全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
采石场悬崖生态系统自然演替初期土壤和植被特征
袁剑刚1,周先叶2,陈 彦1,凡 玲1,杨中艺1*
(1.中山大学生命科学学院,广州 510275;2.华南师范大学生物系,广州 510631)
基金项目:广东省自然科学基金资助项目(031644);广州市科技攻关计划重大资助项目
收稿日期:2004-10-10;修订日期:2005-04-20
作者简介:袁剑刚(1967～),男,湖南郴州人,博士,主要从事绿地生态与恢复生态学研究。E-mail:mnslmy@zsu.edu.cn
* 通讯作者 Authorforcorrespondence.E-mail:adsyzy@zsu.edu.cn
Foundationitem:NaturalScienceFoundationofGuangdongProvince(No.031644)andMajorKeyTechnologiesR&DProgrammeofGuangzhou
Receiveddate:2004-10-10;Accepteddate:2005-04-20
Biography:YUANJian-Gang,Ph.D.,mainlyengagedingreenspaceandrestorationecology.E-mail:mnslmy@zsu.edu.cn
摘要:对位于珠江三角洲地区的 3个已关闭 3a、5a和 6a的采石场(分别记为 1、2、3号石场)悬崖上的土壤特征和自然植被进行
了调查和分析。结果表明,采石悬崖是非常极端的生境,悬崖上绝大部分地方为裸露岩石,仅在某些凹陷和缝隙处聚集有少量土
壤,土层厚度一般小于 1cm;3个悬崖上土壤的机械组成以石砾和沙粒为主,约占土壤总颗粒的 94%;虽然土壤肥力指标多属
中等偏低水平,但相对于南方荔枝园土壤,3悬崖土壤的肥力状况并不算差。经过 3～6a的自然恢复,采石场悬崖上逐步形成有
稀疏、丛状分布的草本植物群落,植被盖度和植物种类随恢复时间的推移而有所增加。1号石场悬崖的植被平均盖度为 10.6%,
植物种类有 3科 8属 8种;2号石场的植被平均盖度为 18.6%,植物种类有 6科 11属 11种;3号石场的植被平均盖度为
23.4%,植物种类有 7科 12属 12种。早期定居的植物主要是禾本科和菊科的草本植物,其中红毛草和类芦在群落中占绝对优
势,恢复 5a后开始出现马樱丹、野牡丹和岗松等耐旱的阳性灌木。
关键词:生态恢复;采石场;悬崖;土壤;植被
文章编号:1000-0933(2005)06-1517-06 中图分类号:Q146,Q948 文献标识码:A
Naturalvegetationandedaphicconditionsonthecliffofabandonedquarriesin
earlyrestoration
YUANJian-Gang1,ZHOU Xian-Ye2,CHENYan1,FANLing1,YANGZhong-Yi1* (1.SchoolofLifeScience,
ZhongshanUniversity,Guangzhou510275,China;2.CollageofLifeScience,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China).Acta
EcologicaSinica,2005,25(6):1517～1522.
Abstract:DuetotherapideconomicdevelopmentofChinasince1980s,alargenumberofquarrieshavebeenexploitedaround
thecountrytoprovidelargequantitiesofconstructionmaterialsformeetingvariousdemands.Quarryclifffacerepresentsa
specificandextremehabitatthatisoftenunsuitableforplantsgrowth.Attentionshavebeenpaidtotheirrestorationalover
theworld.Intermsofrestoration,theknowledgeofnaturalvegetationandedaphicconditionsisvaluableinformation.
However,previousstudiesofquarryrestorationweremainlyfocusedonthequarryfloor,andonlyveryfewonthequarrying
cliff.
ThreerepresentativequarrycliffsatGuangzhou,DongguanandZhuhaiinthePearRiverDeltaregion,wereselected.The
quarrieshadbeenclosedfrom3yearsto6years.Theedaphicconditionsandnaturalvegetationatthesethreequarrieswere
investigated.Thethreequarriesarecomposedofgneissicgranitewhosesurfacewasweatheredtosomeextent.Althethree
cliffshavesouthernaspects.Theslopeheightrangesfrom15metersto100meters.Thebottomofslopeisinthelengthof
between250and320meters.Theaverageslopeisfrom70degreesto76degrees.Becausethecliffswerecavedirregularly,
someholowsandcrackswereformedduringtheprogressofexploitation.Thereweresomesoils,whichwereabletogatherin
thesekindsofmicro-topographies.Thisprovidedthepossibilityforvegetationtoestablish.Thephysical,chemicaland
biologicalpropertiesonthecliffsarepoor.Thesoilsaremainlycomposedofgravelsandsands(coarseandfinesands),which
accountedfor94% oftotalparticles.Gravelsandcoarsesandsareabout35% oftotalparticles.
