全 文 ：铜官山铜尾矿库植被及土壤酶活性研究 3
王友保 3 3 　刘登义　张　莉　李　影　储　玲
(安徽师范大学生命科学学院 ,芜湖 241000)
【摘要】　通过野外调查和实验分析 ,对铜官山铜尾矿库的植被状况和土壤酶活性进行了研究. 结果表明 ,
铜官山铜尾矿库自然定居的高等植物有 34 种 ,隶属于 16 个科 33 个属 ,多为 1～2 年生草本植物 ,主要隶
属于菊科、禾本科和豆科 ,蕨类植物节节草在尾矿库中也具有较大优势. 尾矿库植被形成了节节草 + 白茅
群落、狗牙根 + 白茅群落及芦苇群落等小群落 ,但仍以单种植物组成的斑块零散分布为主. 对尾矿库土壤
酶活性的研究表明 ,3 种土壤酶活性和尾矿库的植被状况具有较强的相关性 ,且 3 种酶活性与其相关性表
现为脲酶 > 蔗糖酶 > 过氧化氢酶. 建议用脲酶活性作为废弃地复垦的一个指示指标.
关键词 　铜尾矿库 　植被 　土壤酶
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 05 - 0757 - 04 　中图分类号 　X171. 5 　文献标识码 　A
Vegetation state and soil enzyme activities of copper tailing yard on Tongguan mountain. WAN G Youbao ,L IU
Dengyi ,ZHAN G Li ,L I Ying ,CHU Ling( College of L if e Science , A nhui Norm al U niversity , W uhu 241000 ,
China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (5) :757～760.
From the open investigation and laboratory analysis , this paper studied the vegetation state and soil enzyme ac2
tivities of copper tailing yard of Tongguan mountain. The results showed that there were 34 species of natural
colonized plants on copper tailing yard , subordinated to 16 families and 33 genera , and regard herbs as principle ,
and many for 1～2 years old. The main families were compositae (10 species) , gramineae (9 species) and legu2
mineceae (2 species) . Hippochaete ramosissim w n , which belonged to equisetaceae , had an significant dominant .
There were some microcoenses such as Hippochaete ramosissim w n + Im perata cylindraca com m unity , Cyn2
odon dactylon + Im perata cylindraca community and Phragmites aust ralis community. But , the vegetation on
copper tailing yard was distributed in spot piece and scattered mainly with single species . The activities of three
soil enzymes had a stronger sensitivity to the vegetation state , and their relativity to the vegetation state was in
order of urease > sucrase > catalase. It’s suggested that urease activity could be used as an indicator index for
the reclamation of wasteland.
Key words 　Copper tailing yard , Vegetation state , Soil enzyme.3 教育部优秀年青教师基金、安徽省自然科学基金、安徽省教育厅基
金、安徽师范大学专项基金资助项目 (150076) .3 3 通讯联系人.
2002 - 10 - 31 收稿 ,2003 - 01 - 06 接受.
1 　引 　　言
近年来 ,土壤污染的面积和强度日益增大 ,其中
我国工矿业废弃地面积已达 2. 0 ×106 hm2 ,工矿业
废弃地复垦工作日益引起人们的重视[8 ,16～18 ] . 而我
国目前废弃地复垦率仅有 2 %[3 ] . 在这些废弃地上
进行植被重建是当前植物生态学的一个重要研究领
域[1 ,6 , 15 ] ,也是一种较为理想的治理废弃地的途
径[3 ,9 ,10 ] .但废弃地的自然植被恢复十分缓慢 ,往往
需要几十年乃至数百年的时间. 对废弃地自然植被
进行分析 ,在废弃地复垦中进行土壤酶学研究 ,有助
于认识土壤生态系统的功能特点和植物营养状况 ,
也有利于废弃地复垦研究深入开展[2 ,13 ,15 ,16 ] .
