露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法

摘要

本发明公开一种露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法，主要包括如下步骤：步骤a、恢复区立地条件调查，调查恢复区的自然条件和立地条件；步骤b、植被调查和目标植物筛选；步骤c、目标群落配置；步骤d、种植方式/喷播。主要解决目前露天矿山及工业废弃场地生态修复工程中养护成本高、物种配置单一、景观协调性差、自然演替周期长、植被容易退化等问题，通过该方法构建的植物群落具有以下特点：在物种层次上适应性强、生长迅速；在群落层次上结构完善、演替持续；在生态系统层次上物种丰富、功能复合；在景观层次上结构协调、布局连续，可实现在露天矿山及工业废弃场地上快速、高效构建稳定的近自然植物群落的目的。

说明书

技术领域

本发明属于生态修复技术领域，尤其涉及一种露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法。

背景技术

植物配置对露天矿山及工业废弃场地的生态修复起到了关键作用，尤其是在倡导近自然恢复的理念要求下。植物的配置是否科学合理，决定了生态修复的短期效果与长期效益。目前露天矿山及工业废弃场地生态修复中植物配置方面的技术较缺乏，比如在物种选择方面多选择抗逆性强、耐瘠薄、具有水土保持功能的物种，而对植物长期的适应能力、入侵风险考虑不足；在功能方面，多选择具有水土保持功能和固氮功能的植物，而对植物的花粉传播、种子传播、增加生物多样性等功能考虑较少；在种植结构上，基于对短期复绿效果的追求，普遍参考城市园林绿化的配置方法和种植形式，多以连片或成排种植，对自然植被的物种配置特性考虑较少；从效益上，现有技术多考虑短期复绿效果，对群落的持续演替和生态系统的长期发展考虑不足。

由于对植物的结构和功能配置缺乏操作指导性强的技术方法，导致目前大部分的露天矿山及工业废弃场地生态修复工程存在养护成本高、物种配置单一、与周边景观不协调、自然演替周期长、群落容易退化且存在外来物种入侵的风险，且复绿后养护成本高、恢复效果不稳定且持续性差，达不到近自然群落构建的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法，通过对植物种类选择、物种配置模式、种植模式进行优化设计，构建投入少、见效快、近自然、能演替的近自然群落，以实现生态修复效果的稳定性、可持续性及少管护或无管护的目的，解决目前露天矿山及工业废弃场地植物群落构建中养护成本高、效果慢、植被单一、易退化和景观不协调等问题。

本发明的技术方案如下：一种露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤a、恢复区立地条件调查，调查恢复区的自然条件和立地条件；

步骤b、植被调查和目标植物筛选；

步骤c、目标群落配置；

步骤d、种植方式/喷播。

作为优选，所述步骤a中调查恢复区的自然条件包括调查海拔高度、地形地貌和位置情况，以确定最终的恢复模式；调查恢复区的立地条件包括调查坡度、坡向、微地形、土壤、植物生长情况，以便确定可选用的工程技术，如覆土种植、喷播、生态袋、构建种植槽、开凿种植穴的辅助种植设施。

作为优选，所述步骤b的具体操作步骤如下：

步骤b1、对恢复区具有代表性的区域及其周边自然群植被分别开展植被调查，调查以物种的生活型为主要依据，列出各自的优势种、亚优势种、常见种，并分析恢复区内外共有物种及其分布情况；

步骤b2、在以上物种中，按照以下优先顺序条件筛选出备用植物物种：

①植物种类的种苗易获得；

②耐瘠薄、抗旱性强、管理粗放；

③植物根系发达、扩展能力强；

④植物绿期长，自我繁殖能力强；

步骤b3、将步骤b2筛选出的备用植物物种按照生态功能进行分类；

步骤b4、根据恢复区特征和周边自然群落类型，确定目标群落类型，将符合步骤b3的植物按照乔灌草结构、乔灌藤草结构、灌草结构和灌藤草结构进行配置，确保每一种配置结构以水土保持物种为主，同时具有蜜粉源植物/果源植物、豆科/固氮植物等种类。