===================================================================
Claycontentisverylowonly
representing6% to7.5% oftotalparticles.Thesekindsofsoilshavethefeaturesoflowwater-holdingcapacityandhighair
permeability.Theorganicmattercontentinthesesoilsvariesfrom1.14% to1.28%.Totalnitrogencontentvariesfrom0.89
to1.02g·kg-1,ofwhich,28.5to35.2mg·kg-1isavailable.Totalphosphorouscontentisintherangebetween0.407and
0.454g·kg-1,ofwhich2.3to2.9mg·kg-1isavailable.Totalpotassiumcontentrangesfrom4.53to5.21g·kg-1,of
which44.2to50.9mg·kg-1isavailable.
Sparseandclumpedherbaceousvegetationcolonizedonthecliffsattheearlystageofrestoration.Thevegetationcoverage
andplantspeciesincreasedastheprocessesofnaturalrestorationwenton.Forthecliffwiththreeyearsrestoration,the
vegetationcoverageis10.6% andcomposedof8speciesbelongingto8generaand3families.Forthequarryoffiveyears
restoration,thevegetationcoverageis18.6% andcomposedof11speciesbelongingto11generaand6families.Forthequarry
ofsix-yearrestoration,thevegetationcoverageis23.4% andcomposedof11specieswhichbelongto12generaand7families.
TheplantsofearlyestablishmentweremainlyannualorperennialherbaceousspeciesofGramineaeandCompositae,and
dominatedbyNeyraudiareynaudianaandPhynchelytrum repens.Astimeelapses,somedroughttolerantandheliophilous
shrubs,suchasLantanacamara,MelastomacandidumandBaeckeafrutescensgradualyemergedonthecliffsurface.
Resultspresentedhereindicatedthatthenaturalcolonizationofplantsonthecliffsurfaceoftheabandonedquarrieswas
difficultandslow,duetotheunfavorableedaphicconditionsandsteepslope.Inthelongrun,itmayonlydevelopinto
herbaceousshrubcommunitywithsimplestructureinsuchcliffs.Inthisregard,someactionsonthesequarryingcliffsshould
bemadeforecologicalrestoration.Greatattentionshouldbepaidtothecracksandconcavesinthecliffswhenrestoration
measuresarebeingimplemented.
Keywords:quarry;cliffsurface;edaphicconditions;vegetation
