全 文 ：排土场边坡人工沙棘灌丛对风滚植物的固留
作用及生态效应 3
台培东 3 3 　李培军　贾宏宇　孙铁珩　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110015)
李文杰　张淑芹　好斯·巴特尔　(内蒙古自治区通辽市霍林河矿务局 ,霍林河 479000)
【摘要】　沙棘灌丛对风滚植物有非常好的固留作用 ,可以在草原矿区排土场边坡形成大面积的风滚植物覆盖
层 ,从而影响沙棘的正常生长. 但风滚植物覆盖层比人工沙棘植被有着更好的水土保持和土壤培肥效果 ,当覆
盖层腐烂后 ,会出现更繁茂的植物群落. 因此 ,沙棘对风滚植物的固留可促进排土场植被恢复和水土保持.
关键词 　排土场 　沙棘 　风滚植物 　生态效应
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 06 - 0833 - 04 　中图分类号 　X17114 　文献标识码 　A
Fixation and ecological effects of artif icial Hippophae rhamnoides boskage on wind2rolling plants in slop of refuse
dump. TAI Peidong ,L I Peijun ,J IA Hongyu ,SUN Tieheng ( Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sci2
ences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12 (6) :833～836.
Wind2rolling plants can be fixed by artificial boskage of Hippophae rham noides in the slope in refuse dump ,and formed
some big plant coverage ,which could be affected the growth of H. rham noides. However ,the plant coverage was better
than the artificial boskage of H. rham noides to soil and water conservation and fertilized soil. Moreover ,flourishing
vegetation would develop after the plant coverage was decayed. Therefore , the fixation of wind2rolling plant by H.
rham noides could improve the restoration of vegetation and the soil and water conservation in refuse dump in open2cast
mining area.
Key words 　Refuse dump , Hippophae rham noide , Wind2rolling plant ,Ecological effect .
　　3 国家“九五”科技攻关资助项目 (962920213203202) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 08 - 14 收稿 ,2000 - 10 - 12 接受.
1 　引 　　言
由于恶劣的自然环境和土壤条件 ,草原露天矿区
排土场地表的植被自然恢复速度十分缓慢. 猪毛菜
( S alsola colli na) 是唯一一种能在该地区生长的速生
先锋植物 ,占全部群落个体数和生物量的 90 %以上 ,
且盖度大 ,生物量高. 但猪毛菜是最典型的风滚植物 ,
很难在原地长期固留 ,冬末春初的干旱季节将被风刮
走. 在不采取人工措施的情况下 ,枯枝落叶不能在地表
停留 ,形成凋落物层 ,排土场也因此长期成为季节性裸
地 ,其他种类植物很难侵入. 土壤熟化和植被恢复速度
缓慢 ,水土侵蚀严重. 因此 ,如何将风滚植物固留在排
土场边坡或平台 ,逐渐形成地表凋落物或立枯植物层
是排土场植被恢复和水土保持的关键.
多年矿山复垦研究表明 ,一定密度的人工沙棘林
在冬春季节可以固留大部分的草本植物和自身的大量
落叶 ,形成表土保护层 ———凋落物层 ,不断改善土壤理
化和生物特性 ,加速植被恢复的速度 ,水土保持效果显
著. 此方法作为一种水土保持模式 ,经济实用 ,已在该
矿区排土场的治理工作中大面积推广. 但某些特殊的
地形条件 ,如公路两侧的排土场边坡 ,大量外源性的风
滚植物可能因人工沙棘林的固留阻挡而过量堆积 ,形
成大面积的厚达 30～50cm 的风滚植物覆盖层 ,大幅
度地改变所覆盖区域的光照和土壤水分状况 ,影响沙
棘植被群落的生长和演替.
从 1998 年开始 ,我们对沙棘对风滚植物的截留情
况以及风滚植物覆盖区域的光照、土壤水分和养分以
及植被的变化进行了调查研究 ,目的是弄清这一自然
现象对排土场边坡植被恢复和水土保持的影响 ,回答
人工沙棘林复垦模式在特殊地形条件下的可行性 ,能
否借助这一自然力加快我们的矿山复垦速度和效率 ,
并对干旱草原矿区土地复垦的生态学理论做初步探
讨.
