矿山历经多年的开采后，会形成矿山废弃地。矿山废弃地可能对原有的生态系统产生破坏，会导致土壤有机质及氮、磷、钾含量较低，重金属铜、镉、铅浓度较高，从而形成不良的生境条件[1]。这不仅影响植物的各种代谢途径，也抑制植物对营养的吸收及根系生长，一定程度上影响了城市环境质量。当前，在重金属污染立地上采用的是普通园林绿化技术，其植物成活率低、成本高，且生态恢复效率低、绿化效果有待提升。
近年来，关于矿区及污染土壤修复的各类修复技术展现出各自的优势与不足。工程修复技术能有效修复土壤，但其成本较高，易对表土层结构产生严重破坏；物理化学修复技术的土壤修复效果较稳定，但某些操作较复杂，能源、资金损耗较多，易造成二次污染；微生物修复技术能有效去除土壤中的重金属，但其修复周期较长、效率低[2]。位振亚等[3]分析了稀土矿山废弃地的形成原因，综述了修复稀土矿山废弃地的研究成果，并对其未来的生态修复研究提出了需加强关注等建议。梁文剑[4]以金属废弃矿山和稀土废弃矿山为例，基于废弃矿山对周围环境的影响提出了修复和开发利用的措施。本试验基于铜矿区废弃地的重金属污染土壤的立地特征及污染程度，利用田间试验研究了红叶石楠、南天竹等21种植物的成活率，为筛选出一批适用于典型重金属污染土壤的高积累型植被恢复材料提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
研究区位于长江中下游平原与皖南山区的交接地带，南北最长56 km，东西最宽103.9 km，总面积3 008 km2，属北亚热带湿润季风气候，气候温暖湿润，雨量丰沛，空气湿度较大，年平均气温16.2 ℃，降雨季节5—9月，无霜期较长[5]。该地自然资源较为丰富，以铜、硫、铁、金、银、煤、石灰石等矿产资源储量尤为丰富[6]。近年来，该地开采工业有所减少，但是遗留的污染问题有待解决。矿山废弃地立地以砂石为主，缺乏足够的氮、磷、钾等无机物，土壤贫瘠、墒情较差，且部分存在重金属铜、镉和铅等污染，对植物造成一定的毒害作用。试验区域设置在铜矿渣堆集区（30°54′48″ N，117°48′57″ E），经检测，矿渣铜、镉、铅含量分别为10 049.35、0.97和26.77 mg/kg。
1.2 试验材料
于2021年2月—2023年9月在铜矿废弃地中种植21种植物进行田间试验。银杏购自江苏邳州，其余苗木购自安徽芜湖。女贞、杜鹃、红叶石楠、金森女贞、野迎春、迎春、南天竹、箬竹、红花檵木、常春藤均为裸根种植，其余植物带土球移植，土球大小为地径的6倍。21种试验植物种类及特性见表1。
表1 21种试验植物种类及特性 |
| 植物名称 | 特性 |
|---|---|
| 红叶石楠Photinia × fraseri | 常绿灌木或小乔木，喜温暖、湿润气候，喜光，稍耐阴，适宜生长在土层深厚、排水良好、微酸性的砂质土壤 |
| 南天竹Nandina domestica | 常绿小灌木，多生长在山谷、山坡灌木林下，喜温暖多湿及通风良好的半阴环境，耐湿、耐旱、较耐寒，要求肥沃、排水良好的砂质壤土 |
| 紫薇Lagerstroemia indica | 落叶小乔木或灌木，喜光，忌水涝，喜暖湿气候，耐阴、耐干旱，喜深厚、肥沃的砂质壤土 |
| 女贞Ligustrum lucidum | 灌木或乔木 |
| 杜鹃Rhododendron simsii | 落叶灌木 |
| 迎春Jasminum nudiflorum | 灌木，稍耐阴、略耐寒，怕涝，喜光，喜温暖、湿润的气候，喜疏松肥沃、排水良好、酸性的砂质土壤 |
| 红花檵木Loropetalum chinense var. rubrum | 常绿灌木或小乔木，耐旱，耐修剪，耐瘠薄，萌芽力和发枝力强 |
| 金森女贞Ligustrum japonicum ‘Howardii’ | 小乔木，长势强健，萌发力强，喜光，喜温暖、湿润气候，耐寒、耐瘠薄 |
| 银杏Ginkgo biloba | 落叶乔木 |
| 常春藤Hedera nepalensis var. sinensis | 多年生常绿攀缘灌木，喜湿润、疏松肥沃的土壤，不耐盐碱，常攀缘于林缘树木、林下路旁、岩石和房屋墙壁上 |
| 佛甲草Sedum lineare | 多年生草本植物，耐旱 |