20世纪中叶以来,随着经济的快速发展,各项建设工程相继启动,对于建筑材料、特别是各种石材的旺盛需求,促使各地兴
建了许多采石场。据统计,英国有 14000hm2的土地受到采石活动的影响[1];在我国,石材不是传统意义上的大宗矿产,因而缺
乏可靠的统计资料,估计我国有各类采石场逾十万家,主要集中在东部沿海经济发达地区,如浙江现有采石场 5000多个[2],广
东大大小小的采石场则达 12000家之多①,涉及土地面积超过 30000hm2。众多石场虽然满足了经济建设发展的需要,但由于长
期以来缺乏对其生态、景观后果的正确认识,采后即弃的传统处置方式常常在其身后形成大量的人为生态荒漠,并由此引发了
一系列严峻的环境和社会问题,如造成水土流失、诱发山体滑坡、占用土地资源、破坏自然景观等,已经对社会经济的可持续发
展构成了严重威胁[1,3]。
其实,除了采石场以外,还有一类地貌特征十分相似的生态破坏类型,即修筑道路时形成的高陡边坡。将此类工程遗留地貌
与生物的生境联系起来,将其定义为"受损人工悬崖生态系统",并希望通过包括本研究在内的一系列研究,为此类普遍存在的
受损生态系统的恢复提供理论依据。
作为一种重要的生态退化类型,采石场裸露迹地是非常特殊而极端的一类生境,世界各国均对其整治给予了高度重视。由
于立面太高、坡度过陡、植物生长环境极度恶劣,采石场整治的难点与重点在于采石悬崖的生态恢复[4]。对于采石场生态恢复工
程,自然植被、土壤发生发展规律是非常重要的第一手资料[5],但已有的研究主要集中于采石场平面迹地[6～9],对于采石悬崖的
研究很少,国内目前则还没有这方面的研究。其中的部分原因在于调查和取样需要在悬崖峭壁上进行长时间作业,工作难度大、
危险性高。由于缺乏对于采石悬崖生态系统基本情况的了解,目前的石壁复绿工程往往带有一定的盲目性和随意性。本文试图
通过对珠江三角洲地区几个具代表性意义的新关闭采石场的调查研究,了解采石场悬崖这种严重受损生态系统自然演替早期
阶段的土壤和植被特征,以期为采石场悬崖的生态恢复提供参考。
1 研究地概况和研究方法
1.1 研究地概况
研究地位处珠江三角洲地区。本区位于北回归线以南,南面是珠江出海口,属典型的南亚热带海洋性季风气候。气温受偏南
季候风影响,夏季长,并不酷热;冬季短,并不严寒;春季升温早,秋季降温迟。年均气温 21.6～22.6℃,1月平均气温 13.1～
14.5℃,7月平均气温 27.0～29.0℃,基本无霜。年均降水量 1700～2231mm,年蒸发量 1432～1738mm,年均日照时数近
2000h。每年自 1月份起雨量渐增,4月份激增,5～6月份雨量最多,雨量主要在 4～9月份的汛期,10月份至翌年 3月份是少雨
季节,4～6月份的前汛期多为锋面雨,7～9月份的后汛期多为热带气旋雨,风速可急剧增大到 10级以上,其次为对流雨。旱季
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① 广东省副省长许德立于 2004年 5月 10日在广东省全省采石场关闭复绿工作电视电话会议上的讲话
曾连续百日无雨,雨季则有经月淫雨、日降水量近 300mm的记录。
母岩以花岗岩、红砂岩为主,地带性土壤为赤红壤,由于发育形成于南亚热带的生物气候条件,土壤脱硅富铝化作用强烈,
酸度高,盐基饱和度低,粘粒淋移明显,物质循环速度快,土壤肥力较低。
本区地带性植被为南亚热带常绿阔叶林,由于区内光水热条件优越、交通便利、经济相对发达,人为干扰剧烈而频繁,现山
地丘陵多被开垦为经济林用地,空闲地则以草灌型植物群落为主,主要植物种为红茅草(Rhynchelytrum repens)、类芦
(Neyraudiareynaudiana)、狗牙根(Cynodondactylon)、牛筋草(Eleusineindica)、胜红蓟(Ageratum conyzoides)和马樱丹
(LantanaCamara)等。
1.2 采石悬崖地貌学特征调查
于 2004年 1月对珠三角范围内的已关闭采石场进行初步勘察,最后在广州、东莞和中山 3地选择了 3个有代表性意义的
新关闭采石场作为研究对象。观测并记录样地悬崖的坡向、坡度、坡高、坡长、面积、母岩及悬崖微地形状况。各样地悬崖基本情
况如表 1所示。
表 1 样地悬崖基本情况
Table1 Primaryconditionsofthesamplingcliffs
样地号
CliffNo.