铜陵是我国重要的铜矿开采和冶炼基地 ,目前
存有规模较大的尾矿库 (场) 5 个 ,占地面积 280
hm2 .不仅占用大片土地 ,毁灭大量的生物群落 ,更
破坏了尾矿库 (场) 区及周边的生态景观和环境功
能 ,使大范围的土壤、水体和空气受到严重污染 ,严
重危害到区域内的人畜安全 ,阻碍了区域的社会经
济发展[12 ] . 为此 ,本文对铜陵市铜官山尾矿库进行
了植被调查和土壤酶活性分析 ,于 2001 年、2002 年
4 月、7 月多次对铜官山尾矿库进行实地考察 ,对其
上自然定居的植物进行了统计 ,以探讨土壤酶活性
研究在废弃地复垦中应用的可行性和可靠性 ,为铜
尾矿库的植被重建和环境保护提供参考.
2 　研究地区与研究方法
211 　自然地理概况
铜陵市位于安徽省南部 ,长江中下游南岸 ,地处 30°56′
42″N ,117°43′28″E ,属亚热带湿润气候区 ,季节气候特征分
明 ,年平均气温 16. 2 ℃,夏季平均气温 27. 4 ℃,无霜期平均
应 用 生 态 学 报 　2003 年 5 月 　第 14 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2003 ,14 (5)∶757～760
为 230d ,年平均降水量 1390mm ,全年平均湿度在 75 %～
81 %之间 ,城市地面主导风向为东北 (冬) 、西南 (夏) . 铜官山
尾矿库位于铜陵市铜官山与天鹅抱蛋山所夹山谷中 ,占地面
积约 20 hm2 ,该库排放时间超过 30 年.
212 　植被调查
实验采取以库中心为起点 ,分别向东、南、西、北四个方
向设置 4 条样线 ,然后在每条样线两侧随机取样 ,样方规格
为 1m ×1m ,共设置样方 100 个. 每个样方均调查植物种类、
数量、多度和盖度. 计算各植物种的综合优势比和物种多样
性.各植物种的综合优势比采用密度比、盖度比两因子表示
(SDR2) ,物种多样性采用 Simpson 指数 (D) 、Shannon2Wiener
指数 ( H)和均匀度指数 ( E)来衡量[5 ,14 ] .
　　D = 1 - ∑
S
i = 1
( N i / N ) 2
　　H = 1 - ∑
S
i = 1
Pilog2 Pi
　　E = HHmax =
H
log2 S
式中 , S 为物种数目 , Ni 为属于种 i 的个体数 , N 为所有种
的个体总数 , Pi 为属于种 i 的个体在全部个体中的比例.
213 　土壤酶活性测定
在尾矿库内不同植被状况处采集土样 (土样采集深度为
0～15cm) ,以植物生长相对密集区为处理 ,以没有高等植物
生长的地段为对照 ,进行土壤酶活性分析. 蔗糖酶 :3 ,52二硝
基水杨酸比色法 [7 ] ,以 10g 土壤培养 24h 后生成的葡萄糖的
毫克数表示 ;过氧化氢酶 :0. 1mol·L - 1 KMnO4 滴定法[7 ] ,以
1g 土壤培养 1h 消耗的 0. 1 mol·L - 1的 KMnO4 毫升数表示 ;
脲酶 :苯酚钠比色法测定 [7 ] ,以 24h 内 1g 土壤中 NH3 + 2N 的
毫克数表示.
3 　结果与讨论
311 　尾矿库的植被组成及特征
　　尾矿库共有 34 种高等植物 ,隶属于 16 个科 33
个属 ,全部为广布种 ,均对不同环境条件具有较强的
适应能力. 从生活型看 (表 1) ,其植被组成以草本植
物为主 , 1～ 2 年生草本植物有 16 种 ,占总数的
47. 1 % ,多年生草本植物有 13 种 ,占 38. 2 % ,木本
植物 3 种 ,占 8. 8 % ,藤本植物 2 种 ,占 5. 9 % ,表明
该废弃地植被类型为草丛. 从生态习性看 ,该植被中
多为阳生植物 ,几无阴生植物 ,反映出尾矿库生态环
境较为恶劣.