2 　研究地区与方法
211 　实验地概况
霍林河露天矿区位于内蒙古自治区通辽市 (119°34′E ,45°
应 用 生 态 学 报 　2001 年 12 月 　第 12 卷 　第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2001 ,12 (6)∶833～836
28′N) ,海拔 870～940m. 年平均温度 0. 1 ℃,无霜期 72d ,降水
375mm ,介于内蒙古温带干旱草原气候区和东北半湿润气候区
之间. 土壤为典型栗钙土 ,典型植被为针茅草原和线叶菊草
原[7 ] .
实验场地设在矿区 1 号矿坑配采区排土场东坡 ,坡度 38°,
排土高度 50m. 因受煤炭企业经济不景气及排土成本的制约 ,
到界排土场均不能按国家《土地复垦规定》覆盖熟化的优质表
土.因此该边坡表层土壤为深层绿色泥岩土 ,质地粘重 ,透水通
气性差 ,养分贫瘠 (表 1) . 边坡总面积 4. 5hm2 ,1995 年排土到
界 ,开始土地复垦工作 [8 ] .
表 1 　实验区土壤理化性质
Table 1 Characteristics on soil physical and chemical in experimental site
土壤类型
Soil type
容重
Unit weight
(g·cm - 3)
有机质
Organic matter
( %)
T2N
( %)
T2P
( %)
速效 K
Available K
( %)
总盐分
Total salts
( %)
pH
绿色泥岩土 Mud2stone soil 1. 52 0. 33 0. 04 0. 52 0. 03 0. 054 7. 9
　　1996 年春季 ,采用鱼鳞坑和保水剂技术相结合的措施 ,在
整个坡面上人工栽植 3 年苗龄的沙棘 ( Hippophae rham2
noides) ,行距 2m ,株距 1. 5m. 沙棘当年成活率达到 90 %以上.
目前形成盖度近 50 %的人工沙棘林 ,林下开始出现明显立枯植
物和凋落物层 ,与未复垦的坡段相比 ,土壤侵蚀强度明显减弱 ,
护坡固土效果显著 (表 2) .
表 2 　不同坡段水土保持效果的比较
Table 2 Effects of soil and water conservation in different section of the
slope
坡段
Section
植被盖度
Cover degree
( %)
地表凋落物
Litter
(g·m - 2)
径流沟密度
Ditchs of
run2off
(m - 1)
径流沟深度
Depth
of ditch
(mm)
沙棘林 Boskage of
Hippophae rham noides 20～40 20～30 0. 8 28
无沙棘 Without
Hippophae rham noides < 10 < 5 3. 5 67
　　但因该坡段接近并平行于矿区公路 ,形成一个自然的通风
道 ,风力明显强于其他坡段. 自 1998 年开始 ,冬春季节有大量
的外源风滚植物 (主要是猪毛菜)被多刺的沙棘灌丛截留 ,覆盖
区域达到 2000m2 ,平均厚度 30～50cm ,且覆盖区域还在逐年扩
大.
212 　研究方法
21211 光照强度测定 　用照度计测定正午时分不同立地条件
下的光照改变情况.
21212 生物量和土壤水分含量的测定 　干重法 (105 ℃烘干至
衡重) .
21213 植被生长情况调查 　样方法 (1m ×1m) 进行植物群落调
查.
21214 土壤肥力水平的测定 　有机质含量 (OM) ∶K2CrO7 容量
法 ;全 N ( TN)∶半微量开氏法.
3 　结果与讨论
311 　人工沙棘灌丛对风滚植物的固留作用
31111 沙棘对猪毛菜的固留机制 　猪毛菜 ( S alsola
colli na)属藜科 ,一年生草本植物 ,喜光 ,耐干旱贫瘠.
