（森林培育专业论文）四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究.pdf

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s h a n a b s t r a c t ni sw e l lk n o w nt h a tt h e r ea r et o om u c hd i 伍c u l t i e st or e c o v e rt h e d a m a g e dm o u n t a i nb o d yb e c a u s eo fm i n i n ga c t i v i t i e s ，a n dt h e r ea r ef e w r e s e a r c h e sa n dp r a c t i c e so nt h ev e g e t a t i o n sr e c o v e r y i nt h i sp a p e r , w et a k e a b a n d o n e dq u a r r ys i t eo fs i b a o s h a hw a st a k e na st h er e s e a r c ha r e a b a s e do l l t h es i t ec o n d i t i o n sa n do t h e rl i t e r a t u r e s ，t h i sa b a n d o n e dq u a r r yw a sc l a s s i f i e d i n t o5t y p e s t y p i c a ls a m p l e sw e r es e l e c t e di ne a c hs i t et y p e n l ec o m m t m i t y s t r u c t u r e s ，i n c l u d i n gt h es p e c i e sc o m p o s i t i o n ( n u m b e ro fs p e c i e sa n dh e i g h t ) ， v e r t i c a la n dh o r i z o n t a ls t r u c t u r e ，l i f e f o r m , t o g e t h e rw i t h i t sr e l a t i v e e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，w e r ei n v e s t i g a t e di ni n i t i a ls t a g eo fn a t u r a lv e g e t a t i o n r e s t o r a t i o ns i n c e2 0 0 6 t l l es u c c e s s i o ns e r i e sw e r ei d e n t i f i e db a s e d0 1 1t h e c o m m u n i t yq u a n t i t a t i v ec l a s s i f i c a t i o na n do r d i n a t i o n , 嬲w e l l 勰h i s t o r i c a l r e c o r d so fp l a n tc o m m u n i t ye v o l u t i o n 1 1 1 ec o m u n i t yc h a r a c t e r sw e r e s u m e r i z e df o re a c hs u c c e s s i o ns t a g e t l l i ss t u d yh a sg r e a ts i g n i f i c a n c eo nt h e v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n 1 1 1 em a i nc o n c l u s i o n sa r ea s f o l l o w s ： 1 啊l e s p e c i e sc o m p o n e n t si n i n i t i a l s t a g e o fn a t u r a l v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o no na b a n d o n e