紫薇生態修復鉛鋅礦礦區廢棄地栽培技術研究

李茂娟，肖穩運，劉海石，崔 強，張海霞，陳丹鳳，何才生

(郴州市林業科學研究所，湖南 郴州 423000)

礦產經濟曾為我國經濟事業的騰飛作出舉足輕重的貢獻，但隨著國民經濟的發展和國內產業結構的調整升級，傳統礦山開采產業逐漸衰退。在當時發展模式下礦產資源被過度開采，由此產生了水體污染、山體破壞、植被受損等大量生態環境問題，造成了當地環境變得惡劣并且脆弱等后果，破壞了所在地區的自然生態系統和人居生活環境，區域經濟發展也深受阻礙，礦區生態修復問題亟待解決[1-4]。

植物修復技術具有綠色、經濟、環保的特點，在礦山生態修復中應用廣泛。經前人研究發現，具有生態修復潛能的植物種類較多。周鵬飛等[5]報道的有濕地松(Pinuselliottii)、大葉女貞(Ligustrumcompactum)、苧麻(Boehmerianivea)和車前草(Plantagoasiatica)等。龍新憲[6]、湯葉濤等[7]研究表明東南景天(Sedumalfredii)、滇苦菜(Picrisdivaricata)具有很強的忍耐、吸收和富集鋅的能力，適用于被重金屬鋅污染土壤的生態修復。仲崇府[8]通過對鉛鋅礦區污染廢棄農田中主要雜草種類的采集與調查，并結合盆栽控制試驗對篩選出的植物——墊狀卷柏(Selaginellapulvinata)進行了重金屬鉛、鋅脅迫實驗，結果表明墊狀卷柏具有富集鉛、鋅的作用。近年來，國家和地方也相繼出臺了《礦山廢棄地植被恢復技術規范》《礦區廢棄地植被恢復技術規程》等文件。雖然通過實施礦區的綜合整治和覆土綠化，環境問題得到了一定程度的緩解，礦區廢棄地植被得到了一定的恢復，但是，將礦區廢棄地生態修復與景觀構建相結合，綠化與美化兼顧方面仍需探索。

紫薇(Lagerstroemiaindica)是千屈菜科(Lythraceae)紫薇屬(Lagerstroemia)植物。喜生于肥沃濕潤的土壤中，也能耐旱，在鈣質土或酸性土中都生長良好。其樹姿優美，小枝纖細，樹干光滑、潔凈?；ㄆ跒?—9月，開花時間長，花色艷麗，對重金屬和有害氣體有一定的吸附能力，是城市、工礦綠化的理想樹種。本試驗以“赤紅紫葉”紫薇(Lagerstroemiaindica‘Ebony Fire’)為研究材料，在鉛鋅礦礦區廢棄地開展了不同栽植密度、栽植穴大小、起壟栽植、基肥類型、栽植地覆蓋方式等因素對紫薇生長量的影響研究，旨在為鉛鋅礦礦區廢棄地的生態修復提供理論基礎與實際指導。

1 研究地概況

試驗地位于湖南省郴州市蘇仙區五蓋山鎮涼傘坪村鉛鋅礦礦區廢棄地，面積約2.67hm2。該地區海拔770m，屬亞熱帶季風氣候，雨量充沛。年平均氣溫17.8℃，無霜期265 d，平均降雨日182d，平均降雨量為1473mm。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗材料“赤紅紫葉”紫薇由湖南省林業科學院王曉明研究團隊提供，為2年生扦插苗，地徑7.0～8.0 mm，株高100～110 cm。

栽培基質采用黃心土與鉛鋅礦尾砂1∶1混合配比。尾砂基本理化性質如表1所示。

表1 鉛鋅尾砂基本理化性質Tab.1 Basic physicochemical properties of lead zinc tailings樣品含量鉛鋅礦尾砂鉻/(mg·kg-1)銅/(mg·kg-1)鎘/(mg·kg-1)錳/(g·kg-1)鋅/(mg·kg-1)鉛/(mg·kg-1)鎢/(mg·kg-1)水解性氮/(mg·kg-1)有機質/(g·kg-1)pH14.0117.311.524.81 305.73 067.790.57.817.78.0鉛鋅礦尾砂速效鉀/(mg·kg-1)有效態銅/(mg·kg-1)有效態鎘/(mg·kg-1)有效態錳/(mg·kg-1)有效態鋅/(mg·kg-1)有效態鉛/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)有效態鐵/(mg·kg-1)銻/(mg·kg-1)15.01.62.777.3165.7966.312.858.724.0