多生于原生植被破坏后的农田和撂荒地[6 ] ,是排土场
最常见的先锋植物 ,可以在水分条件好的时期迅速生
长 ,单株植物生物量可达 500g (干重 ) , 冠幅可达
015m2 ,是比较理想的水土保持和土壤培肥植物[11 ] . 在
半干旱草原地区 ,猪毛菜等藜科先锋植物总是最先出
现在原生植被 (羊草2针茅草原) 被破坏的撂荒地和矿
山排土场上 ,形成具有一定生物量的单一植物群落. 3
～5 年后 ,开始出现小的纯羊草植物斑块 ,随着羊草斑
块的扩大 ,猪毛菜等先锋植物逐渐被羊草群落取代. 最
后 ,针茅开始侵入 ,整个过程大约持续 15～20 年.
猪毛菜根系浅 ,冠幅大 ,易受风力作用形成风滚 ,
很难在多风的排土场边坡长期停留 ,使其利用受到限
制. 然而 ,沙棘灌丛和干枯的猪毛菜均具有多刺而蓬松
的生物学特性 ,相互间有天然的亲和能力 ,接触后可形
成一定强度的粘连 ,如同多钩环的尼龙扣带. 所以 ,深
根系的沙棘灌丛对猪毛菜有非常强的固留作用.
边坡上风滚植物覆盖斑快的形成主要取决于斑块
上限 (坡上)的沙棘灌丛能否对冬春季节快速滚动的猪
毛菜截留成功. 一旦有较大个体的风滚植物被多刺的
沙棘灌丛截留 ,那么该风道上滚动的所有外源猪毛菜
因其相互间的粘连而被截留并向两侧和坡下延伸 ,形
成一定形状、厚度和面积的风滚植物覆盖斑块. 目前该
坡面上已经形成 3 个面积较大的斑块 (200～500m2)
和十几个面积较小的斑块 ( < 100m2) ,覆盖厚度 30～
50cm(大致相当于球型猪毛菜个体的直径) ,平均生物
量 1500g·m - 1 .
31112 风滚植物斑块的形成与沙棘灌丛生物学特性的
关系 　风滚植物覆盖区均分布在距坡底 5～40m 边坡
上 ,多呈不规则形状. 斑块的形成和大小不仅与外源风
滚植物的通量在其通道截面的分布不均有关 ,更主要
与截留植物沙棘的密度大小和枝条机械强度有关[5 ] .
调查结果表明 ,风滚植物覆盖区上部边缘处的沙棘植
株的几种生物学指标优于非覆盖区的沙棘灌丛 ,枝条
的粗细和生物量差别尤其明显 ,说明沙棘枝条的机械
强度起更重要的作用 (表 3) .
表 3 　不同地块人工沙棘植株个体的生长情况( 1999 年 9 月)
Table 3 Sizes of Hippophae rhamnoides boskage in different sites
地块
Section
株高
Height
(cm)
基部主干直径
Diameter
(mm)
单株沙棘
投影面积
Crown
(m2)
单株沙
棘生物量
Biomass
(g)
A 64. 3 ±8. 1 11. 5 ±1. 2 0. 327 ±0. 047 211. 0 ±18. 4
B 60. 8 ±10. 2 8. 7 ±0. 9 0. 309 ±0. 055 159. 4 ±27. 5
A :风滚植物覆盖区上限边缘 Up2edge in cover area by wind2rolling plant ;
B :非风滚植物覆盖区 Without wind2rolling plant .
312 　风滚植物覆盖层的水土保持效果
31211 土壤水分的变化 　风滚植物覆盖层对不同程度
和强度的降雨都有最大限度截留作用 ,并明显减少地
438 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
表的蒸发强度. 所以覆盖区域的土壤水分可以长期保
持在一个比较稳定的水平 ,并显著优于无覆盖区域 ,有
利于土壤微生物的生长发育 ,加速土壤的熟化速度. 从
5 月到 9 月 (1999 年) 的植物生长季节 ,覆盖区域的土
壤水分含量一直保持在 11. 9 %～14. 1 %之间的湿润
水平 ,而非覆盖区域的土壤水分含量波动大 ,并长期处
于干旱状态 (表 4) .