dq u a r r ys i t eo fs i b a o s h a n 刀玲h e r b a c r o u ss p e c i e sa r er i c hi n t h i sa r e a t h e r ea r e5 5s p e c i e s b e l o n g i n gt o4 5g e n e r aa n d2 5f a m i l i e s 1 1 l ec o m p o s i t a es p e c i e si sc o n s i s to f 3 6 a n dg r a m i n e a es p e c i e si sc o n s i s to f2 2 ，2 4p l a n ts p e c i e sb e l o n g i n gt o 2 3g e n e r aa n d2 3f a m i l i e sm a d eu p4 2 o ft h et o t a lh e r e bs p e c i e s t 1 1 es p e c i e so fs h r u ba l er e l a t i v er a r e t h e r ea r e o n l y7s p e c i e s b e l o n g i n gt o7g e n e r aa n d4f a m i l i e s 。t h e r ea r e ：v i t e xn e g u n d o ，r h a m n u s p a r v i f o l i a , l e s p e d e z ab i c o l o r ，c a r a g a n as i n i c a , z i z i p h u sj u j u b e a n d 3 a m p e l o p s i sj a p o n i c & g r a m i n e a es p e c i e sa r ed o r m i n a n ti nt h ea n n u a lh e r bp l a n ts t a g ed u r i n g s u c c e s s i o np r o c e s s a st 1 1 ep r o c e s sc o n t i n u e s ，t h ed e g r e eo fa d v a n t a g e so f ( h a m j n e 神s p e c i e sg r a d u a u yr e d u c ea n dd o w n t o1 6 3 i nt h es h r u bs t a g e t h en u m b e ro fc o m p o s i t a es p e c i e sa p p e a ra ni n c r e a s i n ga n dt h e nad e c r e a s i n g t r e n d n 圯n u m b e ro fo t h e rg e n e r aa n df a m i l i e sg r a d u a l l yi n c r e a s e d 2 t 1 1 es p e c i e sd i v e r s i t i e si ni n i t i a ls t a g ed u r i n gn a t u r a lr e s t o r a t i o no n a b a n d o n e dq u a r r yo f s i b a o - s h a h 1 1 1 es p e c i e sd i v e r s i t yi n c r e a s e dc o n t i n u o u s l yi nt h ei n i t i a ls t a g ed u r i n g n a t u r a lr e s t o r a t i o n e v e nt h o u g ht h es i t et y p e sf o r m e di nt h es a m et i m e ，t h e s p e c i e sd i v e r s i t yi n d e x e sh a v eg r e a td i f f e r e n c e sa m o n gc o m m u n i t i e sb e c a u s e o ft h em i c r o s i t ed i f f e r e n c e s t 1 1 ec l o s e ds p e c i e sd i v