停采时间
Age(a)
坡向 Slope
orientation
坡度
Gradient
坡高(m)
Height
面积
Size(m2)
母岩
Bedrock
1 3 SE8º 73º 15～100 15000 片麻状花岗岩*
2 5 SE10º 75º 20～80 11000 片麻状花岗岩*
3 6 S 76º 20～85 18000 片麻状花岗岩*
* Gneissicgranite
1.3 植被调查和分析方法
以机械抽样方法在 3个样地采石场的石壁立面上设置 1m×1m的调查样方,样方间距为垂直方向 10m、水平方向 20m,按
照从上而下、由左而右的顺序进行编号。1、2、3号采石场分别设置了 75、52和 80个调查样方。记录样方内植物种类、盖度、株
数、高度等,计算各植物种的密度、相对密度、优势度、相对优势度、频度、相对频度和重要值:
密度=个体数目/样方面积
相对密度=一个种的密度/所有种的总密度
优势度=盖度总面积/样方面积
相对优势度=一个种的优势度/所有种的总优势度
频度=包括某个种的样方数/样方总数
相对频度=一个种的频度/所有种的总频度
重要值=相对密度+相对优势度+相对频度
1.4 土壤样品的采集和分析
在 1.3所设样方内调查土壤在悬崖表面的覆盖率、土层厚度,收集样方左下角 30cm×30cm范围内的所有土壤,装入无菌
封口塑料袋内带回实验室。土壤过 5mm筛去除石块和植物残余,称量鲜重后,取部分土样于室内自然风干,研磨、过筛供土样
基本理化性质测定;其余土样于 105℃恒重,称量干重后换算为所有土壤的干重。土壤性质测定指标包括土壤机械组成、pH、有
机质、全 N、速效 N、全 P、速效 P、全 K和速效 K[10,11]
数据处理采用 Excel和 SPSS软件进行数据处理和分析。
2 结果与分析
2.1 采石场悬崖生态系统地貌学特征
地貌学特征调查结果显示,新形成的采石悬崖基本为裸露岩石,表面没有土层;立面较高,一般超过 50m,高者则在 100m
以上;崖面陡峭,坡度一般超过 70º,有部分垂直甚至逆向坡,主要是由于不合理的开采方式所致;悬崖表面存在较多因人工开采
而形成的不规则凹陷和缝隙。可见采石场悬崖生态系统是非常严酷而极端的生境,立面高、坡度陡、无土层、易淋溶是其普遍特
征,但悬崖表面的一些微地形为土壤集聚和植被入侵创造了一定条件。
2.2 土壤特征
2.2.1 土壤分布特征 由于坡度太陡,淋溶、冲刷作用强烈,悬崖上绝大部分地方没有土壤,但悬崖表面存在较多的凹陷和缝
隙,在某些凹陷和缝隙处聚集有少量土壤,土层厚度一般小于 1cm,极少超过 2cm。1、2、3号采石悬崖的土壤覆盖率、平均土层
厚度和土壤重量(干重)分别为 5%～6%、5.9～7.1mm和 3.6～4.5kg·m-2(表 2),各指标在 3悬崖间均无显著性差异(p>
0.05)。
91516期 袁剑刚 等:采石场悬崖生态系统自然演替初期土壤和植被特征
2.2.2 土壤理化性质 表 2列出了土壤理化性质分析结果。结果表明,3个样地土壤的机械组成以石砾和沙粒(粗沙+细沙)
为主,两者之和几乎占到土壤颗粒的 94%,其中石砾和粗沙含量均占总量的三成五左右;而土壤粘粒含量很低,仅为土壤颗粒
总量的 6%～7.5%。这种机械结构使得样地土壤的通透性有余,而保水持水能力不足。
3个样地土壤的有机质、全 N、速效 N、全 P、速效 P、全 K和速效 K分别为 1.14%～1.28%、0.89～1.02g·kg-1、28.5～
35.2mg·kg-1、0.407～0.454g·kg-1、2.3～2.9mg·kg-1、4.53～5.21g·kg-1和 44.2～50.9mg·kg-1,这些肥力指标虽然
在全国土壤标准中多属中等偏低水平,但相对于南方陡峭石壁立面的极端生境,这样的土壤肥力状况并不算差。总体上显示了土壤理
化性状随关闭时间的推移有所改善的趋势,但变化的速度比较缓慢,各指标在采石场间的差异均不显著(p>0.05)。
表 2 采石场悬崖表面土壤特征
Table2 Propertiesofthesoilonthesamplequarryingcliffs
项目 Parameter
1号采石场
QuarryNo.1
2号采石场
QuarryNo.2
3号采石场
QuarryNo.3
样方数(个)Numberofsamplequadrats 75 52 80
有土样方数(个)Quadratsboresoil 31 23 34
土壤覆盖率 Soilcoverage(%) 5 5 6
土壤厚度 Averagesoildepth(mm) 6.0±4.1 5.9±4.6 7.1±5.8