表 4 　1999 年排土场边坡不同地块的表层土壤水分
Table 4 Water content of top2soil ( 0～20cm) in different sites in 1999
( %)
地块
Section
日期 Date
5. 25 6. 15 7. 12 8. 15 9. 13
风滚植物覆盖区 12. 5 12. 7 13. 4 14. 1 11. 9
Cover area by wind2rolling plant
非风滚植物覆盖区 8. 3 6. 9 7. 1 12. 1 7. 6
Without wind2rolling plant
31212 水土保持效益 　厚达 30～50cm 的风滚植物覆
盖层 ,如同巨大的海绵地毯 ,水土保持作用巨大. 猪毛
菜不仅自身能吸收大量的降水 (据测定 ,干枯的猪毛菜
可以吸收自身重量 2 倍以上的水分 ,即 3000g·m - 2 ,相
当于 3～5mm 的降水) ,并通过毛细管或灯芯作用 ,长
期浸润土壤[4 ] . 而且遇到较大强度和规模降水 ,雨水
先落在覆盖层上 ,改变了下降速度和方向 ,缓缓渗入土
层或流下 ,并不造成水土流失. 另外因水流强度减弱 ,
无泥沙淤积 ,更不会对坡下的草场造成危害[10 ] .
径流实验和排土场边坡水土流失情况调查结果表
明 ,风滚植物覆盖层的水土保持效果明显优于其它形
式的水土保持措施 ,如人工沙棘林、山杏和丁香混交
林、草袋护坡工程[1 ,2 ,4 ] . 在 1998 年的超常降水年份
( > 800mm)和 1999 年的平水年 ,有风滚植物覆盖的坡
面均未发生可见的沟蚀现象 ,而采取其它水保措施护
坡的坡面则出现程度不同的沟蚀[8 ] ,水土流失情况仍
很严重 (表 5) .
表 5 　不同地块土壤侵蚀强度的比较 3
Table 5 Erosion of soil and water in different areas
地块
Section
径流系数
Run2off
rate
( %)
泥沙流失量
Earth loss
(t·km - 2)
径流沟密度
Ditchs of
run2off
(m - 1)
径流沟深度
Depth
of ditch
(mm)
裸地 Bare area 22. 6 2496 3. 5 67
草 袋 护 坡 3 3 Engineering
with grass2bag — — 2. 3 49
人工沙棘林 Boskage of Hip2
pophae rham noides 16. 1 228 0. 8 28
风滚植物覆盖区 Cover area
by wind2rolling plant — — 0 03 该表为 1999 年降雨集中季节 (6～8 月)的实验数据 ,总降水 99. 7mm. The data
in the table was obtained from J une to August , 1996 , the total precipitation is
9917mm. 3 3 1993 年草袋护坡工程 ,1996 年之前水保效果较好 ,但因坡面土壤质
地恶劣 ,植被恢复缓慢 ,1996 年后草袋开始老化破裂 ,水土流失加剧 . 所以单纯的
草袋护坡措施在该矿区排土场的水土治理是行不通的 ,而且成本非常高 . The en2
gieering with grass2bag was build in 1993 ,which is well work on soil and water con2
servation until 1996. But the vegetation grew very slowly in the slope with bad soil
condition ,and the grass2bag began to rot from 1996 ,occurred serious loss of soil in the
slope.
313 　风滚植物覆盖层对地表植物生长的影响
风滚植物覆盖层虽然改善了土壤水分状况 ,有利
于植物和土壤微生物的生长发育 ,但覆盖层下地表的
光照情况却明显恶化 , 中午的光照强度达不到
10000L x[9 ] (表 6) . 这对于沙棘、猪毛菜等喜光植物生
长的影响是致命的. 所调查的覆盖层下 20 株沙棘全部
出现严重的叶片黄化 (光照不足) 现象 ,有些植株已开
始腐烂死亡. 地表出现可见的绿色苔藓层 ,并伴有稀疏
的弱小耐阴的藜科植物 ,这些植物很难穿过覆盖层正
常生长 (表 6) .
