多年生草本和灌木为主。
（2）自然演替2 a采石平台和自然演替2 a道路边坡的物种组成较为相似，而自然演替11 a采石平台和自然演替13 a道路边坡不论物种组成、植被结构还是物种多样性均有较大差距。道路边坡含有一定量的泥土，较好的基质条件决定了其植被演替较采石平台快。时间是植被演替的重要因素，但是通过改善立地条件，遵循植被的演替规律，可以大大加快植被的演替进程[9]。
参考文献
[1] 李红月.矿区水土流失特征及生态修复[J].水土保持应用技术，2006（5）：20-22.
[2] 么春华.对采矿塌陷区进行生态修复的认识[J].河北林业科技，2008（4）：79-81.
[3] 廖怡斐，康乔煌，达峰，等.古交西山矿区煤矸石山生态修复模式研究与探讨[J].山西煤炭，2009，29（3）：9-10.
[4] 石丽丽.京西石灰石采石场废弃地植被恢复效果及其评价研究[D].北京：北京林业大学，2014.
[5] 赵方莹，程小琴.采石场废弃地自然恢复植物群落类型研究[J].林业科技开发，2010，24（5）：25-29.
[6] 王琼，辜再元，史春华，等.废弃采石场植被自然恢复过程中物种多样性变化特征[J].环境科学研究，2009，22（11）：1305-1311.
[7] 石丽丽，王雄宾，徐成立.间伐干扰对冀北山地油松人工林群落演替趋势影响[J].东北林业大学学报，2013，41（4）：43-45.
[8] 袁剑刚，周先叶，陈 彦，等.采石场悬崖生态系统自然演替初期土壤和植被特征[J].生态学报，2005，25（6）：1517-1522.
[9] 韩芳.四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究[D].泰安：山东农业大学，2008.
关键词：采石场废弃地；自然演替群落；植被结构特征
中图分类号：S181 文献标识码：A 文章编号：0517-6611（2016）07-116-02
Abstract：[Objective] To analyze the natural vegetation restoration process of abandoned quarries， and to provide important references for the restoration by artificial supplementation. [Method] Based on the plant sample investigation of abandoned quarries with different natural recovery period in Jingxing County of Hebei Province， we analyzed the community characteristics， species composition and species diversity. [Result] Pant community structures of quarries platform and road slopes were similar after two years with simple species composition and low species diversity. Among them， annual herb was the dominant. The species diversity of eleven years’ natural community succession on the quarries platform and thirteen years’ natural community succession on the road slop had considerable improvement， compared with two years’ natural community succession. Among them， perennial herb and shrub were the dominant. [Conclusion] Plant of thirteen years’ natural community succession on the road slop is superior to the plant of eleven years’ natural community succession on the quarries platform. Improving the site conditions and following the vegetation succession rule can greatly accelerate the vegetation succession process.