e r s i t yi n d e x e sm a yn e e d d i f f e r e n ts u c c e s s i o n a lt i m e i m p r o v i n gs i t ec o n d i t i o n sc a na c c e l e r a t et h es u c c e s s i o np r o c e s s 刀 e c o m p l e x i t i e so fc o m m u n i t ys u c c e s s i o na n dt h es i t e sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n t h ev e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n , b a s e do nl o c a lc i r c u m s t a n c e si m p r o v i n gt h e h y d r o t h e r m a lc o n d i t i o n ss h o u l db et a k e n 刀j er e s t o r a t i o np r a c t i c e ss h o u l db e c a r r i e do u ta c c o r d i n gt ot h es i t ec o n d i t i o n sa n ds u c c e s s i o ns t a g e s 3 t h es u c c e s s i o ns e r i e si ni n i t i a ls t a g eo fn a t u r a lc o m m u n i t yr e s t o r a t i o n o na b a n d o n e dq u a r r yo fs i b a o - s h a n a c c o r d i n gt ot h ew i n t w i n sc l a s s i f i c a t i o na n dd c a o r d i n a t i o n ，a n d i n t e g r a t i n gt h eh i s t o r yr e c o r d so ft h ev e g e t a t i o n , t h es u c c e s s i o ns e r i e sc a n b e d i v i d e di n t o3s t a g e s ：a n n u a lh e r bs t a g e ，p e r e n n i a lh e r bs t a g ea n ds h r u bs t a g e t h es u c c e s s i o no r i g i n a t e st h ep i o n e e rs p e c i e s ，s u c ha ss e t a r i av i r i d i s , e l e u s i n ei n d i c a , 谢t l lt h el a p s eo ft i m e ，p e r e n n i a lh e r b sa p p e a r c l e i s t o g e n e s h a n c e ii st h ed o m i n a n ts p e c i e si nm o s tc o m m u n i t i e s mn a t i v es p e c i e ss u c h a ss p e c i e so fc o m p o s i t a e ，a l l i u mr a m o s u m , a n dc y n a n c h u mc h i n e n s i sa r e d o m i n a n to n e si nb e t t e rs i t e s t h ea n n u a lh e r bs t a g ew o u l dl a s tf r o mlt 05 y e a r sa td i f f e r e n t s i t ec o n d i t i o n s a f t e r5 - 1 0y e a r sg r o w i n g ，m o s to ft h e a n n u a lh e r bc o m m u n i t i e sd e v e l o pt op e r e n n i a lh