　　尾矿库的植物组成以菊科和禾本科植物种类最
多 (表 1) ,其中菊科有 10 种植物 ,占总数的 29. 4 % ,
禾本科有 9 种植物 ,占总数的 26. 5 % ,豆科、蓼科、
莎草科等相对较少 ,其余的为单种科 ,而松科的黑
松、胡桃科的枫杨、楝科的苦楝则仅只在尾矿库中偶
有分布. 尾矿库植被中综合优势比大的植物有芦苇
( Phragm ites aust ralis ) 、狗牙根 ( Cynodon dacty2
lon) 、节节草 ( Hippochaete ramosissimw n) 等 ,而尾矿库
的边缘区 ,台湾翅果菊 ( Pterocypsela f ormosana) 、苍耳
( Xanthium sibiricum) 、鸭跖草 ( Commelina communis) 、
羊蹄( Rumex japonicus)等相对较多 ,表明这些植物在
尾矿库植被构成中占有比较重要的地位 ,是尾矿库
植被的建群种和优势种.
表 1 　尾矿库植物的主要组成成分
Table 1 Main vegetation composition of copper tailing yard
科名
Family
种名
Species
生活型
Life form
多度
Abundance
综合优势比 ( %)
Dominance
ratio
菊科 Asteraceae 一年蓬 Erigcron annuus A 1 0. 43
大蓟 Cirsium japonicum P 1 0. 37
小飞蓬 Conyza canadensis A 1 0. 46
台湾翅果菊 Pterocypsela f ormosana P 2 1. 65
苍耳 Xanthium sibiricum A 3 2. 85
苦苣菜 Sonchus oleraceus A 1 0. 33
野艾蒿 A rtemisia vulgaris P 1 0. 39
黄蒿 A rtemisia annua A 1 0. 36
黄鹌菜 Youngia japonica A 1 0. 37
鳢肠 Eclipta prostrata A 1 0. 41
禾本科 Poaceae 五节芒 Miscanthus f loridulus P 2 1. 38
毛马唐 Digitaria chrysoblephara A 1 0. 47
白茅 Imperata cylindraca P 2 1. 89
早熟禾 Poa annua A 1 0. 38
芦苇 Phragmites australis P 4 26. 3
狗牙根 Cynodon dactylon P 4 24. 2
狗尾草 Setaria viridis A 1 0. 55
茭白 Z izania caducif lora P 1 0. 46
光头稗 Echinochloa colonum A 1 0. 39
蓼科 Polygonaceae 水蓼 Polygonum hydropiper A 2 1. 33
羊蹄 Rumex japonicus P 2 1. 61
豆科 Legumineceae 鸡眼草 Kummerowia striata A 1 0. 34
葛 Pueraria lobata L 2 1. 44
莎草科 Cyperaceae 莎草 Cyperus rotundus P 1 0. 55
薹草 Carex anhuiensis P 2 1. 05
木贼科 Equisetaceae 节节草 Hippochaete ramosissimw n P 4 23. 7
鸭跖草科 Catyophyllaceae 鸭跖草 Commelina comm unis A 2 2. 05
伞形科 Apiaceae 野胡萝卜 Dancus carota A 1 0. 46
藜科 Chenopodiaceae 藜 Chenopodium abbum A 1 0. 31
大麻科 Cannabiaceae 艹律草 Hum ulus scandens L 1 0. 36
鸢尾科 Iridaceae 唐菖蒲 Gladiolus gandavensis P 2 2. 33
A :1～2年生草本Annual herb ,P:多年生草本 Perennial herb ,L :藤本Liana ,1)极少 Ver y rare ;2)少 Rare ;3)
不常见 Infrequent ;4)丰富 Abundant ;5)极丰富 Ver y abundant.
　　研究发现 ,尾矿库上定居的植物中 ,由动物传播
的较少 ,大部分物种具有繁殖体体积小、重量轻、适
于风力传播的特点. 究其原因 ,可能是因为植物在铜
尾矿库这种原生裸地上的自然定居 ,首先取决于植
物繁殖体的来源[11 ] ,尾矿库本身由于没有任何植物
繁殖体存在 ,只有那些种子具有较强迁移能力的植
物才能到达这片裸地 ,如果这些植物对恶劣环境条
件同时具备较强的耐性 ,或具备较强的遗传分化能
力 ,以致在极端条件下分化形成耐性种群或生态型 ,
则可能在废弃地上完成定居. 菊科和禾本科植物由
于种子传播能力强 ,具有较强的环境适应能力[11 ] ,
而在尾矿库植被中占有较高比例 ;豆科植物由于具
857 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
备固氮能力而适应贫瘠环境 ;蓼科、莎草科植物也因
具有种子传播能力强 ,较强的环境适应能力 ,而在尾
矿库中有一定分布. 值得注意的是 ,蕨类植物木贼科
的节节草在尾矿库中的出现 ,且占有重要位置 ,对其
在尾矿库成功登陆和大量繁殖的原因的研究具有重
要意义.