土壤重量 Soilweight(DW,kg/m2) 3.8±1.1 3.6±1.7 4.5+2.3
石砾含量 Gravel(>2mm)(g·kg-1) 345±31 360±29 367±38
粗沙含量 Coarsesand(0.2～2mm)(g·kg-1) 352±23 376±19 361±30
细沙含量 Finesand(0.002～0.2mm)(g·kg-1) 228±16 205±26 209±21
粘粒含量 Clay(<0.002mm)(g·kg-1) 75±10 59±8 63±7
pH 5.39±0.05 5.10±0.06 5.23±0.04
有机质 Organicmatter(%) 1.14±0.19 1.25±0.28 1.28±0.17
全 NTotalN(g·kg-1) 0.89±0.13 0.97±0.14 1.02±0.21
速效 NAvailableN(mg·kg-1) 28.5±4.7 31.6±3.6 35.2±4.3
全 PTotalP(g·kg-1) 0.407±0.081 0.454±0.092 0.426±0.083
速效 PAvailableP(mg·kg-1) 2.3±0.4 2.9±0.5 2.8±0.5
全 KTotalK(g·kg-1) 4.53±0.63 5.21±0.99 4.87±0.49
速效 KExchangeableN(mg·kg-1) 44.2±4.6 50.9±2.2 48.4±3.1
质地 Texture 砂土 Sandy 砂土 Sandy 砂土 Sandy
2.3 植被特征
2.3.1 植被分布特征 采石场停采后,石壁立面逐渐出现植物入侵。但由于严酷的立地条件,加之处于自然演替初期阶段,采
石场悬崖生态系统的植物种类组成较为简单,植被甚为稀疏,基本成丛状分布,充分体现出悬崖立地条件的分布特点。1、2、3号
采石场悬崖的植被平均覆盖率分别为 10.6%、18.6%和 23.4%(表 3),明显随关闭后经历年限的增加而增加。
表 3 采石场悬崖植被分布情况
Table3 Vegetationcoverage(VC)ofthesamplequarryingcliffs
项目 Parameter
1号石场
Quarry1
2号石场
Quarry2
3号石场
Quarry3
样方数(个)
Numberofsamplequadrats
75 52 80
有植物样方数(个)
Quadratsborevegetation
24 21 34
有植物样方覆盖率 VCofthe
quadratsborevegetation(%)
33 46 55
悬崖植被平均覆盖率
AverageVCofthecliffs(%)
10.6 18.6 23.4
2.3.2 植物种类组成与植物群落特征 3样地植被均为结构
简单的草本植物群落,以集群形式分布在立面凹陷或稍缓有
土壤聚集处,基本为耐旱的阳性先锋植物,主要植物种类有禾
本 科 的 红 毛 草 (Rhynchelytrum repens)、类 芦 (Neyraudia
reynaudiana)、牛 筋 草 (Eleusineindica)、狗 牙 根 (Cynodon
dactylon),莎草科的绢毛飘拂草(Fimbristylissericea),菊科的
胜 红 蓟 (Ageratum conyzoides)、加 拿 大 飞 蓬 (Conyza
canadensis)、三叶鬼针草(Bidenspilosa)和蕨类植物芒萁
(Dicranopterisdichotoma)、华南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、
肾蕨(Nephrolepisauriculata)等,间或有少量灌木类植物斑块
状分布在立地条件较好的地方,包括马鞭草科的马樱丹
(Lantanacamara)、野牡丹科的野牡丹(Melastomacandidum)和桃金娘科的岗松(Baeckeafrutescens)。以群落垂直结构而言,类
芦构成了群落的第 1层(90～150cm),第 2层主要为红毛草+牛筋草+胜红蓟(30～80cm),狗牙根和蕨类植物(<20cm)则构
成了群落的第 3层。
表 4列出了 3个采石场石壁立面的植被调查情况。结果表明,经过几年的自然演替,采石场石壁立面逐步形成有稀疏、简单
的草本植物群落,这种群落的植物种类组成非常单纯,3个采石场中,1号石场的植物种类组成最为简单,只有 3科 8属 8种植
0251 生 态 学 报 25卷
