废弃石料生产场自然恢复早期植被动态

废弃采石场是较为严重的生态环境问题之一, 世界各国对其整治已给予了高度重视, 提出了各种采石场生态恢复的理论和技术模式[ 1, 2]。广西的岩溶区域面积约为8. 95×106 hm2, 占广西土地总面积的37. 8%。随着经济的快速发展, 各地在岩溶石山兴建了许多采石场, 开山采石不仅导致植被破碎化、自然景观遭受破坏和生物多样性锐减, 而且开采后形成裸露的废弃地, 加剧了岩溶石山生态环境的恶化, 同时也造成资源浪费。研究表明, 植被重建是恢复退化生态系统功能的关键, 目前对于废弃采石场植被恢复的研究已经涉及土壤种子库、种群动态、生物量、恢复模式等方面[ 4～9]。本文开展岩溶石山废弃采石场自然恢复早期阶段的植被动态及其驱动力研究, 旨在为采取合理措施恢复和重建岩溶石山采石场废弃地的植被及生态环境提供参考。

研究地点位于广西田阳县的岩溶石山区。田阳县地处北纬23°29. 08′～24°07. 06′, 东经106°22. 17′～107°08. 32′, 属南亚热带季风气候。年平均气温18～22 °C, 最热月( 7 月) 平均气温为29. 6 °C, 日极端最高温达39 °C; 最冷月( 1 月) 平均气温为9. 6 °C, 日极端最低温为- 1. 2 °C。年均降雨量为1 100. 8～1 350mm, 雨季集中在5～9 月。在植被地理上, 田阳县属南亚热带季雨林植被区, 但由于长期乱砍滥伐以及山林火灾, 原生植被保存较少, 主要为人工林、次生林、灌草丛等。

采石场废弃地早期的地面主要是大小不等的碎石, 只有耐贫瘠、耐干旱和抗高温的植物才能够侵入和定居, 形成先锋群落。研究发现, 田阳岩溶石山采石场废弃地植被的自然恢复是以草本植物的出现和定居生长开始。植物来源主要依靠土壤种子库的种子或附近植物扩散落入的种子, 以菊科及禾本科植物为主。飞蓬、艾蒿、飞机草、鬼针草、马唐、牛筋草、扭黄茅、苍耳等是常见的先锋植物, 其中飞蓬、扭黄茅、马唐、鬼针草、飞机草是形成先锋群落的建群种或优势种。由于早期废弃地的生态环境条件比较差, 植物群落为草本群落, 而且物种多样性波动比较大, 这主要与组成群落的植物种的适应性和竞争能力密切相关。适生的先锋草本植物在废弃的次生裸地上定居生长后, 由于竞争小, 个体数量迅速增多, 加上其他植物的不断侵入, 物种多样性明显增高。例如, 图1 中, 5 年废弃地的草本植物和整个群落的物种多样性指数均出现峰值。随着群落的继续发育, 由于种内种间竞争以及环境的筛选作用, 一些种类被排斥或个体数量减少, 由此导致草本植物和整个群落的物种多样性降低。例如, 10 年废弃地的草本植物和整个群落的物种多样性指数明显下降, 主要是由于这一时期扭黄茅种群个体数量( 达17 株/ m2 ) 显著增多引起的; 扭黄茅是多年生的密丛型禾本科植物, 分蘖力较强, 其个体数量的变化对群落其他成员的影响比较大。经过一段时期的群落发育后, 废弃地土壤层厚度逐渐增加而更有利于植物生长, 特别是灌木种类的入侵和定居后, 进一步改善了群落生态环境, 逐渐形成具有灌木层和草本层两层结构分化的灌木群落, 从而有利于其他植物的入侵和定居, 提高群落的物种多样性。岩溶石山采石场废弃地常见的灌木群落主要是红背山麻杆群落, 因为红背山麻杆具有发达的根系, 而且根系横向扩散和根萌能力极强, 形成先锋树种。

研究发现, 岩溶石山废弃采石场自然恢复早期每个群落发育阶段只有10～25 种植物, 群落的组成种类比较少, 特别是木本植物种类, 例如20 年废弃地群落只有5 种灌木生长。因此, 必须采取人工措施来提高采石场废弃地的植被恢复进程, 特别是引种一些适生且速生的乔木树种。