2.2 試驗設計與方法

2.2.1 栽植密度試驗

采用單因素試驗設計，設置4種栽植密度處理，分別為：A1(株行距1.0m×1.0m)、A2(株行距1.5m×1.5m)、A3(株行距2.0m×1.0m)、A4(株行距2.0m×2.0m)，每個處理栽20株，重復4次。

2.2.2 栽植穴大小試驗

采用單因素試驗設計，設置3種處理，穴大小規格分別為：B1(長×寬×深：70cm×70cm×70cm)、 B2(長×寬×深：50cm×50cm×50cm)、 B3(長×寬×深：30cm×30cm×30cm)，以不挖穴為CK，每個處理20個穴，重復4次。

2.2.3 起壟栽植試驗

采用單因素試驗設計，設置3種處理，起壟規格分別為：C1(壟高0.4m)、C2(壟高0.3m)、C3(壟高0.2m)，CK(不起壟)，壟面上部寬50～60cm，下部70～80cm。每種處理20 m(栽20株)，重復4次。

2.2.4 基肥試驗

采用單因素試驗設計，設置4種基肥處理，分別為：D1(菌肥1 kg·株-1)、D2(有機肥1kg·株-1)、 D3(有機肥1kg·株-1+過磷酸鈣1 kg·株-1)、D4(有機肥1 kg·株-1+過磷酸鈣1 kg·株-1+復合肥0.15 kg·株-1)(以下簡稱有機+P+復合)，以基肥為零作為CK。每個處理20株，重復4次。

2.2.5 栽植地覆蓋方式試驗

采用單因素試驗設計，設置4種處理，分別為：E1(覆蓋黑色地膜)、E2(覆蓋稻草)、 E3(栽種草覆蓋)、E4(栽種金銀花)，以不覆蓋作為CK。每個處理20株，重復4次。

2.2.6 生長量測定

栽種時在距土面10cm處測量苗木地徑并標記，栽植2 a后再次測量地徑。每年12月測量當年生新梢生長量。

2.2.7 數據處理

采用WPS Office 2020和DPS V18.1軟件進行圖表繪制和數據統計分析，多重比較采用Duncan新復極差法。

3 結果與分析

3.1 栽植密度對紫薇生長量的影響

由表2可知，不同栽培密度對紫薇地徑增長量的影響沒有達到顯著水平。但A4的平均地徑增長量最高，為3.73mm；其次是A2的處理，平均地徑增長量為3.50mm；最低為A1處理，平均地徑增長量為3.10mm，比A2、A3、A4處理下的密度分別低13.0%、10.2%、12.3%。隨著栽植密度的下降，地徑增長量也不斷提高。

表2 不同栽植密度對紫薇生長的影響Tab.2The effect of different planting densities on the growth of Lagerstroemia indica處理株行距/m地徑年增長量/mm新梢年生長量/cmA11.0×1.03.10±0.83 a54.07±10.34 aA21.5×1.53.50±0.57 a57.54±11.93 aA32.0×1.03.42±0.21 a55.38±12.54 aA42.0×2.03.73±0.64 a56.56±11.51 a 注:有相同字母的處理間差異不顯著,無相同字母的差異顯著。小寫字母表示0.05的顯著水平。下同。

不同栽培密度對礦區紫薇新梢生長量的影響不同。在A2的處理下，新梢生長量最高，為57.54cm，最低為A1的處理，新梢生長量為54.07cm。4個處理間新梢生長量也沒有顯著性差異。因此，在造林中選擇1.0m×1.0m以上株間距均可。但從整體效果和后期生長考慮，選擇1.5m×1.5m栽植密度為宜。

3.2 栽植穴大小對紫薇生長量的影響

不同栽植穴大小對礦區廢棄地紫薇年地徑增長量有顯著的影響(見表3)。處理B1平均地徑增長量最高，達3.26mm；其次為處理B2，平均地徑增長量為2.81mm；第三為處理B3，平均地徑增長量為2.55mm；最低為CK，平均地徑增長量為2.03mm。多重比較結果表明，處理B1地徑增長量顯著高于其他3個處理，CK的地徑增長量顯著低于其他3個處理。處理B2、B3之間沒有顯著性差異?？偟膩碚f，隨著栽植穴的減小，地徑增長量也不斷降低。

表3 不同栽植穴大小對紫薇生長的影響Tab.3The effect of different planting hole sizes on the growth of Lagerstroemia indica處理栽植穴/cm地徑年增長量/mm新梢年生長量/cmB170×70×703.26±0.55 a58.57±7.02 aB250×50×502.81±0.47 b45.29±11.73 bB330×30×302.55±0.53 b48.73±8.80 bCK不挖穴2.03±0.51 c44.82±9.03 b