物,2、3号石场的组成稍为复杂,开始有耐旱、耐贫瘠的阳性灌木植物种出现,亦分别只有 6科 11属 11种和 7科 12属 12种植
物;所有定居植物中,红毛草和类芦的重要值在 3个样地中均远远超过其他植物,显示出它们在植物群落中的重要性;1号石场
中,红毛草的重要值为 86.9,远超过类芦的 52.2,到了第 2、3号石场,类芦取代红毛草,成为群落中的优势种,这种变化产生的
主要原因是类芦的成熟植株较高,当其生长起来以后,逐渐对下层的红毛草形成了一定的荫蔽,从而使得喜阳的红毛草的生长
受到了一定的影响;灌木植物虽然数量还很少,但已经在群落中表现出重要的生态和景观功能。
表 4 1号、2号和 3号采石场石壁立面的植被组成及特征
Table4 ThespeciescompositionandcharacteristicsofvegetationsonthecliffofquarryNo.1,No.2andNo.3
种类 Species
生活型*
Lifeform
高度
Height
(cm)
相对密度 Relative
density(%)
相对优势度 Relative
dominance(%)
相对频度 Relative
frequency(%)
重要值 Important
value
No.1 No.2 No.3 No.1 No.2 No.3 No.1 No.2 No.3 No.1 No.2 No.3
类芦 Neyraudiareynaudiana PH 80～150 14.6 17.0 20.8 21.8 39.5 35.5 15.8 16.5 16.6 52.2 73.0 72.9
红毛草 Rhynchelytrumrepens PH 45～100 41.3 19.8 18.5 23.2 21.8 15.7 22.4 16.5 15.3 86.9 58.1 49.5
狗牙根 Cynodondactylon PH 10～20 7.3 9.3 7.2 10.9 15.6 8.6 7.9 11.0 7.6 26.1 35.9 27.4
蟋蟀草 Eleusineindica AH 20～50 7.8 6.5 8.2 10.0 8.8 8.1 10.5 8.8 10.2 28.3 24.1 26.5
绢毛飘拂草Fimbristylissericea PH 40～100 - 3.2 2.3 - 3.3 3.4 - 5.5 6.4 - 12.0 12.1
胜红蓟 Ageratumconyzoides AH 30～80 11.7 5.2 10.3 10.9 5.3 6.2 15.8 8.8 11.5 38.4 19.3 28.0
加拿大飞蓬 Conyzacanadensis AH 25～75 8.8 3.9 8.0 12.7 5.3 5.5 15.8 8.8 9.6 37.3 18.0 23.1
三叶鬼针草 Bidenspilosa AH 30～80 3.5 2.0 2.3 5.9 2.6 3.4 6.6 6.6 6.4 16.0 11.2 12.1
华南毛蕨Cyclosorusparasiticus F 15～30 4.9 9.7 13.7 4.5 8.8 6.8 5.3 11.0 9.6 14.7 29.5 30.1
芒萁 Dicranopterisdichotoma F 10～30 - 8.1 - - 6.6 - - 5.5 - - 20.2 -
肾蕨 Nephrolepisauriculata F 15～30 - - 8.0 - - 4.6 - - 6.4 - - 19.0
马樱丹 LantanaCamara SH 60～150 - 0.1 - 2.2 - 1.1 - 3.4 -
岗松 Baeckeafrutescens SH 50～140 - - 0.4 - - 1.4 - - 0.6 - - 2.4
野牡丹 Melastomacandidum SH 45～90 - - 0.1 - - 0.9 - - 0.0 - - 1.0
* PH 多年生草本 Perennialherb;AH 1年生草本 Annualherb;F 蕨类植物 Fern;SH 灌木 Shrub
3 讨论
调查结果表明,现有采石悬崖的坡度往往在 60º以上,一般超过 70º,甚至有部分垂直的峭壁或逆向坡。虽然岩石表面温差大
(夏季日较差甚至可达 40℃以上,另文报道)、机械崩解作用强烈,亦存在较强的风、雨蚀与化学风化作用,土壤的集聚极为不
易,但由于存在不规则的微凹地形或缝隙,岩面凹陷平缓处常聚集有少量土壤。由于强烈的冲刷淋溶作用,这种土壤的颗粒粗细
不匀,石砾和沙粒含量极高,粘粒含量极低,因而通透性有余,保水持水能力不足,是典型的坡积母质特征。