e r bc o m m u n i t i e s m e a n w h i l e ， 4 s o m el a i g hs h r u b sa p p e a ri nt h ec o m m u m t y t h ed o m i n a n ti s 形n e g u n d o l a t t e rt h e r ew e r em o r es h r u bs p e c i e sc o m i n gi n t oa n db e c a m em o r ec o m m o n i tm i g h tn e e d4 0y e a r sf o rt h ed o m i n a n ts h r u bl a y e rd e v e l o p m e n ts i n c ei t sf i r s t a p p e a r i n g i ti sv e r yd i f f i c u l tt of o r e c a s th o w l o n gt h ec o m m u n i t yc l i m a xw i l l l a s t , b e c a u s et h a tt h e s h r u b l a y e r s t i l li sv e r ys i m p l ea f t e r5 0y e a r s d e v e l o p m e n ta n d n oa r b o rs p e c i e sa p p e a ra tp r e s e n t w i t h o u t a r t i f i c i a l m e a s u r e s 让i es u c c e s s i o no ft h i sa r e aw i l l l a s tf o ral o n gt i m e k e y w o r d s ：s i b a o s h a n ；a b a n d o n e dq u a r r y ；v e g e t a t i o nr e c o v e r y ；c o m m u n i t y ； c l a s s i f i c a t i o n ；o r d i n a t i o n ；s u c c e s s i o ns e r i e s 。 5 四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究 1 引言 根据中国水土流失与生态安全科学考察建设项目水土流失科学 考察组的调查成果，在“十五 期间由于矿产资源开发而扰动的地表面积 为4 4 8 万h m 2 ，占同期各类开发建设项目扰动地表总面积的8 ；矿产资 源开发所造成的弃土弃渣量为2 4 2 亿t ，占同期各类开发建设项目的弃土 弃渣总量的2 6 2 ；矿产资源开发所造成的水土流失量为1 1 亿t ，占同 期各类开发建设项目水土流失总量的1 1 1 。矿产资源是国民经济和社会 发展的重要物资基础，随着全球经济社会持续发展人类对矿产资源的开发 利用呈现持续增加的趋势。我国9 5 以上的能源、8 0 以卜的工业原材料 和7 0 以上的农业生产资料都来自于矿产资源，矿产资源已是我国社会 经济发展的重要组成部分。然而，矿产资源开发在开采过程中及开采后造 成的生态破坏带来一系列的环境和社会问题也是非常严峻的。由此可见在 我国由于矿产资源开发所造成水土流失危害等方面生态环境影响是面广 量大而深远的。其主要表现在：占用了大量的土地资源，造成了严重的水 土流失；固体废弃物堆积造成严重的污染，重金属含量过高，p h 值太低或 太高致使生态环境破坏与土地生产力的退化；水资源的大量消耗与污染； 生态景观、生物群落和生物多样性的破坏等等；矿石破碎、筛分和选矿等 工序中及在废石堆场、尾矿库产生的大量粉尘和排放的s 0 2 等有害气体 盘 守。 造成我国矿产资源开发地区生态环境恶劣现状的原因如下： 一是目前在限制矿产资源开发的法律法规还不健全，缺乏资源开发的 利益调节和分配机制、矿产资源开发的督办与监测体系不健全，致使矿产 资源的无序开发和治理不当。 二是现行的水土保持法关于矿产资源开发的生态补偿的规定不够 明确、不够具体，导致征收的范围小、标准低，难以满足实际工作的需要。 三是矿产开发后的生态环境极度恶劣，植被恢复相当困难。土壤重金 属含量超标，营养成分极度匮乏p h 值太低或太高，治理难度大，成本 高，这些都是矿区生态重建落后于开发的原因。 造成目前矿产资源开发严重的生态环境问题的原因是多方面的，既有 制度管理上的不足，还存在技术领域的瓶颈问题。