李江锋
中水北方勘测设计研究有限责任公司
摘要：本文通过对北京首云铁矿尾矿库人工恢复植被群落的实地调查，进行了不同恢复年限植物多样性及生物量分析、不同恢复年限土壤养分分析、土壤养分含量与地上植物多样性和地上生物量的关系分析，并就人工恢复植被群落的多样性和土壤养分含量和周围自然群落进行了对比。
关键词：北京首云铁矿；尾矿库；植被群落；土壤养分
1研究区立地条件分析
北京首云铁矿原建有两座尾矿库，其中一座已贮满停止使用，目前使用的尾矿库是位于矿区西侧的和尚峪尾矿库，于1991年5月投产使用，建有两座初期坝，均为透水堆石坝。
尾矿库坝面由尾矿砂碾压而成，以尾矿砂为物质组成，东西走向，整个坡面均为阳坡，分级堆砌，随着地势东低西高坡面由五级减少到三级。坡度在30°～40°之间。由于尾矿砂颗粒粗，保水保肥性能较差，除近十年来人工绿化的部分坡面外，尾矿库坝面废弃地在十几年的自然恢复状态下几乎寸草不生。尾矿坝顶平坦，均为松散的尾矿砂，表面极干燥。经过净化处理的工业废水通过管道排放在坝顶中心处，形成一处湖泊[1]。
2采取的植被恢复措施
1997年尾矿库在运行6年后进行了第一次植被恢复，主要是采用客土大苗造林技术，局部裸露的坡面进行客土栽植紫穗槐、丁香等灌木；2004年铺设生态植被毯进行植被恢复，采用黑麦草、沙打旺等植物种，后栽植紫穗槐；2005年在全面覆盖10cm山皮土层并撒施有机肥后，铺设生态植被毯进行植被恢复，采用波斯菊、沙打旺、紫花苜蓿、紫穗槐、荆条等植物种；2006至2009年，铺设生态植被毯进行植被恢复，采用波斯菊、紫花苜蓿、沙打旺、胡枝子、紫穗槐、荆条等植物种。
3调查方法
在尾矿库坝面按每个恢复年限设置3个样地，共设置21个10m×10m标准地，主要进行灌草植被调查，分为灌木层和草本层。灌木层在标准地内选取4个5m×5m样方，草本层调查在每个灌木样方中心及四角设置1m×1m样方主要用于草本层及地表特征指标的测定，样方调查取样见图5-1。同时在每块标准地中选择代表平均状况的地点挖掘一个土壤剖面，测量土壤发育层的厚度，并收集土样分析土壤指标，主要有pH、有机质含量（%）、全氮含量（%）、速效磷含量（mg/kg）以及速效钾含量（mg/kg）和重金属含量等。
图3 10m×10m标准地样方布置图
4土壤养分与植被群落结构分析
4.1不同恢复年限植物多样性及生物量分析
由表1可知，尾矿库不同恢复年限的灌木层中，恢复5年的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数最高；其次为恢复13年的丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数，分别为3.33和0.89。从表2中可知，草本层中，恢复2年的丰富度指数最高，为17.00；恢复5年的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson多样性指数最高。恢复1到3年的灌木层物种多样性指数没有数值，是由于灌木的自身生长情况，其间灌木处于幼苗期，植被调查时被认定为草本植物。恢复2年的草本层丰富度指数最高，这是由于草本层中除了有大量的草本植物外，还有许多灌木的幼苗。
由图4可直观地反映出尾矿库不同恢复年限的地上部分生物量的变化趋势，其中，恢复6年的生物量值最高，其值为1426.51kg，恢复13年的生物量值最低，为1027.99kg，比恢复6年的植物生物量值降低了27.9%。恢复6年的植物群落处于旺盛期，其生物量达到最高，随着恢复时间的增加，植物群落趋于稳定，生物量值也达到一个相对稳定的值，相对旺盛期的数值有所下降。
由表4可知，Pielou均匀度指数与有机质含量是弱正相关关系，Shannon- Wiener多样性指数与全N也为弱负相关关系。也即有机质含量的增加，也使得Pielou均匀度指数增加，但不明显，并非影响其变化的唯一因素。随着全N含量的增加，Shannon- Wiener多样性指数减小不太明显。
5与周围自然植物群落对比分析
5.1植物多样性对比分析
对尾矿库不同恢复年限的群落与周围自然植物群落进行植物多样性对比。由表5可知，周围自然植物群落中灌木层的丰富度指数、Pielou均匀度指数、Shannon- Wiener多样性指数和Simpson多样性指数均小于尾矿库不同恢复年限的灌木层的各项多样性指数。可见人工恢复植物群落中的灌木层生长要好于自然植物群落中的灌木层，人工恢复所选择的植物种及其配置模式都是符合尾矿库条件的。周围自然植物群落中灌木层的多样性指数与恢复6年的各项多样性指数相差不大，说明恢复6年的灌木层与自然植物群落中的灌木层相似。
‘’如表6所示，不同恢复年限的草本层的丰富度指数较大，是由于灌木处于幼苗期，当作草本植物进行调查。自然植物群落中的草本层各项多样性指数均小于恢复5年的草本层多样性指数，如恢复5年的丰富度指数为16.00，大于自然植物群落的草本层的14.63；恢复5年的Pielou均匀度指数为0.80，大于自然群落的0.78；恢复5年的Shannon-Wiener多样性指数为2.22，大于自然群落的2.06；恢复5年的Simpson多样性指数为0.85，大于自然群落的0.81。可见，恢复5年的草本层生长好于自然植物群落中的草本层。
5.2土壤养分含量对比分析
对尾矿库不同恢复年限的群落与周围自然植物群落的土壤养分含量进行对比。尾矿库恢复的土地中，土壤硝态N的含量均低于自然恢复的硝态N含量，并且差距很大，恢复6年的土壤硝态N含量最高，为自然群落的94.14%。速P的含量除恢复1年的速P含量稍小于自然群落的土壤速P含量外，均大于自然群落土壤速P的含量11.38mg/kg。自然群落土壤速K含量为172.62mg/kg，为恢复1年的土壤速K含量的96.02%，为恢复3年的土壤速K含量的73.82%。自然群落土壤的全N含量仅小于恢复13年的土壤全N含量，为其95.28%。有机质仅恢复7年的土壤含量高于自然群落土壤，且是自然群落土壤含量的4倍。
6结论
在对尾矿库坝面和排土场平台的植被恢复群落就植物多样性、生物量、土壤理化性质和植被与土壤因子之间的关系深入研究后表明，人工恢复植物群落在5~6年时多样性、生物量达到高峰，之后逐步退化但趋向稳定。和周围自然植物群落进行比较后说明在经过5~6年后，人工植物群落中的灌木层与自然植物群落中的灌木层在多样性方面较为相似。
参考文献：
[1]《北京首钢铁矿沙厂矿区深部开采水土保持方案报告书（报批稿）》，2005
论文作者:李江锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/10
标签：尾矿论文; 植物群落论文; 多样性论文; 土壤论文; 群落论文; 灌木论文; 指数论文; 《防护工程》2018年第30期论文;