南京市幕府山地區(qū)采礦場生態(tài)恢復(fù)研究

南京市幕府山地區(qū)采礦場生態(tài)恢復(fù)研究

福侯山位于南京市北部，俯瞰長江，全長6公里。山的高度偏差很大，最大的高度為19.3米。由于歷史上人為的影響和長期開采礦石,該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和植被受到很大的破壞。幕府山地區(qū)分布有9個采礦場(現(xiàn)在均已停止采礦),采礦區(qū)面積為0.6km2,采礦后的山體殘缺不全并形成大量的裸露巖石和碎石殘渣,疏松的碎石殘渣堆積物膠結(jié)性差,抗蝕能力弱,風(fēng)蝕、水蝕交替發(fā)生,水土流失嚴(yán)重,目前水土流失面積0.4km2,占采礦區(qū)面積的66%,土壤侵蝕模數(shù)高的達86193t/(km2·a)。由于幕府山地區(qū)位于南京長江大橋和長江二橋之間,融山、水、城、林為一體,是最能代表南京沿江城市風(fēng)貌的窗口地區(qū)之一,是南京市政府規(guī)劃建設(shè)中的大江風(fēng)光帶的重要組成部分。因此,南京市政府已經(jīng)將幕府山地區(qū)的整治工程列為重點項目。幕府山地區(qū)的9個采礦場的生態(tài)恢復(fù)又是該地區(qū)整治的關(guān)鍵。1年6月錨類型南京市幕府山,地處長江下游的寧鎮(zhèn)丘陵區(qū),北緯30°54′～32°12′,東經(jīng)116°22′～121°54′之間,屬于北亞熱帶濕潤氣候,四季分明,雨水充沛、集中,光能充足,年平均氣溫14.6～16.4℃,最熱月平均溫度28.1℃,最冷月平均溫度為-2.9℃,年平均降雨量為800～1000mm,夏季多雨,冬春干旱,無霜期237d,每年6月下旬到7月中旬為梅雨季節(jié)。幕府山地區(qū)采礦廢棄地主要包括采掘面和廢棄物堆場,母巖為石灰?guī)r,地貌類型屬于丘陵,高溫多雨的氣候條件下,自然植被以落葉常綠闊葉林為主,未受破壞的森林植被生長十分茂密,樹種多為喜鈣旱生樹種,長期廢棄的采礦區(qū)自然恢復(fù)的植被以構(gòu)樹為主,人工種植恢復(fù)的植被主要由火棘、石楠、紅花繼木、桂花、楓香、海桐等組成,原生的植被主要由殼斗科、?？?、榆科、松科、樟科等組成,由于幕府山長期的采礦和其它人為破壞,現(xiàn)有的植被都屬于次生群落,主要樹種有構(gòu)樹、麻櫟、刺槐、撲樹、楓香等組成。2植被恢復(fù)措施對幕府山礦山廢棄地植被恢復(fù)對土壤及水文等進行了調(diào)查,并進行了必要的化學(xué)和物理分析。植被恢復(fù)的措施是對采掘面首先改良土壤,利用城市建筑余土進行覆蓋,蓋土厚度40cm左右,然后種植樹木;對廢棄物堆場則在魚鱗坑整地的基礎(chǔ)上,取沿等高線種植。種植的樹種有小葉女貞、石楠、海桐、雪松、龍柏、桂花、火棘、紅花繼木、楓香、紅葉李等,塊狀混交。3研究結(jié)果3.1在?？死松缴铣练e的巖石植被恢復(fù)之前，土壤侵蝕和土壤肥力3.1.1易被水、水侵蝕從幕府山礦山廢棄地的調(diào)查研究表明,礦山廢棄地有兩種類型,即礦山的采掘面和廢棄物堆場。由于采掘面是堅實的基巖,不容易被水和風(fēng)侵蝕;而廢棄物是由疏松的廢棄物堆積而成,極易被風(fēng)和水侵蝕。經(jīng)調(diào)查連續(xù)兩年表明,幕府山礦山廢棄地堆場的水土流失強度均大于15000t/km2,屬于劇烈侵蝕類型。