所以要解决这些问题就 6 山东农业大学硕士学位论文 必须从矿产资源开发与环境问题的产生根源入手，规范矿产资源开发的秩 序、建立矿产资源开发与环境保护的责任、义务相一致的准入制度、建立 矿产资源开发的合理生态补偿机制、建立可操作性强的植被恢复与重建的 示范样板和科学的技术体系。 矿山开采造成的破坏山体由于植被恢复的基质贫乏，恢复与重建的难 度极大。目前破坏山体植被恢复与重建的研究与实践还较少，生产上缺乏 相应的理论基础、配套技术与样板。有的地方矿山开采投入大量的人力、 物力和财力，甚至全部利润不够植被恢复的成本。目前生产上常常由于工 程技术措施不当，导致事被功半，甚至完全失败，浪费了人、财、物，也 耽误了水土保持与环境治理的时机。因此，在矿产资源开采的同时，提供 行之有效的植被恢复与重建技术体系，包括水土保持与污染控制工程技术 手段，重塑土壤与水环境，降低污染程度和改善景观质量，这样才能保证 开采资源的同时把环境的影响将至最低，也保证生态补偿合理使用。如果 经济实力较强，可以通过适当的整地工程，引入客土短期内恢复植被。否 则必须依据当地植被演替自然规律，逐步恢复生态环境。 综上所述，现有经济和技术条件下，全面快速地改善破坏山体的生态 环境，必须寻求生态上合理、经济上可行、技术上可操作的植被恢复模式 与技术体系。首先要研究和解决的问题是适生植物材料的选择和掌握采石 场植被自然演替规律。 然而截至目前，破坏山体优势的乡土植物有哪些? 不同演替阶段的特 点是什么? 遵循什么样的演替规律? 又怎么样应用这些规律快速恢复植 被? 等等，这些问题的回答将有助于快速合理地恢复破坏山体的植被。本 研究就是以此为切入点，以四宝山废弃采石场为研究对象，应用空间代时 间的方法，在现有群落的分类和排序的基础上，确定了该采石场自然演替 初期的演替序列。并结合立地条件，分析各个群落的演替特征。这项研究， 对于实现废弃采石场资源开发和环境的可持续发展具有极其重要的理论 与实践指导意义。 1 1 采石废弃地生态恢复技术研究进展 矿山开采极大地促进了地方经济的发展，但是也对生态环境造成了极 7 四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究 大的破坏。由于采石场几乎没有挡土墙等防止水土流失的措施，大多也未 进行复垦绿化，会造成水土流失、泥石流、滑坡、河道堵塞等生态问题。 据不完全统计( 刘仁芙，2 0 0 2 ) ，目前我国因露天开采、开挖和各类废渣、 废石、尾矿堆置等，破坏与侵占的土地面积超过了4 0 0 0h m 2 。但全国土 地复垦率不足1 2 ，其中，采石场的生态复垦率更低( 汤惠君等，2 0 0 4 ) 。 因此采石场的复绿日益成为社会普遍关注的问题之一。它关系到人类生活 质量的提高，关系到经济发展与环境保护的协调，其意义是十分深远巨大 的。采石场的植被恢复工作已经迫在眉睫。 矿区废弃地植被恢复是一个复杂的问题，它是与生态、地质、土壤、 林业、环境保护、美学、地理等多个学科有关，但是理论基础是恢复生态 学。恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建技 术和方法及其生态学过程和机理的学科，其研究对象是在自然灾变和人类 活动压力下受到破坏的生态系统。英、美、澳等发达国家最初在恢复生态 学方面的工作主要集中在开矿后废弃地植被的恢复，“恢复生态学”一词 即缘于此( 李永庚等，2 0 0 4 ) 。 早在2 0 世纪初期德国和美国就率先开始对矿区废弃地的恢复工作 ( 高国雄等，2 0 0 1 ) 。其中德国在2 0 年代初开始对露天开采褐煤矿进行绿 化，其发展过程大致经历了三个阶段( 李树志，1 9 9 5 ；1 9 9 8 ) ：实验阶段 ( 1 9 2 0 - , 1 9 5 0 年) 、综合种植阶段( 1 9 5 1 1 9 5 8 年) 、树种多样化和分阶段 种植阶段( 1 9 5 8 年以后) ，积累了一定经验，取得了显著的成绩。美国在 1 9 1 8 年就在印安纳州煤矿的矸石碓上进行在种植试验。许多国家都将矿 区土地复垦及生态重建规划列入到矿区开发建设的基本程序之中，要求将 矿区生态环境恢复到开采前的状态或原貌。1 9 3 9 年以后，美国西弗吉尼 亚、印第安纳、伊利诺斯等3 9 个州先后制定露天开采和土地复垦法；1 9 5 4 年苏联部长委员会议中就明确指出：“利用后的土地必须恢复到适宜农业 利用或其他建设需要状态”。1 9 6 0 年各加盟共和国通过自然保护法和 1 9 6 2 年的部长委员会议中更加明确的要求进行土地复垦。