312 　尾矿库主要植被类型及其结构特征
　　尾矿库植被平均总盖度小于 20 % ,植物多为小
面积集群的零散分布 ,局部植物聚集区 ,盖度可达到
70 %～85 %. 根据其组成及各种类成分的优势比 ,尾
矿库植被形成了几种相对稳定的小群落 (表 2) 和一
些单种植物组成的斑块 ,其中以节节草 + 白茅群落、
狗牙根 + 白茅群落分布的面积相对较大 ,芦苇群落
则以小面积的集群形式散布于尾矿库内. 和亚热带
湿润气候区植被[4 ]相比 ,几个小群落的物种多样性
指数均偏低 ,即便是多样性指数相对较大的节节草
+ 白茅群落 ,多样性指数值也不足其 1/ 2 ,反映出尾
矿库对植被的分布影响严重 ,使其缺乏多样性. 单种
植物斑块主要有芦苇斑块、狗牙根斑块、苍耳斑块
等 ,其面积较小 ,零星散布于尾矿库各处.
表 2 　尾矿库植物群落类型及特征
Table 2 Main communities of copper tailing yard and their characters
主要群落类型
Main commu2
nity
种数
Number of
species
盖度 ( %)
Coverage
Simpson 指数
Simpson index
Shannon2
Wiener
指数 Shannon2
Wiener index
均匀度指数
Evenness
index
优势植物
Dominant
species
A 14 70～85 0. 342 1. 282 0. 337 节节草 Hippochaete ramosissim w n ,白茅 Im perata cylindraca ,
B 6 50～75 0. 209 0. 680 0. 263 芦苇 Phragmites aust ralis ,唐菖蒲 Gladiolus gandavensis
C 4 20～50 0. 163 0. 483 0. 242 狗牙根 Cynodon dactylon ,白茅 Im perata cylindraca
A :节节草 +白茅群落 Hippochaete ramosissim w n + Im perata cylindraca comm. ,B :芦苇群落 Phragmite s aust ralis comm. ,C :狗牙根 +白茅群落 Cynodon dactylon +
Im perata cylindraca comm. 下同 The same below.
313 　尾矿库的土壤酶活性
　　土壤酶作为土壤中植物根系及其残体、土壤动
物及其遗骸和微生物分泌的 ,具有生物活性的物质 ,
积极参与土壤发生与发育、土壤肥力的形成、土壤净
化等土壤系统中多种重要的代谢过程. 已有研究表
明 ,土壤酶活性与土壤肥力、植物营养利用效率显著
相关[2 ,7 ] . 土壤酶活性易受到环境中物理、化学和生
物因素的影响 ,环境污染条件下 ,其活性会发生很大
变化 ,因此 ,土壤酶活性在一定程度上可以反映出环
境状况 ,也使得土壤酶学在环境科学研究中的应用
成为可能[2 ,7 ,16 ] .
　　本研究中 ,3 种酶活性对于植被状况的变化 ,具
有一致的变化规律 (采样区如表 3) ,表现为植物生
长区蔗糖酶、过氧化氢酶和脲酶活性显著高于对照
(表 3) ,其中植物生长区 ,蔗糖酶活性较对照平均增
加 47. 9 % ,过氧化氢酶与脲酶活性平均分别增加
8. 8 %和 25. 9 %. 各酶活性表现出和植被状况呈一
定相关性 (表 4) ,其中脲酶活性与植被状况各指标
相关性最强 ,蔗糖酶活性次之 ,过氧化氢酶与植被状
况的相关性相对最低. 这和周礼恺[19 ] 、孙庆业等[12 ]
的研究结果基本一致. 鉴于 3 种土壤酶活性对植被
状况反应敏感 ,与植被状况相关性较好 ,在废弃地复
垦中进行土壤酶活性研究 ,将具有较好的应用前景.