表 6 　不同地块地表光照情况 3
Table 6 Illumination in different areas ( Lx)
地块
Section
裸地
Bare
area
沙棘林下
Under boskage
of Hippophae
rham noides
针茅草原
S tipa
grassland
风滚植物
覆盖层下
Under cover of
wind2rolling plant
光照 (Lx) 115000 73000 98000 5000～10000
Illumination3 1999 年 7 月 15 日测定 Measured in J uly 15 ,1999.
由表 7 可知 ,风滚植物覆盖层腐烂后 ,覆盖区域的
植被将迅速生长 ,并在短时期内达到很大的盖度和生
物生产力. 该地区草本植物的腐烂周期平均为 4～5
年 ,3 年后猪毛菜覆盖层开始老化 ,枝条断裂 ,在重力
作用下塌陷 ,厚度减小 ,密度增加 ,以凋落物的形式形
成地被层. 同时腐烂速度加快 ,土壤有机质和总 N 含
量也迅速增加. 大量先锋植物如猪毛菜、大籽蒿
( A rtem isia sieversiana ) 、藜 ( Chenopodi um acum i na2
t um ) 、羊 草 ( A neurolepi di um chi nense ) 、芨 芨 草
( A chnatherum splendens)等冲破覆盖层迅速生长[3 ] . 5
年后生物量和植被盖度已超出天然草场 ,并且仍然保
持良好的水土保持效果.
表 7 　风滚植物覆盖层下的土壤养分和植物生长情况
Table 7 Effect of the cover of wind2rolling plant on soil nutrient and plants
growth
项目
Item
时间 Time (yr)
1 2 3 4 5
覆盖层厚度 30～50 30～50 20～35 15～20 5～10
Thickness of the cover(cm)
有机质 Organic matter ( %) 1. 51 1. 48 1. 93 3. 21 5. 77
总 N T2N ( %) 0. 055 0. 077 0. 147 0. 199 0. 233
p H 7. 7 7. 4 7. 3 — —
植物种类 Plants a a a acd bcf
盖度 Cover degree ( %) < 1 < 1 < 5 100 100
生物量 Biomass(g·m - 2) 0 0 0 214 553
a :苔藓 Moss ; b : 猪毛菜 S alsola colina ; c : 大籽蒿 A rtemisia sieversiana ; d : 藜
Chenopodium acuminatum ;f :羊草 A neurolepidium chinense.
　　至于今后这些地块上植被的演替方向及其水土保
持效果变化 ,还需要继续观测研究. 此外 ,地表温度的
变化 (如冬夏季土壤温差减小)对植被类型的影响亦有
待进一步研究.
4 　结 　　论
411 　排土场边坡人工沙棘灌丛对风滚植物有非常好
5386 期 　　　　　　　　　　　台培东等 :排土场边坡人工沙棘灌丛对风滚植物的固留作用及生态效应 　　　　　　　　　
的固留作用 ,同时形成大面积的风滚植物覆盖层 ,并且
沙棘的固留作用主要取决于自身枝条的机械强度.
412 　一定厚度的风滚植物覆盖层将大幅度减弱地表
的光照强度 ,从而影响沙棘和其他植物的正常生长.
413 　风滚植物覆盖层比人工沙棘植被有更好的水土
保持和土壤培肥效果. 当覆盖层腐烂到一定程度后 ,出
现更大密度、盖度和生物量的植物群落 ,其土壤熟化速
度和肥力明显优于人工沙棘林 ,说明人工沙棘林对风
滚植物的固留是有益于矿山土地的复垦.
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作者简介 　台培东 ,男 ,1964 年生 ,博士 ,主要从事恢复生态学
和污染生态学研究 ,发表文章 10 余篇. E2mail :poltai @ac. ac. cn
《农业生态学》新书介绍
　　由中国生态学会副理事长、华南农业大学热带亚热带生态研究所所长骆世明教授主编的普通高等教育“九
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