在1 9 6 8 年的苏 联宪法和1 9 7 6 年的部长会议决议中，土地复垦法进一步发展和具体化。 在这些法律的约束、保障和促进下，土地复垦的综合研究得以顺利进行。 总体上看，矿业发达的国家如美国、加拿大、德国和澳大利亚等，早在 8 山东农业大学硕士学位论文 2 0 世纪7 0 年代就开始重视矿山环境保护和治理，实行了比较严格的矿山 环境保护和矿产环境评估制度，采取多种措施防止土地荒芜，恢复生态环 境，并建立起一些相关的土地复垦企业、科研机构、学术团体等，使矿山 土地复垦工作蓬勃发展，得到了法律上和资金上的保障，在技术措施和行 政管理上也不断深化和完善，已成为采矿业的必须工程环节。但大规模、 有计划、有目的的复垦研究工作也不过2 0 多年的历史。 我国在采石场植被恢复方面的工作要远远早于国外，早在远古时代就 注重采石活动后的生态重建。浙江绍兴东湖风景区原先是一处采石场，由 于长年累月的开凿，形成千奇百怪的峭壁和深邃的小塘，构成了东湖的雏 形。至清代，东湖筑堤分界，外为河，内为湖，并经长期改造，形成了山 水交融、洞窍盘错的风景旅游胜地( 李根福，1 9 9 1 ) 。近代我国矿区废弃地 的恢复工作开始于上世纪5 0 年代( 高国雄等，2 0 0 1 ；莫测辉等，2 0 0 1 ) ， 但是由于社会、经济、技术等方面的原因，直到8 0 年代这项工作基本上 还是处于零星、分散、小规模、低水平的状况，复垦率在0 7 - - , 1 左右。 1 9 8 8 年我国土地复垦规定出台，使该项工作步入了法制轨道，复垦率 达到2 左右，矿区废弃地恢复的速度和质量都有较大的提高。9 0 年代初 为6 6 7 ，到1 9 9 4 年达到1 3 3 3 ( 束文圣等，2 0 0 0 ) 。总的来看，我国的 矿区复垦率呈逐年上升的趋势( 彭少麟，2 0 0 3 ) 。但与复垦率较高的国家 相比，我国还存在很大的差距。 综合国内外废弃地生态恢复的研究及实践工作，可以概括为以下几个 方面： 1 1 1 整地技术 制约裸露山体植被恢复的最大难题是水土资源的保持闯题，采用适当 的工程手段改善水分和土壤条件是植被恢复成功的基础。虽然传统的造林 整地措施，如鱼鳞坑、水平阶、反坡梯田等可以应用，但是在破坏山体这 一特殊的立地条件下应用效果受到极大的限制，必须采取特殊的工程整地 技术和方法。 澳大利亚在这一领域取得很大进展( 代宏文，1 9 9 5 ；s e h u m a n ，1 9 9 3 ) 。 不少矿山研究者注重堆场适宜坡度的研究，同时还研究了坡形、坡度变化 与控制侵蚀的关系。在对煤矿剥离物堆筑研究表明，坡剖面宜为“s 形， 9 四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究 凸面在上部增加至长度的2 0 - 3 0 ，凹面在下部低至长度的7 0 8 0 ( l e i r o sm c ，1 9 9 6 ) 。这种整地模式对控制侵蚀的确有效，但是地形地貌 的规划设计应该以利用原有地形，降低工程量为原则，具体立地条件具体 设计，不应将所有的地形设计成统一的模式，不经济也没有必要。 为解决铁路两边裸露陡坡复绿整地问题，国内研制出了适于铁路陡坡 坚硬土壤条件下的新型钻头与手提式电钻相配套的挖坑机。在挖坑整地作 业中，具有钻头入土快、生产效率高、劳动强度低，各项指标均达到林业 技术要求。通过试验手提式电钻挖坑是铁路陡坡最佳造林方式，成活率可 在9 7 5 ，幼树初期高生长和地径生长均比人工挖坑有所提高( 李楠， 2 0 0 4 ) 。 人们在裸露山体治理过程中提出了很多实用性强的整地技术，并在实 际运用过程中取得较好的效果( 钟晓等，2 0 0 4 ；王晓东等，2 0 0 0 ；娄仲连， 2 0 0 1 ，张俊云等，2 0 0 0 ；刘询，2 0 0 1 ；刘向东，2 0 0 2 ：陆子锋，2 0 0 2 ) 。 近几年来，挂铁线钩( 或三维网) 网喷混植生、分段式挂板填土种植 法，或鱼鳞坑栽植攀援法等手段常用于裸露山体的现绿化。三维网喷混植 生是应用可降解的土工材料制成的三维网，将其与石壁固定以后，喷射种 子、肥料、保水剂、黏土等混合材料，适于4 0 0 以下的泥质边坡。这些方 法都不能解决陡峭( 7 5 0 以上) 石山边坡快速绿化和水土流失问题，总的 说，绿化效果不理想，保持时间也不长。这样的地段通常采用： 植生槽( 盆) 。利用石壁表面凹凸不平的微地形变化，因势利导地将 石壁的凹陷处加工成能够供植物生长的槽或盆，称植生槽( 盆) 。植生槽 ( 盆) 适合小于6 0 0 坡的石壁。坡度太陡的石壁，其施工难度太大。 钢筋砼框格悬梁技术。