这其中 ,脲酶活性与植被状况各指标的相关性显著
高于蔗糖酶和过氧化氢酶 ,因此建议使用脲酶活性
作为工矿业废弃地复垦研究的一个指示指标.
表 3 　尾矿库的几种土壤酶活性
Table 3 Some soil enzyme activities of copper tailing yard
A B C 对照CK
蔗糖酶 Sucrase 2. 01 1. 39 1. 26 1. 05
过氧化氢酶 Catalase 0. 92 0. 89 0. 90 0. 83
脲酶 Urease 0. 13 0. 11 0. 10 0. 09
A :节节草 + 白茅群落区 H. ramosissi m w n + I . cyli ndraca com m .
plot , B :芦苇群落区 P. aust ralis com m . plot , C :狗牙根 + 白茅群落
区 C. dactylon + I . cyli ndraca com m .
表 4 　尾矿库土壤酶活性与植被状况的关系
Table 4 Relationship bet ween soil enzymatic activity and vegetationstate
on copper tailing yard
土壤酶
Soil enzyme
植被状况指标
Index of vegetation
state
回归方程式
Regress
equation
相关系数 (r)
Correlation
coefficient
蔗糖酶 Sucrase 种数 Number of species y = 1. 009 + 0. 070 x 0. 996 3 3
平均盖度 Average coverage y = 0. 973 + 0. 011 x 0. 907 3
Simpson指数 Simpson index y = 0. 937 + 2. 745 x 0. 939 3
Shannon2Wiener指数 Shannon2Wiener index y = 0. 964 + 0. 758 x 0. 974 3 3
均匀度指数 Evenness index y = 0. 948 + 2. 278 x 0. 806
过氧化氢酶 Catalase 种数 Number of species y = 0. 850 + 0. 006 x 0. 848
平均盖度 Average coverage y = 0. 844 + 0. 001 x 0. 873
Simpson指数 Simpson index y = 0. 837 + 0. 266 x 0. 943 3
Shannon2Wiener指数 Shannon2Wiener index y = 0. 843 + 0. 068 x 0. 900 3
均匀度指数 Evenness index y = 0. 829 + 0. 265 x 0. 986 3 3
脲酶 Urease 种数 Number of species y = 0. 090 + 0. 003 x 0. 994 3 3
平均盖度 Average coverage y = 0. 088 + 0. 001 x 0. 962 3 3
Simpson指数 Simpson index y = 0. 087 + 0. 117 x 0. 967 3 3
Shannon2Wiener指数 Shannon2Wiener index y = 0. 088 + 0. 032 x 0. 990 3 3
均匀度指数 Evenness index y = 0. 086 + 0. 100 x 0. 8583 P < 0. 05 , 3 3 P < 0. 01.
4 　结 　　论
411 　铜官山铜尾矿库自然定居的植物仅 34 种 ,隶
属 16 科 33 属. 其中适应性强的杂草类植物是主要
定居者 ,它们多属于菊科和禾本科. 但蕨类植物节节
草在尾矿库中也占据了重要位置.
9575 期 　　　　　　　　　　　　王友保等 :铜官山铜尾矿库植被及尾矿库土壤酶活性研究 　　　　　　　
412 　尾矿库自然分布的植物 ,形成了一些相对稳定
的单种斑块和小群落 ,这些小群落组成、结构简单 ,
物种多样性水平低.
413 　尾矿库的土壤酶活性和植被状况具有较强的
相关性 ,其中 3 种酶活性与植被状况的相关性依次
为脲酶 > 蔗糖酶 > 过氧化氢酶.
413 　脲酶活性可作为工矿业废弃地复垦研究的一
个指示指标.
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作者简介 　王友保 ,男 ,1974 年生 ,硕士 ,讲师 ,主要从事植
物生态学和环境污染生态学研究 ,发表论文近 20 篇. E2mail :
wybzhangli @163. net
067 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