作为优选，所述步骤c具体包括如下步骤：

步骤c1、确定群落物种：将恢复区内的先锋植物作为演替前期物种，恢复区周边自然群落的物种作为演替后期物种，按照演替前期物种：演替后期物种＝2:1的配置方式进行配比；同时应根据目标群落类型选择，乔木种类≥2种，灌木种类≥3种，藤本/攀缘植物≥2种，草本植物种类≥3种；

步骤c2、组团矩阵式种植设计：

当目标群落中有乔木时，选择两种以上的乔木作为群落构架，以3-4m的间距进行设计，将不同的乔木依次种植，横向与纵向呈品字形，以乔木为中心，依次选用2种以上不同的灌种植于乔木四周，灌木与乔木之间的间距设计为0.5m，乔木与灌木形成组团，组团的种树种的配置呈矩阵形态；

当目标群落为灌木群落时，选取3种以上灌木，按照2种以上灌木依次搭配的形式构建组团，灌木之间间距设计为0.5m，组团间距设计为2m-2.5m，横向与纵向呈品字形，组团的植物配置呈矩阵形态；

步骤c3、喷播加上垂下爬：

当恢复区坡度＞25°，且无土或不具备覆土条件时，可采用喷播技术，将配置好的混合种子与种植基质混合喷附于恢复区；混合种子的配置方式如下：按照演替前期物种：演替后期物种＝2:1的配置方式进行配比；灌木种类≥3种，藤本/攀缘植物≥2种，草本植物种类≥3种，其中豆科/固氮植物种类≥2种；

步骤c4、计算每种植物的用量：

以组团矩阵式种植，对于乔灌草结构、乔灌藤草结构：灌木的数量为乔木的2-3倍，藤本/攀缘植物的数量为乔木的1-2倍，草本植物数量为乔木的10-30倍；对于灌藤草结构、灌草结构：以3种以上的灌木作为一个组团，组团之间的间距为(2.0m-2.5m)×(2.0m-2.5m)，根据恢复区面积大小确定灌木数量，藤本/攀缘植物的数量为乔木的1-2倍，草本植物数量为乔木的10-30倍；

以喷播方式种植，对于灌藤草结构、灌草结构：灌木以最终要形成灌木的群落密度为参考，根据常规灌木种植密度为准，计算灌木种子的喷播量；草本植物的种子数量根据最终草本植物的密度为参考设计，以1株灌木配置5-10株草本植物的比例计算草本植物种子喷播量，攀缘植物的量为灌木总量的1-2倍，进行喷播或采用带根苗在坡顶和坡底进行栽植，栽植数量按照藤本植物的常规种植间距计算。

作为优选，所述步骤d中，

对于25°以下恢复区采用覆土种植，对恢复区表面进行杂物清理和土地平整，必要时设置一定的水土保持构筑物，以保证表土不流失；种植完成后，可选择在种植完成的地表覆盖3-5cm厚的枯枝落叶、树皮等腐殖质形成保护层，保护表土的土壤水分和减轻侵蚀；

对于25°以上恢复区，由于缺乏直接覆土的条件，结合工程技术手段构建种植槽、V型槽、鱼鳞坑、挖凿种植穴、生态袋辅助种植设施，在种植设施内填土之后，将配置好的植物按照组团矩阵式进行种植，或采用播种方式将配置好的种子进行播种；若采用喷播加上垂下爬式恢复方式，喷播完毕后在坡顶和坡脚分别种植不同类型的藤本/攀缘植物，根据其扩展性间距设计为0.5-1.0m；喷播完成后，采用无纺布或草帘等进行覆盖以保护喷播基材，减缓水分丧失和土壤侵蚀。

本技术的群落构建技术基于自然的解决方式(NBS)的理念，通过模拟恢复区自然植被群落结构的时空配置特性，从物种、群落、生态系统和景观四个层次对目标群落的结构和功能进行设计，提出了基于目标群落构建的植物物种选择方法、群落的配置模式和种植模式等多维度的群落植物配置技术，为露天矿山及工业废弃场地的近自然植物群落构建提供科学、高效的技术指引。

