廢棄石料生產場自然恢復早期植被動態

廢棄采石場是較為嚴重的生態環境問題之一, 世界各國對其整治已給予了高度重視, 提出了各種采石場生態恢復的理論和技術模式[ 1, 2]。廣西的巖溶區域面積約為8. 95×106 hm2, 占廣西土地總面積的37. 8%。隨著經濟的快速發展, 各地在巖溶石山興建了許多采石場, 開山采石不僅導致植被破碎化、自然景觀遭受破壞和生物多樣性銳減, 而且開采后形成裸露的廢棄地, 加劇了巖溶石山生態環境的惡化, 同時也造成資源浪費。研究表明, 植被重建是恢復退化生態系統功能的關鍵, 目前對于廢棄采石場植被恢復的研究已經涉及土壤種子庫、種群動態、生物量、恢復模式等方面[ 4～9]。本文開展巖溶石山廢棄采石場自然恢復早期階段的植被動態及其驅動力研究, 旨在為采取合理措施恢復和重建巖溶石山采石場廢棄地的植被及生態環境提供參考。

研究地點位于廣西田陽縣的巖溶石山區。田陽縣地處北緯23°29. 08′～24°07. 06′, 東經106°22. 17′～107°08. 32′, 屬南亞熱帶季風氣候。年平均氣溫18～22 °C, 最熱月( 7 月) 平均氣溫為29. 6 °C, 日極端最高溫達39 °C; 最冷月( 1 月) 平均氣溫為9. 6 °C, 日極端最低溫為- 1. 2 °C。年均降雨量為1 100. 8～1 350mm, 雨季集中在5～9 月。在植被地理上, 田陽縣屬南亞熱帶季雨林植被區, 但由于長期亂砍濫伐以及山林火災, 原生植被保存較少, 主要為人工林、次生林、灌草叢等。

采石場廢棄地早期的地面主要是大小不等的碎石, 只有耐貧瘠、耐干旱和抗高溫的植物才能夠侵入和定居, 形成更早群落。研究發現, 田陽巖溶石山采石場廢棄地植被的自然恢復是以草本植物的出現和定居生長開始。植物來源主要依靠土壤種子庫的種子或附近植物擴散落入的種子, 以菊科及禾本科植物為主。飛蓬、艾蒿、飛機草、鬼針草、馬唐、牛筋草、扭黃茅、蒼耳等是常見的更早植物, 其中飛蓬、扭黃茅、馬唐、鬼針草、飛機草是形成更早群落的建群種或優勢種。由于早期廢棄地的生態環境條件比較差, 植物群落為草本群落, 而且物種多樣性波動比較大, 這主要與組成群落的植物種的適應性和競爭能力密切相關。適生的更早草本植物在廢棄的次生裸地上定居生長后, 由于競爭小, 個體數量迅速增多, 加上其他植物的不斷侵入, 物種多樣性明顯增高。例如, 圖1 中, 5 年廢棄地的草本植物和整個群落的物種多樣性指數均出現峰值。隨著群落的繼續發育, 由于種內種間競爭以及環境的篩選作用, 一些種類被排斥或個體數量減少, 由此導致草本植物和整個群落的物種多樣性降低。例如, 10 年廢棄地的草本植物和整個群落的物種多樣性指數明顯下降, 主要是由于這一時期扭黃茅種群個體數量( 達17 株/ m2 ) 顯著增多引起的; 扭黃茅是多年生的密叢型禾本科植物, 分蘗力較強, 其個體數量的變化對群落其他成員的影響比較大。經過一段時期的群落發育后, 廢棄地土壤層厚度逐漸增加而更有利于植物生長, 特別是灌木種類的入侵和定居后, 進一步改善了群落生態環境, 逐漸形成具有灌木層和草本層兩層結構分化的灌木群落, 從而有利于其他植物的入侵和定居, 提高群落的物種多樣性。巖溶石山采石場廢棄地常見的灌木群落主要是紅背山麻桿群落, 因為紅背山麻桿具有發達的根系, 而且根系橫向擴散和根萌能力極強, 形成更早樹種。

研究發現, 巖溶石山廢棄采石場自然恢復早期每個群落發育階段只有10～25 種植物, 群落的組成種類比較少, 特別是木本植物種類, 例如20 年廢棄地群落只有5 種灌木生長。因此, 必須采取人工措施來提高采石場廢棄地的植被恢復進程, 特別是引種一些適生且速生的喬木樹種。