表1可以看出3個樣地的土壤侵蝕(溝蝕)量,分別為86193t/km2、47560.3t/km2、61083.1t/km2。3.1.2棄物堆場的溝槽密度和溝面比幕府山采礦廢棄物堆場的溝壑密度和溝面比均非常大,從表2可以看出,三個廢棄物堆場的溝壑密度分別為386.25、266.875和295.313km/km2,溝面比分別為30.03、21.67和30.62%。因此,從溝壑密度和溝面比來看幕府山采礦廢棄物堆場的水土流失強度均屬于劇烈侵蝕。3.1.3保水保肥能力土壤的抗侵蝕性是土壤重要的物理特性,K值的大小反映土壤的水穩(wěn)性程度,K值越大,水穩(wěn)性越好,土壤的保水保肥能力越強,反之也能。從表3可以看出,礦山廢棄地?zé)o論是廢棄物堆場還是采掘面,其K值均很小,土壤顆粒在不到2min的時間內(nèi)全部被分散,因此,保水保肥能力很差。而通過自然恢復(fù)植被的采礦廢棄地,由于植被對土壤的改良,增加了土壤的有機質(zhì),土壤的水穩(wěn)性指數(shù)明顯不同。3.1.4礦物質(zhì)量特征土壤有機質(zhì)含量對土壤結(jié)構(gòu)、土壤的物理化學(xué)特性等有重要的影響。從表4可以看出幕府山礦山廢棄地的有機質(zhì)含量非常低,最高的只有0.4127%,最低的地點只有0.246%。土壤有機質(zhì)含量少,對土壤結(jié)構(gòu)的形成和土壤保水保肥均非常不利。3.2植被恢復(fù)對土壤侵蝕和土壤肥力的影響3.2.1對開采面的改良從表5可以看出通過城市建筑余土的覆蓋和自然恢復(fù)的植被對采掘面的改良,土壤有機質(zhì)明顯增加。土壤有機質(zhì)的增加將對土壤的物理化學(xué)特性有重要的影響。3.2.2增加余土覆蓋,提高土壤力學(xué)從表6可以看出通過建筑余土的覆蓋和自然植被的恢復(fù)對土壤的抗侵蝕能力大為增加,建筑余土的覆蓋使采掘面的抗侵蝕性增強10倍,植被的恢復(fù)使土壤的抗侵蝕能力增強近20倍。土壤的保水保肥能力得到改善。3.2.3水土流失得到控制表7中,植被恢復(fù)的堆場指人工恢復(fù)的以火棘、石楠組成的快狀混交的林分,人工造林時間為2001年春,造林整地方式為魚鱗坑整地,到2003年5月調(diào)查時,覆蓋率已達50%,水土流失的發(fā)展已基本得到控制。3.3龍柏和生物固結(jié)從表8看出,目前選擇人工恢復(fù)的樹種在造林初期總體表現(xiàn)良好,只有雪松和龍柏生長不良,龍柏的成活率也很低,因此,龍柏明顯不適應(yīng)在礦山廢棄地植被恢復(fù)中使用。火棘、石楠、紅花繼木、桂花、楓香、海桐目前表現(xiàn)都比較理想,女貞、迎春的表現(xiàn)狀況有待進一步觀察。4土壤條件的改善(1)幕府山礦山廢棄地的無論從土壤侵蝕強度、溝壑密度、溝面比來看,土壤侵蝕均屬于劇烈的類型,是土壤侵蝕類型的最高級別。(2)從幕府山礦山廢棄地的土壤抗侵蝕性、土壤有機質(zhì)含量來看,土壤的抗侵蝕性很弱,土壤有機質(zhì)含量很低,對土壤的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和保水保肥很不利,影響人工恢復(fù)幕府山礦山廢棄地的植被。因此,幕府山礦山廢棄地恢復(fù)的重要措施就是如何保持好水土、增加土壤有機質(zhì)、促進土壤結(jié)構(gòu)的形成,為植物的生長創(chuàng)造有利的土壤條件。(3)利用城市建筑余土對礦山廢棄地采掘面的覆蓋來改良土壤,效果明顯,不僅能增加土壤有機質(zhì)、增強土壤