通过该集成技术，构建的目标群落具有以下特征：

1、在物种层次上适应性强、生长迅速、自我繁殖力强、物种数量充足、竞争适度；

2、在群落层次上空间结构完整、正向演替动力充足、生态位丰富；

3、在生态系统层次上物种多样性丰富、生态系统功能复合；

4、在景观层次上结构合理，与周边环境协调。

有益效果：

1、本发明通过植物选择技术和配置模式构建了结构稳定、功能复合、景观协调的近自然群落，生态效益显著；

2、本发明通过构建近自然、能演替的植物群落，见效快，稳定性好，极大的减少了后期养护周期和成本，经济效益显著；

3、本发明应用范围广、可操作性强、技术集成性强，可广泛应用于露天矿山、工业废弃场地和自然损毁地等创面的近自然植物群落构建，社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的技术路线图。

图2为重庆石柱西南水泥有限公司绿色矿山专项绿化工程原始照片；

图3为图2采用本发明以后的现成效果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种露天矿山及工业废弃场地近自然群落构建的植物配置方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤a、恢复区立地条件调查，调查恢复区的自然条件和立地条件；

所述步骤a中调查恢复区的自然条件包括调查海拔高度、地形地貌和位置情况，以确定最终的恢复模式；调查恢复区的立地条件包括调查坡度、坡向、微地形、土壤、植物生长情况，以便确定可选用的工程技术，如覆土种植、喷播、生态袋、构建种植槽、开凿种植穴的辅助种植设施。

步骤b、植被调查和目标植物筛选；

所述步骤b的具体操作步骤如下：

步骤b1、对恢复区具有代表性的区域及其周边自然群植被分别开展植被调查，调查以物种的生活型为主要依据，如乔木、灌木、藤本/攀缘植物和草本植物，列出各自的优势种、亚优势种、常见种，并分析恢复区内外共有物种及其分布情况；

步骤b2、在以上物种中，按照以下优先顺序条件筛选出备用植物物种：

①植物种类的种苗易获得，易获得主要表现在采购容易、成本较低、种苗来源距离近；

②耐瘠薄、抗旱性强、管理粗放；

③植物根系发达、扩展能力强；

④植物绿期长，自我繁殖能力强；

步骤b3、将步骤b2筛选出的备用植物物种按照生态功能进行分类，如水土保持、蜜粉源植物、果源植物、豆科/固氮植物这些生态功能突出的植物和非入侵性的耐瘠薄、抗逆性强的先锋物种。

步骤b4、根据恢复区特征(恢复区特征主要以坡度为主要依据)和周边自然群落类型，确定目标群落类型，将符合步骤b3的备用植物按照乔灌草结构、乔灌藤草结构、灌草结构和灌藤草结构进行配置，确保每一种配置结构以水土保持物种为主，同时具有蜜粉源植物/果源植物、豆科/固氮植物这些种类。

步骤c、目标群落配置；

所述步骤c具体包括如下步骤：

步骤c1、确定群落物种：将恢复区内的先锋植物作为演替前期物种，恢复区周边自然群落的物种作为演替后期物种，按照演替前期物种：演替后期物种＝2:1的配置方式进行配比；同时应根据目标群落类型选择，乔木种类≥2种，灌木种类≥3种，藤本/攀缘植物≥2种，草本植物种类≥3种；坡度大于45°及有安全要求的边坡不宜采用大型乔木；

步骤c2、组团矩阵式种植设计：

当目标群落中有乔木时，选择两种以上的乔木作为群落构架，以3-4m的间距进行设计或者参考《造林技术规程》(GB/T 15776—2016)中相应乔木的种植密度进行设计，将不同的乔木依次种植，横向与纵向呈品字形，以乔木为中心，依次选用2种以上不同的灌种植于乔木四周，灌木与乔木之间的间距设计为0.5m，乔木与灌木形成组团，组团的种树种的配置呈矩阵形态；

若恢复区坡度＞25°，可选择2种以上藤本或攀缘植物，依次种植于组团之间。

当目标群落为灌木群落时，选取3种以上灌木，按照2种以上灌木依次搭配的形式构建组团，灌木之间间距设计为0.5m，组团间距设计为2m-2.5m，横向与纵向呈品字形，组团的植物配置呈矩阵形态；