不同栽植穴大小對礦區紫薇年新梢生長量影響也有顯著性差異。在B1的處理下，新梢生長量最高，為58.57cm，比最低的CK新梢生長量高出30.7%。多重比較結果顯示：處理B1新梢生長量顯著高于其他3個處理，處理B2、B3和CK之間沒有顯著性差異。說明栽植穴越大，植株長勢越好，新梢生長量越高。

3.3 起壟栽植對紫薇生長量的影響

起壟栽植對紫薇生長量的影響試驗結果如表4所示，地徑年增長量從高到低依次為CK(3.07mm)>C3(2.47mm)>C2(2.37mm)>C1(1.93mm)。隨著起壟高度的增加，地徑增長量反而不斷降低。多重比較結果表明，CK的地徑增長量顯著高于其他3個處理，C1的地徑增長量顯著低于其他3個處理。處理C2、C3之間沒有顯著性差異。

表4 起壟栽植對紫薇生長的影響Tab.4The effect of different ridge planting on the growth of Lagerstroemia indica處理起壟高度/m地徑年增長量/mm新梢年生長量/cmC10.41.93±0.59 c31.94±11.72 bC20.32.37±0.46 b32.77±6.47 bC30.22.47±0.54 b39.17±13.86 abCK不起壟3.07±0.37 a43.34±7.42 a

起壟栽植對礦區廢棄地紫薇平均新梢生長量也有顯著性影響。新梢生長量最高的為CK，達43.34cm，最低的處理為C1，新梢生長量為31.94cm。多重比較結果顯示：CK的新梢生長量顯著高于處理C1和處理C2，但與處理C3之間沒有顯著性差異。試驗結果顯示：不起壟的紫薇生長量反而高于起壟的處理，原因可能是起壟后雖然不容易積水，但由于2021年的干旱天氣，反而造成了土壤保水性能降低，引起紫薇受到干旱影響。

3.4 不同基肥處理對紫薇生長量的影響

不同基肥配比對紫薇地徑增長量有一定的影響。從表5可以看出：D4處理平均地徑增長量最高，達2.97mm；其次為D2處理，平均地徑增長量為2.88mm；最低為CK，平均地徑增長量為2.29mm。D1、D2、D3、D4的地徑增長量分別比CK高出 24.5%、25.8%、22.7%和30.0%。多重比較結果表明，D4處理的地徑增長量顯著高于處理D1和CK，但與D2、D3處理之間沒有顯著性差異。試驗結果說明使用基肥處理能有效提高紫薇地徑增長量，采用有機1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復合0.15 kg·株-1效果最好。

表5 不同基肥處理對紫薇生長的影響Tab.5 The effect of different basic fertilizer on the growth of Lagerstroemia indica處理基肥配比地徑年增長量/mm新梢年生長量/cmD1菌肥1 kg·株-12.85±0.46 b38.75±7.07 bD2有機肥1 kg·株-12.88±0.48 ab43.91±10.08 abD3有機1 kg·株-1+P 1 kg·株-12.81±0.43 ab45.35±9.61 abD4有機1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復合0.15 kg·株-12.97±0.63 a51.91±13.06 aCK不施肥2.29±0.53 b35.73±9.29 b

不同基肥配比對紫薇新梢生長量也有一定的影響。新梢生長量最高的為處理D4，達51.91cm，最低的處理為CK，新梢生長量僅為35.73cm。多重比較結果顯示：D4處理的新梢生長量顯著高于D1和CK，但與D2和D3之間沒有顯著性差異。試驗結果表明：施基肥能有效促進紫薇枝條生長，但不同基肥效果不同，混合基肥比單一基肥效果更好。

3.5 不同覆蓋物處理對紫薇生長量的影響

不同覆蓋物處理對礦區紫薇平均地徑增長量影響如表6所示。從表6可知，采用E2，平均地徑增長量最高，達3.37mm；其次為E1，平均地徑增長量為3.11mm；最低為CK，平均地徑增長量為2.79mm。多重比較結果表明，5種處理之間均沒有顯著性差異。試驗結果表明：不同覆蓋物處理對紫薇地徑生長量有一定的影響，但影響不大。

