辽西半干旱地区矸石废弃地造林树种筛选

杨森

（阜新市林业局，辽宁 阜新 123000）

废弃地主要是指大量的矿物开采而造成的表土被剥离，地下开采出的废石及低品位矿石堆积在地表，从而形成的大面积由废石堆积而成的废地，这些废弃物颗粒直径比较大，短时间内很难风化［1］。这里以煤矸石为例，煤矸石简称矸石，是在煤炭开采、洗选及加工过程中产生的与煤层伴生的各种含碳量低、坚硬的黑色或黑灰色岩石，属于煤矿的固体废弃物。在煤炭开采、洗选、加工过程中均会排出煤矸石，其排放率随煤的品种、产地的不同而变化，一般其排放量为原煤产量的10%～30%。排放出的大量煤矸石不断堆积，形成矸石废弃地。废弃地的立地条件极为恶劣，由于缺乏土壤基本结构，养分贫瘠、极端酸碱性、重金属元素含量较高、种子库缺失等原因，植被的自然恢复是非常缓慢的［2］。矸石废弃地造林树种筛选是一个复杂的问题，其理论基础是恢复生态学。选择适宜的造林树种就成为矿区土地植被恢复成功的关键［3］，尤其对于煤矸石废弃地这样特殊的立地条件更是如此，适宜植被恢复的树种应具有抗逆性强、适应能力强、耐干旱、耐高温灼热、耐瘠薄、耐盐碱、抗污染、抗毒害、速生、根系发达以及改土作用强等，并且同等条件下应优先选择乡土植物种［4］。本研究旨在对辽西半干旱地区不同类型矿山废弃地进行全面踏查基础上，选择阜新、朝阳北票、葫芦岛南票区主要废弃地为研究对象，通过在不同排放年龄废弃地进行人工栽植乡土树种，科学地配置造林模式，然后对乡土树种造林试验形成的人工植被进行生长状况调查进而筛选出适宜相应矿山废弃地的适生树种，供不同类型矿山废弃地推广应用。

1 研究区概况

阜新市地处辽宁省西北部，北临科尔沁沙地，东接辽河平原，西靠热河山地，为辽河与大凌河流域上中游浅山丘陵区。海拔192～293m，属温带半干旱大陆性季风气候，多年平均降水量480mm，降水集中于7—9月，占全年降水量的70%。年平均蒸发量1 800mm，年平均气温7.3℃，相对湿度59%，无霜期156d。≥10℃的积温3 341.4℃，全年日照时数为2 621.7h。年平均风速2.8m·s－1。地带性土壤为风沙土、淋溶褐土、褐土性土，土层较薄。当地煤矸石的组成主要是粉砂岩、砾岩、煤页岩和泥岩等岩石成分。植被属华北、蒙古和长白山三大植物区系的交汇地带，分布着中旱生的草本和灌木，如荆条（Vitexchinensisvar.heterophylla）、虎榛子（Ostryopsisdavidiana）等，旱生植物如兴安胡枝子（Lespedezadavurica）、多叶隐子草 （Cleistogenes polyphylla）等，耐旱植物紫菀（Astertataricus）、羊草（Leymuschinensis）等［1］。

2 研究材料

2.1 研究材料

2.1.1 阜新海州区高德矸石废弃地 于2000年栽植沙枣、沙棘、紫穗槐，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50cm×50cm×40cm）。于2005年栽植白榆。

2.1.2 阜新海州南缘第一台阶 于2003年栽植白榆，株行距均为2m×3m，穴状整地（60cm×60cm×60cm），每穴换土15kg。沙枣、沙棘、紫穗槐，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.3 朝阳北票市大黑山林场金矿堆积物 于2003年栽植锦鸡儿，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.4 朝阳北票市大黑山林场三道渠铁矿废弃地于2002年栽植沙棘，株行距1.0m×1.5m，穴状整地（50cm×50cm×40cm）。

2.1.5 阜新太平区孙家湾矸石废弃地 于2003年栽植白榆、刺槐，株行距均为2.0m×3.0m，穴状整地（60cm×60cm×60cm），每穴换土15kg。锦鸡儿、紫穗槐，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50 cm×50cm×40cm）。

2.1.6 葫芦岛南票区矸子山 于2002年栽植白榆、臭椿、火炬树，2～3年生营养杯或是用大塑料袋装满2～3kg土造林，株行距均为2.0m×3.0 m。紫穗槐，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50 cm×50cm×40cm）。

2.1.7 阜新海州南缘排土场第三台阶 于2002年栽植白榆、侧柏（营养钵）、火炬树（2年生苗）、刺槐、杨树，株行距均为2.0m×3.0m，穴状整地（60cm×60cm×60cm），每穴换土15kg。