悬梁高度6 0 c m 左右，框格规格1 5 m x l 5 m ， 同时将锚杆与悬梁钢筋焊接成整体，使悬梁的力从锚杆传导到石壁。然后 悬梁框格内填加客土、种子、肥料及土工纤维等混合材料。适合于7 0 0 左 右的陡峭石壁。 梯级爆破技术。利用该技术进行阶梯整形是一种常用的方法( 罗松等， 2 0 0 1 ) 。将石壁爆破成台面宽度2 m 左右的梯形，再在台面外侧砌一高度 8 0 e m 左右的浆砌挡土石墙，然后加客土、肥料，栽树种草。 l o 山东农业大学硕士学位论文 挂绿化笼砖( 钟晓等，2 0 0 4 ) 。主要技术关键是用科学方法，研制出 营养土砖坯，在砖坯上种上草和其他植物，叫草砖坯，将其装在笼子里， 叫绿化笼砖，然后挂在边坡上，进行绿化。笼砖可采用条型法、梅花型法、 多角型法等，这种新技术，主要能对任何陡坡石山绿化笼砖由草砖坯和六 角网笼组成。工程造价约为1 8 0 元m s ，一次性投入成本比其他方法高， 但是此方法比常用方法有明显的优势，对石山石壁陡坡治理绿化的效果特 别显著，已得到香港和深圳有关部门的认可和重视，并且已取得较大的社 会效益和经济效益。 迹地整治技术。迹地是位于废弃采石场石壁下部的坑口，由石料加工 或堆料废弃后形成寸草不长的迹地。立地条件极差，但地势平坦，易打穴 施工。迹地整治的关键技术：( 1 ) 理顺迹地水系，使地表径流归顺；( 2 ) 全面绿化迹地，乔、灌、草结合：( 3 ) 在其与石壁的交界处，建造一条宽 度1 0 m 左右的绿色安全缓冲带，以避免石壁碎石滚落时伤人。 1 1 2 地力维持技术 前苏联主要通过客土法改良土壤( j i m ，1 9 9 5 ) ，即在岩土中掺入具有 一定机械组成的黏土或土壤来中和其机械成分。进行复垦客土时，常利用 剥离的有潜在肥力的岩土和含腐殖质的土壤层，这种客土用量相当大。覆 土厚度依复垦方向定，如英国农业复垦时先覆次表土3 0 c m ，后覆耕作层 表土2 5 c m ，而环境绿化的覆土厚度为1 5 c m 。 澳大利亚( k a a r ，1 9 9 2 td a n i e l ，2 0 0 5 ) 通过草场草类改善研究，推 荐在复垦区建立豆科植物的草场，会很快稳定废弃地表，改善覆土的物理、 化学和微生物性质，控制水和风力的侵蚀。前苏联通过试验研究，选出对 人工林发育第一年有很大作用的是以下豆科草本植物：草木樨、杂草苜蓿、 沙生驴豆草、牛角花、小冠花和野豌豆。澳大利亚在菌根技术研究中，把 筛选品种的研究提高到分子水平。 我国学者也注意到了豆科植物对废弃地贫瘠土壤的改良作用并推广试 验。陈芳清( 2 0 0 4 ) 在三峡地区废弃地植被生态恢复与重建的生态学研究 ( h a y w o o d ，1 9 9 3 ) 一文中提到，增加物种多样性能促进生态系统的稳定 和生态功能的恢复，豆科植物多被应用于废弃地先锋植物群落的构建，以 改善土壤肥力。许多学者关注过豆科植物在矿业废弃地的表现，证实存在 四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究 一些对矿业废弃地环境条件具有耐性的豆科植物种( a s h ，1 9 9 4 ：b r a d s h a w ， 1 9 8 0 ：g e m m e u ，1 9 7 7 ；l i ，1 9 9 4 ) 。但是，也有许多调查显示，在矿业废 弃地植被自然恢复中，豆科植物并不是矿业废弃地上的重要入侵种，或者 不是植被早期演替阶段中的主要植被组成成分( 张志权等，2 0 0 4 ) 。 1 1 3 树种选择与营造技术 前苏联在这方面积累了丰富的生产经验和科研成果。他们在选择树种 时，除考虑地带性规律外，还坚持以下原则：耐寒性、抗旱性、耐贫瘠、 生长迅速和一定的土壤改良作用。资料表明( 陈芳清，2 0 0 1 ) ，固氮树种 能适应严酷的立地条件，特别是刺槐、狭叶胡枝子、黄花锦鸡儿、灰赤杨、 黑赤杨、沙棘和一些豆科植物，因而它们常被作为先锋树种。高立平( 2 0 0 6 ) 等在阿拉善于早荒漠区石质荒山造林技术一文中写到在干旱荒漠区石 质荒山造林树种配置上，应以乡土树种为主，坚持乔、灌、草、藤本树种 相结合，根据具体的立地条件，宜乔则乔，宜灌则灌，宜草则草。常绿乔 木树种应以侧柏、油松为主。李健等( 2 0 0 0 ) 认为山东省石灰岩山地的绿 化，必须遵循山地植被演替规律，不论乔、灌、草、藤本相结合，可起到 事半功倍的效果。这些观点对采石场植被恢复工程树种选择有借鉴意义。 1 1 4 自然恢复技术 这是澳大利亚等国十分重视的研究内容，其研究热点是复垦质量检验 标准，特别是生态系统建立并能自我维持标准的研究；废弃物及其堆场复 垦后深度利用研究等。