表6 不同覆蓋物處理對紫薇生長的影響Tab.6The effect of different cover on the growth of La-gerstroemia indica處理覆蓋物地徑年增長量/mm新梢年生長量/cmE1黑色地膜3.11±0.86 a49.88±12.24 aE2稻草3.37±0.71 a42.57±8.06 aE3栽種草2.90±0.60 a43.25±8.73 aE4金銀花2.86±0.57 a45.42±16.07 aCK不覆蓋2.79±0.91 a41.29±11.42 a

如表6所示，不同覆蓋物處理對紫薇年新梢生長量影響不同。新梢生長量最高的為處理E1，達49.88cm，最低的處理為CK，新梢生長量為41.29cm。但多重比較結果顯示5種處理之間均沒有顯著性差異。雖然不同覆蓋物處理對紫薇地徑增長量和新梢生長量均沒有顯著性影響，但是不覆蓋處理下的紫薇，其地徑增長量和新梢生長量均是所有處理中最低的。因此，實際造林中，可以根據具體情況，選擇覆蓋物，將有效提高造林效果。

4 結論與討論

(1)栽植密度往往會對林木生長質量產生影響，具體表現為對林木樹體生長情況、直徑及成材率的影響[9]。王寧寧等[10]對不同栽植密度下歐美楊(Populus×canadensisMoench)葉片生物累積量的關系中發現：不同栽植密度中，樹冠葉片耐蔭性對葉面積指數存在重要影響。本試驗研究結果顯示：不同栽培密度對礦區廢棄地紫薇平均地徑增長量有一定的影響。其中平均地徑增長量最高處理為株行距2.0m×2.0m，平均地徑增長量達3.73mm，隨著栽植密度的下降，地徑增長量也不斷提高。因此，在造林中選擇1.0m×1.0m以上株行距均可。但從整體效果和后期生長方面考慮，以選擇1.5m×1.5m株行距為宜。

(2)栽植穴規格對植物生長有一定的影響，栽植穴大小應根據不同土壤質地、不同水位、不同氣候因子等因素選擇[11]。本試驗結果顯示：不同栽植穴大小對礦區廢棄地紫薇平均地徑增長量和新梢生長量均有顯著的影響。在栽植穴大小為70cm×70cm×70cm的處理下，地徑增長量最高，達3.26mm，新梢生長量也最高，為58.57cm。試驗結果表明：栽植穴越大，植株長勢越好，生長量越高。

(3)起壟栽植是廣泛應用于土壤改良和農業生產的栽培方式。與平作相比，起壟栽植可以提高作物產量，改善土壤水分、溫度、通氣等土壤性狀，而且通過起壟還可人為改變植物根系與地下水位的距離[12]。張琛等[13]研究不同起壟高度對黑果枸杞(Lyciumruthenicum)生長的影響，結果顯示起壟種植黑果枸杞更有優勢，但對黑果枸杞生長的影響較小。本試驗結果顯示：不起壟栽植的紫薇平均地徑增長量和新梢生長量反而顯著高于起壟的處理?？赡茉蚴瞧饓藕箅m然不容易積水，但由于2021年的持續干旱天氣，反而造成了土壤過于干燥，保水性能降低，造成紫薇生長受到影響。

(4)施肥可以顯著改善土壤肥力，在造林過程中施基肥能有效促進苗木地徑與樹高的生長，科學施用基肥不僅可以提高肥料利用效率，還有利于造林樹種的生長發育[14]。湯行昊等[15]研究發現：適量施肥(復合肥肥量應控制在150g·株-1，有機肥肥量應控制在1.0～1.5 kg·株-1)才能有效提高閩楠(Phoebebournei)造林成效。本試驗研究發現：采用有機肥1 kg·株-1+P 1 kg·株-1+復合肥0.15 kg·株-1基肥處理的紫薇平均地徑增長量和新梢生長量均最高，比不施基肥情況下的地徑增長量高0.68mm，新梢生長量高16.18cm。試驗結果表明：施基肥能有效促進紫薇枝條生長，不同基肥效果不同，混合基肥比單一基肥效果更好。

(5)土壤覆蓋是造林中水分調控的主要方式之一。生產中通常采用地膜覆蓋、卵石覆蓋、有機物覆蓋等方式在土壤表面形成一道減少土壤與大氣間水熱交換的物理阻隔層，阻礙土壤與大氣間的水分和能量交換，使得土壤的水、肥、氣、熱等狀況得到重新組合[16]。本試驗研究結果顯示：不同覆蓋物處理對紫薇地徑增長量和新梢生長量均沒有顯著性影響，但是不覆蓋處理下的紫薇，其地徑增長量和新稍生長量均是所有處理中最低的，因此，實際造林中，可以根據具體情況，選擇覆蓋物，將有效提高造林效果。