Key words：Abandoned quarries； Natural community succession； Vegetation structure characteristics
隨着社会经济的发展，人类对矿产资源的需求日益增大。对矿产资源的开采不可避免地对植被和生态产生破坏，露天开采、采选矿废弃物的堆积形成了大量矿山废弃地，造成了严重的水土流失[1]。随着人们对生态文明重视程度的日益提高，矿山废弃地的生态恢复已成为当前环境科学界亟需解决的重大问题[2]。寻求采石场废弃地自然演替规律，分析不同演替阶段植被物种组成及多样性，可有效提高植物成活率，降低采石场人工恢复植被成本。矿山废弃地的生态恢复工程主要是在对废弃矿山、弃渣边坡等进行适当工程处治的基础上，开展植被重建和生态系统功能恢复等工程建设，从而恢复自然生态环境[3-4]。目前对自然植被恢复的研究主要集中于采石场废弃地不同恢复年限的植物群落类型[5]、物种多样性变化特征[6]等方面，针对采石场废弃地相同立地类型自然演替植被特征的研究较少。笔者以河北省井陉县不同自然演替年限采石平台和道路边坡废弃地的植物群落为研究对象，对其植被特征进行了分析，以期为太行山区采石场废弃地低成本生态修复提供科学依据。
1：材料与方法
1.1：研究地区概况：
研究地位于河北省井陉县秀林镇（114°05′ E，37°59′ N），地貌为低山丘陵类型，海拔为200～700 m，为黄壁庄水库集水区。井陉县位于太行山东侧，属温带大陆季风气候，四季分明，春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥。无霜期189 d左右，年平均气温13 ℃，多年平均降雨量568 mm，6～8月降雨量占全年的70%，多年平均蒸发量1 756 mm，土壤最大冻土层深度0.7 m。母岩为石灰岩，地质条件简单，适宜露天开采。该地区在中国植被区划中属于暖温带落叶阔叶林区域，地现存天然植被主要有臭椿、荆条、皂角、酸枣等乔、灌木。 1.2：样地调查：
该研究分别选取自然演替2年采石平台、自然演替2年道路边坡、自然演替11年采石平台和自然演替13年的道路边坡4种类型标准地进行调查。所选采石场，采石作业时将原有植被全部破坏，采石平台和道路边坡无植被，采石场废弃后开始自然演替。采石平台地势较为平缓，采石场废弃后采石平台上以不同粒径石粒为主，石粒间有少量泥土。道路边坡坡度为30～45°，泥石混合，泥土含量分布不均匀，高泥土含量部位呈斑块状分布。
1.2.1：
草本植物调查。每个类型标准地设置投影面积为10 m×10 m标准地16块，在每块标准地的左上角及中间部位各设置1个1 m×1 m草本样方，共计调查草本样方32个。草本样方调查指标主要有各物种名称、平均高度、盖度，并对其生长状况、分布状况进行描述等。
1.2.2：木本植物调查。对于存在木本植物的标准地进行木本植物调查，灌木调查指标主要有各物种名称、盖度、平均高度；对样方内高度值大于1 m的乔木进行每木检尺，调查指标为物种名称、冠幅、树高等。
1.3：数值计算：
选用物种丰富度指数（S）和Shannon-Wiener指数对各标准地群落的物种多样性进行测度[7]，其中，
物种丰富度指数（S）为在标准地中出现的物种种类数量。
重要值的计算公式见下：
P=（相对盖度+相对高度+相对频度）/3 （1）
Shannon-Wiener 指数的计算公式见下：
H′=-si=1pilnpi（2）
式中，Pi=Ni/N为第i个物种的相对重要值，其中Ni为第i个种的重要值，N为种i 所在群落的所有物种重要值之和。
2：结果与分析
2.1：各标准地植被群落特征
2.1.1：自然演替2 a采石平台植被群落特征。
由于立地条件较差，加之所调查标准地处于自然演替初期阶段，自然演替2 a采石平台的植物种类组成较为简单，植被稀疏，植被的镶嵌性较明显，呈丛状分布于有一定粉尘、泥土积聚低洼处，只有草本层1层，盖度0.1～0.4，主要植物有黄花蒿、猪毛蒿、狗尾草等1年生草本植物。
2.1.2：自然演替2 a道路边坡植被群落特征。
自然演替2 a道路边坡植被群落呈斑块状分布，植被聚集于有土层区域，盖度约0.2～0.5，其垂直结构简单，只有草本植物1层，以狗尾草、猪毛蒿、灰菜等为1年生草本主。
2.1.3：自然演替11 a采石平台植被群落特征。
自然演替11 a的采石平台群落的垂直结构与自然演替2 a采石平台一样，只有1层，有少量灌木进入群落，但灌木数量较少，且植株较为矮小。由于样地土壤养分环境因素的逐渐改善，群落类型和植物种类成分较多，但其群落仍以菊科和禾本科植物为主。