在采矿区复垦中，检查了土壤中无脊椎动物和土壤 结构，结果表明在一定时间内，土壤动物的大量、高密度，是恢复的见证。 我国学者也注意到了大型土壤动物对生态环境恢复与重建的指示作用( 吴 东辉等，2 0 0 3 ；p o r a z i n s k a , 1 9 9 9 ) 。 澳大利亚的生态恢复事业先于我国，已经基本建立了一套自己的恢复 理论。我国生态恢复工作起步晚，考虑到经济和技术实力重点应该放在营 建自我维持的生态系统本身上，该系统营建质量的检验在现阶段不宜作为 重点。 1 2 植物群落演替研究进展 1 2 1 植物群落演替概念及研究历程 演替是生态学中最重要的概念之一，演替的定义有广义和狭义之分， 1 2 山东农业大学硕士学位论文 广义上讲是指植物群落随时间变化的生态过程，狭义上讲的是在一定地段 上群落由一个类型变成另一个类型的质变、且有顺序的演变过程。 按c l e m e n t s 的划分方法，演替可以分为原生演替系列和次生演替系 列。原生演替是指从原生裸地上开始的、且按一定顺序发生的一系列的演 替阶段，次生演替是指原生植被受到了破坏而发生的演替。 运动和变化是森林生态系统最基本的特征之一。任一森林生态系统都 随时间不停地发生变化。森林演替是森林内部各组成成分间运动变化和发 展的必然结果。演替存在于所有森林中，只不过这种代替有时需要很长时 间，甚至一代两代人的寿命都觉察不出它的明显变化，但是在一定地段上 一个质态的森林所代替的过程永远存在( 王君等，2 0 0 7 ；程剑龙，2 0 0 5 ； n a k a s h i z u k a ，1 9 9 7 ) 。森林演替是森林生态学乃至植物生态学长盛不衰的 研究领域。早在1 9 0 6 年j o h na d l u n 在一封信中提到了“演替”这个词。 t h o r e a y 把演替描述为弃耕农田向森林过渡的变化。d o u g l a s 详细描述了 森林演替和先锋树种的概念。w a r m i n g 和c o m e s 研究了沙丘植被发展序 列的时间序列后提出了演替的定义。直到1 9 1 6 年c l e m e n t s 才系统提出了 演替学说，他认为植被是一个有机体，演替是植被通过几个离散阶段发展 到顶极的过程。与此相反，g l e a s o n 认为植被是由大量植物个体组成的， 植被的发展和维持是植物个体的发展和维持的结果，从而应把演替看成是 个体替代和个体进行变化的过程。以他们为代表的两派演替之争延续至今 未有结论。2 0 世纪初对演替的研究主要以定性描述为主。l i n d e m a n 将 t a n s l e y 的群落概念应用到演替研究中，使得演替规律的研究进入更为宏 观的系统水平。g u r t i s 等强调了植被在空间和时间上连续变化的思想。而 d a u b e n m i r e 则强调次生演替的过程。随后，演替研究已深入到测定演替 前进时的变化规律、物质循环与能量流动的趋势，以及不同变化条件下物 种的变化和种群调节机制等。m a r g a l e f 提出演替过程要从景观水平探讨， 景观性质( 特别是空间异质性和干扰) 与演替的关系极为重要，2 0 世纪 7 0 年代后开始强调干扰在群落中的作用。w h i t e 认为自发干扰和异发干扰 是相互依赖和难以区别的。b o r m a n n 和l i k e n 曾提出广泛区域上有规则地 达到平衡的演替序列，r 0 、p 和u e i n s e l m a n 曾提出被干扰有规则打断的演 替序列。在第3 届国际植物学大会、动物和人类活动以及整个生物界的物 四宝山废弃采石场山体自然恢复初期群落演替规律研究 流和能流。m c i n t o s h 从营养学和生态系统进化两方面丰富和发展了现代 演替理论，强调生态演替的主要目标是生物生产力的变化，并借助物种的 生活史对策来解释生态学和演替现象( 彭少麟，2 0 0 3 ；d u m ，1 9 7 1 ：g r i m e ， 1 9 7 9 ) h o r n ，1 9 7 5 ；l u k e n ，1 9 8 5 ；m a r g a l e f ，1 9 6 8 ；m c i n t o s h ，1 9 8 5 ； p i c k e t t ，1 9 8 5 ；s h u g u r t ，1 9 8 0 ) 。 1 2 2 演替的理论 c l e m e n t s 等有机体论学派把群落视为超有机体，而把演替过程视为 有机体个体发育一样，是经过几个离散阶段发育到顶极期的有顺序的过 程。后来o d u m 和m a r g