| 野迎春Jasminum mesnyi | 灌木，喜温暖湿润和充足阳光，怕严寒和积水，稍耐阴，喜排水良好、肥沃的酸性砂质壤土 |
| 香橼Citrus medica | 灌木或小乔木，喜高温、多湿环境，不耐严寒 |
| 紫藤Wisteria sinensis | 藤本植物，适应性强，较耐寒，耐水湿及瘠薄土壤，喜光 |
| 香樟Camphora officinarum | 常绿乔木 |
| 鸡爪槭Acer palmatum | 落叶小乔木 |
| 山鸡椒Litsea cubeba | 落叶灌木或小乔木，喜温暖、湿润气候，适应性较强，对土壤要求不严 |
| 樱桃Prunus pseudocerasus | 乔木，不耐水涝 |
| 箬竹Indocalamus tessellatus | 灌木状或小灌木，生长适应性强，较耐寒、耐半阴，对土壤要求不严 |
| 毛竹Phyllostachys edulis | 常绿乔木状竹类 |
| 朴树Celtis sinensis | 乔木，适应力较强、对土壤要求不严 |
1.3 试验设计
2021年2月20日，对铜矿废弃地的试验区域进行清理，整修道路。乔木种植穴40 cm×40 cm×40 cm，间距300 cm，灌木种植穴30 cm×30 cm×30 cm，间距100 cm。3月30日完成种植，除女贞外，其余20种苗木根颈与地表齐平，种植土用原穴土回填。种植后浇足定根水，养护至6月30日。除对树穴周围0.5 m2进行块状除草外，试验过程中不再采取其他抚育措施。在2021年6月30日后，每年穴施4次45%复合肥，每次10 g/穴。
1.4 试验方法
于2021年10月、2022年8月、2023年8月调查存活植物种类。随机取3个样方，每个样方面积为1 m2。每年7、12月调查苗木成活率，分别测定各种植物材料的成活数量，并以2021年7月植物成活数量为苗木成活数量的基准数据，成活率计算如式（1） 。
成活率（%）=（苗木成活数量/2021年苗木成活数量）×100
2 结果与分析
2.1 不同调查时间21种植物的成活率
由表2可知，2022年7月成活率在70%以上的有14种植物，包括红叶石楠、南天竹、女贞等，2023年7月成活率在70%以上的有银杏、女贞和紫薇3种植物，成活率分别是98.00%、87.78%和100.00%。2021年12月、2022年7月的女贞、紫薇、银杏等8种植物成活率均为100.00%，在21种植物中成活率较高。
表2 不同调查时间21种植物的成活率 |
| 序号 | 植物名称 | 2021年7月20日 | 2021年12月8日 | 2022年7月13日 | 2022年11月25日 | 2023年7月20日 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 成活数量/株 | 成活数量/株 | 成活率/% | 成活数量/株 | 成活率/% | 成活数量/株 | 成活率/% | 成活数量/株 | 成活率/% | ||
| 1 | 红叶石楠 | 563 | 461 | 81.88 | 461 | 81.88 | 34 | 6.04 | 22 | 3.91 |
| 2 | 南天竹 | 200 | 175 | 87.50 | 175 | 87.50 | 78 | 39.00 | 38 | 19.00 |
| 3 | 女贞 | 90 | 90 | 100.00 | 90 | 100.00 | 79 | 87.78 | 79 | 87.78 |
| 4 | 紫薇 | 20 | 20 | 100.00 | 20 | 100.00 | 20 | 100.00 | 20 | 100.00 |
| 5 | 杜鹃 | 100 | 49 | 49.00 | 49 | 49.00 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 迎春 | 35 | 10 | 28.57 | 10 | 28.57 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 7 | 红花檵木 | 95 | 67 | 70.53 | 67 | 70.53 | 7 | 7.37 | 36 | 37.89 |