步骤c3、喷播加上垂下爬：

当恢复区坡度＞25°，且无土或不具备覆土条件时，可采用喷播技术，将配置好的混合种子与种植基质混合喷附于恢复区；混合种子的配置方式如下：按照演替前期物种：演替后期物种＝2:1的配置方式进行配比；灌木种类≥3种，藤本/攀缘植物≥2种，草本植物种类≥3种，其中豆科/固氮植物种类≥2种；

由于藤本/攀缘植物扦插成活率一般大于其种子喷播成活率，可采用喷播灌木和草本植物种子，藤本/攀缘植物采用扦插种植。在喷播好的坡面上，选择具有吸附或攀爬能力强的藤本/攀缘植物种植于坡角位置，选择覆盖度高、适合下垂生长的藤本/攀缘植物种植于坡顶位置。

步骤c4、计算每种植物的用量：

以组团矩阵式种植，对于乔灌草结构、乔灌藤草结构：乔木的数量以《造林技术规程》(GB/T 15776—2016)中的密度确定乔木的数量，一般为3-4m；灌木的数量为乔木的2-3倍，根据组团内灌木种类数量确定；藤本/攀缘植物的数量为乔木的1-2倍，根据藤本/攀缘植物的常规种植密度确定；草本植物数量为乔木的10-30倍；对于灌藤草结构、灌草结构：以3种以上的灌木作为一个组团，组团之间的间距为(2.0m-2.5m)×(2.0m-2.5m)，根据恢复区面积大小确定灌木数量，藤本/攀缘植物的数量为乔木的1-2倍，草本植物数量为乔木的10-30倍，根据单丛草本植物的大小确定，常规种植间距为0.1m×0.1m的取30倍，常规种植间距为0.3m×0.3m的取10倍；

以喷播方式种植，对于灌藤草结构、灌草结构：灌木以最终要形成灌木的群落密度为参考，根据常规灌木种植密度为准，计算灌木种子的喷播量，实施时需要进行萌发试验以确定喷播量；草本植物的种子数量根据最终草本植物的密度为参考设计，以1株灌木配置5-10株草本植物的比例计算草本植物种子喷播量，攀缘植物的量为灌木总量的1-2倍，进行喷播或采用带根苗在坡顶和坡底进行栽植，栽植数量按照藤本植物的常规种植间距计算。坡度越高，乔木的数量应减少，当坡度大于45°及有安全要求的边坡不宜采用大型乔木。

步骤d、种植方式/喷播。所述步骤d中，

对于25°以下恢复区采用覆土种植，对恢复区表面进行杂物清理和土地平整，必要时设置一定的水土保持构筑物，以保证表土不流失；种植完成后，可选择在种植完成的地表覆盖3-5cm厚的枯枝落叶、树皮等腐殖质形成保护层，保护表土的土壤水分和减轻侵蚀；

对于25°以上恢复区，由于缺乏直接覆土的条件，结合工程技术手段构建种植槽、V型槽、鱼鳞坑、挖凿种植穴、生态袋辅助种植设施，在种植设施内填土之后，将配置好的植物按照组团矩阵式进行种植，或采用播种方式将配置好的种子进行播种；若采用喷播加上垂下爬式恢复方式，喷播完毕后在坡顶和坡脚分别种植不同类型的藤本/攀缘植物，根据其扩展性间距设计为0.5-1.0m；喷播完成后，采用无纺布或草帘等进行覆盖以保护喷播基材，减缓水分丧失和土壤侵蚀。

实施例1：

本方法在重庆市石柱县大歇乡龙王村重庆石柱西南水泥有限公司绿色矿山专项绿化工程中一个2500平方米的岩质坡面进行了工程试验，初步效果良好，参照图2和3可以看出。

具体实施方式如下：

(1)构建方式：植被混凝土喷播+上垂下爬

(2)目标群落：灌草藤群落

(3)配置方式：4种灌木+3种攀岩植物+3种草本植物，物种配置模式以演替出现阶段为依据，设置比例为前期物种：后期物种＝2:1；具体配置模式见下表：

试验边坡植物配置表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。