2.1.8 朝阳北票市小红石砬铁矿堆积物 于2000年裸根塑料袋栽植2年生侧柏、樟子松，株行距均为2.0m×3.0m，穴状整地（60cm×60cm×60cm）。

2.1.9 阜新新邱区胜利村煤矿矸石废弃地（客土）于2005年进行了客土复垦，客土厚度60cm，栽植杨树、白榆、刺槐，株行距为2.0m×2.0m，穴状整地（60cm×60cm×60cm）。

2.1.10 阜新新邱区露天矿矸石废弃地 于2005年栽植刺槐、榆树、火炬树，臭椿、侧柏（营养钵大苗）株行距为2.0m×3m，穴状整地（60cm×60cm×60cm），每穴换土15kg。紫穗槐、锦鸡儿，株行距为1.0m×1.5m，穴状整地（50cm×50cm×40 cm）。

2.1.11 朝阳北票市大黑山林场金矿堆积物（2）于2003年栽植臭椿、侧柏，樟子松、火炬，株行距均为2.0m×3.0m，穴状整地（60cm×60cm×60 cm），每穴换土15kg。

2.1.12 朝阳北票市大黑山林场三道渠铁矿废弃地于2002年营养杯造林，树种樟子松、臭椿，林下紫花苜蓿。于2000年裸根塑料袋栽植2年生侧柏、旱柳，株行距均为2.0m×3.0m，穴状整地（60cm×60cm×60cm）。

3 研究方法

利用土壤物理性质分析软件对试验地进行层次聚类分析，以排矸年龄为划分界限，划分为不同矸石废弃地类型，通过不同类型的矿区废弃地造林试验，标准地实地调查，分别对人工栽植树种进行生长状况及生长量调查。

4 结果与分析

4.1 不同年龄矸石废弃地立地类型划分

把矸石废弃地按土壤物理性质聚类，以排矸年龄为划分界限，可以划分为以下4个类型［5］：

Ⅰ类：废弃年限在7年以内的矸石山（阜新海州区高德矸石废弃地、阜新海州南缘第一台阶、朝阳北票市大黑山林场金矿堆积物、朝阳北票市大黑山林场三道渠铁矿废弃地）；

Ⅱ类：废弃年限在8～20年之间的矸石山（阜新太平区孙家湾矸石废弃地、葫芦岛南票区矸子山）；

Ⅲ类：废弃年限在21～40年之间的矸石山（阜新海州南缘排土场第三台阶、朝阳北票市小红石砬铁矿堆积物（排土场））；

Ⅳ类：废弃年限在41年以上的矸石山（阜新新邱区胜利村矿矸石废弃地（客土）、阜新新邱区露天矿矸石废弃地）。

4.2 Ⅰ类矸石废弃地造林树种成活率与保存率

在Ⅰ类矸石废弃地上，由于自然环境较差，停止排矸年限较短，土壤风化程度弱，不太适宜大乔木生长，只能适宜一些旱生的灌木树种［6，7］。不同树种在Ⅰ类矸石废弃地造林其存活率有较大差异，调查结果见图1。

图1 Ⅰ类矸石废弃地不同造林树种成活率与保存率

从图1中可以看出，紫穗槐、锦鸡儿、白榆在Ⅰ类立地类型上的成活率和保存率显著高于其他造林树种，这证实紫穗槐、锦鸡儿、白榆在早期自然选择时期是理想的先锋树种，随着废弃地年龄的增加，始终有着较高的造林成活率和保存率，可以说明紫穗槐、锦鸡儿、白榆是各类型废弃地的造林先锋树种。而沙棘、沙枣在Ⅰ类矸石废弃地上的成活率明显低于紫穗槐、锦鸡儿、白榆。对于灌木造林树种的造林成活率、保存率经统计分析可以看出，紫穗槐、锦鸡儿在Ⅰ类矸石废弃地上的成活率明显高于其他灌木树种，可以看出紫穗槐是较好的灌木先锋造林树种，适应性较高。而同样是豆科的锦鸡儿成活率也较高，说明豆科树种在废弃年限较短的废弃地上都有较强的适应性［8］，可作为先锋造林树种选择的参考条件。综合以上树种的成活率、保存率得出：Ⅰ类矸石废弃地适宜的造林树种排序为紫穗槐＞锦鸡儿＞白榆＞沙棘＞沙枣。