2.1.4：自然演替13 a道路边坡植被群落特征。
自然演替13 a道路边坡的垂直结构转变为乔、灌、草3层，乔木不规则稀疏分布，灌木群落和草本的水平结构斑块性较明显，这与立地空间分布的异质性有关，通常在有一定土层且水分条件好的小环境存在乔木和灌木植物群落。与自然演替2 a道路边坡相比，植物水平结构的斑块性减弱，群落环境土层加厚，地表的营养物质增加，生境的稳定性大大提高[8]。
2.2：各标准地植被群落物种组成：
自然演替2 a的采石平台植物主要有狗尾草、猪毛菜、艾蒿、地黄、牛筋草、葎草和鬼针草等，由于群落环境恶劣，能够在群落中生存的物种不多，禾本科和菊科植物优势度较大。自然演替2 a道路边坡植被物种组成和自然演替2 a采石平台较为相似，主要植物有狗尾草、牛筋草、马唐、艾蒿、苦苣菜、蒲公英、鬼针草和鹅绒藤等。
自然演替11 a的采石平台优势植物以多年生草本植物为主，北京隐子草、荩草、南牡蒿、艾蒿、细叶苔草和鹅绒藤等物种的重要值较高，木本植物仅有少量胡枝子、酸枣和荆条。自然演替13 a的道路边坡进入灌木层占优势层的演替阶段。由于土壤、水分等生境条件恶劣，演替时间短，群落中木本植物物种种类较少，乔木物种有臭椿、君迁子、榆树3种，灌木有荆条、酸枣、杠柳、胡枝子、葎叶蛇葡萄、锦鸡儿、小叶鼠李7种，且以阳性、耐干旱贫瘠的先锋种荆条、酸枣为主。自然演替13 a的道路边坡草本层与自然演替11 a的采石平台主要草本物种相差不大，在土层薄、无灌木生长的区域，艾蒿、北京隐子草、荩草等为优势种，紫菀、鸭跖草和野菊花等在草本群落中增多。
2.3：各标准地植被物种多样性
2.3.1：物种丰富度。
隨着演替的进行，采石平台和道路边坡植物的科、种数量均呈现较明显的增长趋势（表1）。自然演替2 a采石平台标准地植被共计7科15种，自然演替11 a的采石平台增加为9科25种。自然演替2 a道路边坡标准地植被共计7科14种，自然演替13 a道路边坡增加为15科41种，科数、种数都超过自然演替2 a道路边坡的2.00倍。自然演替2 a道路边坡和自然演替2 a采石平台物种数接近，但自然演替13 a道路边坡物种丰富度是自然演替11 a采石平台的1.64倍。
2.3.2：物种多样性。
自然演替2 a采石平台的物种Shannon-Wiener 指数为2.15，自然演替2 a道路边坡Shannon-Wiener 指数为2.24，二者较为接近。自然演替11 a采石平台灌木Shannon-Wiener 指数为0.79，草本为2.69；自然演替13 a道路边坡乔木Shannon-Wiener 指数为0.89，灌木为1.41，草本为3.12。
3：结论与讨论
（1）该研究结果表明，井陉采石场自然演替2 a采石平台和自然演替2 a道路边坡的物种组成较简单，以1年生草：
本为主，且物种多样性低，植被分布与本底基质土壤含量相关性较大。自然演替11 a采石平台和自然演替13 a道路边坡物种多样性较演替2 a标准地有较大提高，物种由1年生阳性草本演变为以多年生草本和灌木为主。
（2）自然演替2 a采石平台和自然演替2 a道路边坡的物种组成较为相似，而自然演替11 a采石平台和自然演替13 a道路边坡不论物种组成、植被结构还是物种多样性均有较大差距。道路边坡含有一定量的泥土，较好的基质条件决定了其植被演替较采石平台快。时间是植被演替的重要因素，但是通过改善立地条件，遵循植被的演替规律，可以大大加快植被的演替进程[9]。
参考文献
[1] 李红月.矿区水土流失特征及生态修复[J].水土保持应用技术，2006（5）：20-22.
[2] 么春华.对采矿塌陷区进行生态修复的认识[J].河北林业科技，2008（4）：79-81.
[3] 廖怡斐，康乔煌，达峰，等.古交西山矿区煤矸石山生态修复模式研究与探讨[J].山西煤炭，2009，29（3）：9-10.
[4] 石丽丽.京西石灰石采石场废弃地植被恢复效果及其评价研究[D].北京：北京林业大学，2014.
[5] 赵方莹，程小琴.采石场废弃地自然恢复植物群落类型研究[J].林业科技开发，2010，24（5）：25-29.
[6] 王琼，辜再元，史春华，等.废弃采石场植被自然恢复过程中物种多样性变化特征[J].环境科学研究，2009，22（11）：1305-1311.
[7] 石丽丽，王雄宾，徐成立.间伐干扰对冀北山地油松人工林群落演替趋势影响[J].东北林业大学学报，2013，41（4）：43-45.
[8] 袁剑刚，周先叶，陈 彦，等.采石场悬崖生态系统自然演替初期土壤和植被特征[J].生态学报，2005，25（6）：1517-1522.
[9] 韩芳.四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究[D].泰安：山东农业大学，2008.