| 8 | 金森女贞 | 120 | 116 | 96.67 | 116 | 96.67 | 29 | 24.17 | 14 | 11.67 |
| 9 | 银杏 | 100 | 100 | 100.00 | 100 | 100.00 | 96 | 96.00 | 98 | 98.00 |
| 10 | 常春藤 | 145 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 佛甲草 | 40 | 40 | 100.00 | 40 | 100.00 | 40 | 100.00 | 19 | 47.50 |
| 12 | 野迎春 | 75 | 52 | 69.33 | 52 | 69.33 | 0 | 0 | 17 | 22.67 |
| 13 | 香橼 | 145 | 66 | 45.52 | 66 | 45.52 | 8 | 5.52 | 13 | 8.97 |
| 14 | 紫藤 | 11 | 3 | 27.27 | 3 | 27.27 | 2 | 18.18 | 0 | 0 |
| 15 | 香樟 | 25 | 23 | 92.00 | 23 | 92.00 | 19 | 76.00 | 14 | 56.00 |
| 16 | 鸡爪槭 | 38 | 18 | 47.37 | 18 | 47.37 | 9 | 23.68 | 8 | 21.05 |
| 17 | 山鸡椒 | 155 | 148 | 95.48 | 148 | 95.48 | 21 | 13.55 | 16 | 10.32 |
| 18 | 樱桃 | 8 | 8 | 100.00 | 8 | 100.00 | 5 | 62.50 | 3 | 37.50 |
| 19 | 箬竹 | 2 | 2 | 100.00 | 2 | 100.00 | 1 | 50.00 | 1 | 50.00 |
| 20 | 毛竹 | 15 | 15 | 100.00 | 15 | 100.00 | 1 | 6.67 | 1 | 6.67 |
| 21 | 朴树 | 10 | 10 | 100.00 | 10 | 100.00 | 6 | 60.00 | 6 | 60.00 |
2.2 不同存活时间各类植物的成活率
调查发现，21种植物中常春藤适应性较差，仅存活3个月；杜鹃和迎春次之，存活15个月；紫藤存活19个月；其余植物均存活27个月。2023年7月20日，存活的乔木树种有5种（包括毛竹），其成活率由高到低依次为银杏（98.00%）>女贞（87.78%）>朴树（60.00%）>香樟（56.00%）>毛竹（6.67%）（图1）。因此，可选择银杏、女贞作为铜矿区修复的主要乔木树种。存活的小乔木树种有5种，其成活率由高到低依次为紫薇（100.00%）>樱桃（37.50%）>鸡爪槭（21.05%）>山鸡椒（10.32%）>香橼（8.97%）（图2）。存活的灌木、藤本和草本植物（包括箬竹）共11种，其成活率由高到低依次为箬竹（50.00%）>佛甲草（47.50%）>红花檵木（37.89%）>野迎春（22.67%）>南天竹（19.00%）>金森女贞（11.67%）>红叶石楠（5.33%）>杜鹃、迎春、紫藤、常春藤（0）（图3）。因此，可选择紫薇、箬竹、樱桃和红花檵木作为灌木层的主要植物。
3 结论与讨论
成活率能反映植物对铜矿渣重金属的耐性。分析表明，造成21种植物成活率差异较大的主要原因可能是试验地干旱，铜矿渣土少、石块多，保水力较差[7-8]。调查发现，佛甲草成活率由2022年的100.0%降至2023年的47.5%，可能是铜草花、刺蓼等生长旺盛，与佛甲草竞争养分。与工程修复技术、物理化学修复技术和微生物修复技术相比，本试验使用的植物修复技术具有环保、绿色的优势。根据GB/T 15776—2023 《造林技术规程》，生态脆弱系统造林成活率在70%以上为合格。2023年7月20日，存活的乔木树种有5种（包括毛竹），其成活率由高到低依次为银杏（98.00%）>女贞（87.78%）>朴树（60.00%）>香樟（56.00%）>毛竹（6.67%）。存活的小乔木树种有5种，其成活率由高到低依次为紫薇（100.00%）>樱桃（37.50%）>鸡爪槭（21.05%）>山鸡椒（10.32%）>香橼（8.97%）。本试验结果表明，紫薇、银杏、女贞可作为铜矿区生态修复的造林树种。