4.3 Ⅱ类矸石废弃地造林树种成活率与保存率

在Ⅱ类立地类型上不同造林树种成活率、保存率见图2。

图2 Ⅱ类矸石废弃地不同造林树种成活率与保存率

与图1数据对比，在Ⅱ类矸石废弃地上，由于自然环境仍然较差，随着废弃年限的增加，造林成活率、保存率也呈现出相应的提高趋势［9］。由于废弃年限增加，矸石废弃地土壤风化程度高，各种养分条件已接近成土母质的养分水平，已适宜造林［10］。从图2可以看出，紫穗槐、锦鸡儿灌木树种的成活率分别为90.12%、89.43%，较Ⅰ类立地类型上略有提高，并保持着较高水平。而对于乔木树种火炬树、臭椿、白榆、刺槐的成活率分别为86.3%、85.3%、85.05%、85.01%，保存率分别为85.2%、85.01%、83.03%、82.44%。从成活率和保存率上看，总体上灌木树种的成活率和保存率要高于乔木树种。说明随着废弃地废弃时间的增加和土壤风化程度的加大，更适宜灌木树种的成活、生长。经分析，紫穗槐、锦鸡儿在Ⅰ、Ⅱ立地类型上的保存率都在89%以上，并与其他灌木、乔木造林树种的成活率、保存率呈显著差异，可见紫穗槐、锦鸡儿是很好的矸石废弃地上造林树种。各造林树种成活率、保存率排序为紫穗槐＞锦鸡儿＞火炬树＞臭椿＞白榆＞刺槐。

4.4 Ⅲ类矸石废弃地造林树种成活率与保存率

在Ⅲ类矸石废弃地造林其存活率有较大差异，调查结果见图3。

图3 Ⅲ类矸石废弃地不同造林树种成活率与保存率

从图3中可以看出，火炬树、臭椿、刺槐在Ⅲ类立地类型上的成活率和保存率显著高于其他造林树种，这证实火炬树、臭椿、刺槐较适于Ⅲ类矸石废弃地立地条件，随着废弃地年龄的增加，始终有着较高的造林成活率和保存率。而樟子松、侧柏、杨树及白榆在Ⅲ类矸石废弃地上的成活率明显低于火炬树、臭椿、刺槐。火炬树、臭椿、刺槐可作为Ⅲ类矸石废弃地优选造林树种。综合以上树种成活率、保存率得出对Ⅲ类矸石废弃地适宜的造林树种排序为火炬树＞臭椿＞刺槐＞白榆＞杨树＞侧柏＞樟子松。

4.5 Ⅳ类矸石废弃地造林树种成活率与保存率

图4 Ⅳ类矸石废弃地不同造林树种成活率与保存率

从图4可以看出：刺槐、火炬树、杨树、旱柳在Ⅳ类地型上成活率和保存率显著高于其他造林树种，这说明此3种树种是该类地区理想的造林树种，如果再综合地理景观、美化环境等方面的要求，樟子松、侧柏也是可以优先考虑的树种，因为它们的耐干旱、耐风沙性能较之杨树要强一些。确定Ⅳ类地区矸石废弃地适宜的造林树种排序为：火炬树＞臭椿＞刺槐＞杨树＞旱柳＞白榆＞侧柏＞樟子松。

5 结论

5.1 通过对不同排放年龄的矸石废弃地土壤物理性质分析，应用聚类分析，以年龄为划分界限，将矸石废弃地划分为4个阶段：Ⅰ类，阜新海州区高德矸石废弃地、阜新海州南缘第一台阶、朝阳北票市大黑山林场金矿堆积物、朝阳北票市大黑山林场三道渠铁矿废弃地；Ⅱ类，阜新太平区孙家湾矸石废弃地、葫芦岛南票区矸子山；Ⅲ类，阜新海州南缘排土场第三台阶、朝阳北票市小红石砬铁矿堆积物（排土场）；Ⅳ类，阜新新邱区胜利村矿矸石废弃地（客土）、阜新新邱区露天矿矸石废弃地。

5.2 确定Ⅰ类矸石废弃地适宜的造林树种排序为紫穗槐＞锦鸡儿＞白榆＞沙棘＞沙枣。在Ⅱ类矸石废弃地上，各造林树种成活率、保存率排序为紫穗槐＞锦鸡儿＞火炬树＞臭椿＞白榆＞刺槐。Ⅲ类矸石废弃地适宜的造林树种排序为火炬树＞臭椿＞刺槐＞白榆＞杨树＞侧柏＞樟子松。Ⅳ类地区矸石废弃地适宜的造林树种排序为：火炬树＞臭椿＞刺槐＞杨树＞旱柳＞白榆＞侧柏＞樟子松。

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