令人稍感意外的是 3个样地土壤的肥力特性,有机质、全 N、速效 N、全 P、速效 P、全 K和速效 K等肥力指标虽然在全国土
壤标准中多属中等偏低水平,但相对于南方荔枝园土壤[12],这样的土壤肥力状况并不算差,是陡峭石壁立面的极端生境中难得
的生境要素。究其原因,可能与其形成机制有关。我们推测采石悬崖土壤的主要来源是坡顶的成熟土壤,通过风吹雨淋作用而聚
集在石壁立面中下部的凹陷微地形或缝隙处,这样的微地形使得地表迳流流经和汇集时,其中的部分有机质和其他肥力相关颗
粒有可能沉积并聚集起来,基质因而得以保有一定的肥力状况。据此,进一步推测这种基质特性也很有可能是某些陡峭石壁立
面的个别地方,能够支撑长势良好的小植物群落的原因;同时,植物群落能够在这些基质上迅速发展起来,也是这些基质中的养
分得以保存并有所改善的决定性因素,因此,石壁上土壤肥力的改善是与植被的发育相同步的。
采石场石壁立面是非常特殊而极端的一类生境,植物生长环境极端恶劣,不惟植物自然生长不易,人工植被修复亦很困难
并须相当耗费。但多数采石场石壁立面所存在的不规则的微凹地形或缝隙及其凹陷平缓处聚集的少量土壤使得植物的自然入
侵成为可能。有鉴于此,有观点认为不应该花费人力物力对这类峭壁进行人工干预,而应将其保留作为地质公园,让它们慢慢进
行自然恢复,不但可为地质教学和生态教育之用,亦可为某些野生生物提供栖息场所[7,13]。这种观点及做法确实相当诱人,在某
些发达国家也有成功案例,但由于以下原因,在我国目前情况却并不可行:①基础不同。很早以前,许多国家便已认识到采石场
迹地的环境影响及绿化的难度和艰巨,从 20世纪 70年代起,各发达国家便已纷纷立法,要求对所有石壁裸地进行综合治理,凡
工程中的石质边坡,一律采用台阶式作业方法,边开采边垦复。由于处置得当,目前发达国家的采石场问题并不突出。我国以往
则基本是掠夺性开采、随意性废弃,使得采石场悬崖生态系统的立地条件更为恶劣,要想在这种极端生境中实现植被自然恢复,
必将是一个极其缓慢的过程,需要花费很长的时间。本研究所调查的 3号采石场关闭时间已经 6a,加上许多石壁立面是在关闭
前早已形成的,已有 10多年历史,但现有植被覆盖率也仅为 23.4%,而且就采石场石壁立面整体而言,在相当长的时期里能够
支撑植物生长的立地条件也仅仅存在于极其有限的局部。②改革开放以来,我国经济的跨越式大发展,在全国各地产生了大量
12516期 袁剑刚 等:采石场悬崖生态系统自然演替初期土壤和植被特征
的采石场。出于经济方面的考虑,往往就近开采,其中不少更位于民航航线、主干公路的可视范围和居民区附近,不仅在亮丽山
水之中形成了道道刺眼疤痕,靠近居民生活圈的采石场还构成了严重的环境和安全隐忧。而国际上通常的做法是对采石场进行
科学选址,尽量使其对人居的影响减少到最低。也正是由于以上这些原因,目前全国许多地方,尤其是珠江三角洲地区已经开始
开展投入大量的人力物力进行大规模的采石场整治复绿工作。
但采石悬崖的立地条件实在太过恶劣,人工复绿的耗费相当惊人。以广东为例,目前的工程成本大概在 80～150元/m2之
间,如果所有采石悬崖都按现行方法进行复绿,则广东一省的耗费便需数百亿元之巨。本研究结果表明,虽然条件恶劣,采石场
石壁立面所存在的微凹地形或缝隙及其凹陷平缓处仍然使土壤的聚集和植物的自然入侵成为可能,并可进而发生自然生态演
替。这一结果为采石悬崖的生态恢复提供了一个重要启示,即人们或许可以通过人为的方法,在悬崖上构筑大量的微凹地形或
小平台,并在其上引入周围表土,则既可改善悬崖立地条件,又可引入当地植物种子库,如此可望以较少成本在较短时间内在悬
崖上形成适当的植物群落。根据这个思路,开展了一些相关试验,初步结果令人鼓舞。
出于商业和应用方便的考虑,以往的石质边坡绿化工程多采用外来的草本植物[2],这样形成的人工植被虽然早期效果不
错,但由于外来物种对陡峭石壁立面恶劣环境的抗逆性较弱,生物群落稳定性差,往往在短期内出现植被退化现象。在广东省范
围内进行的采石场迹地植被的调查结果表明,虽然植物生长环境极端恶劣,许多采石场石壁立面的适宜微地形上仍可发生植物
的自然入侵和定居,并逐步在峭壁上形成稀疏、简单的草本甚或草灌型植物群落,这些植物往往都是乡土物种或乡土化物种如
红毛草、类芦、斜叶榕(Ficusgibbosa)、马樱丹、岗松、山黄麻(Tremaorientalis)等,如果对这些植物种进行系统的研究开发,对于
采石悬崖的生态恢复,势将具有非常重要的意义。
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