管道工程迹地土壤修复效果及植物多样性特征

　　摘要：以天然气地下管道工程竣工后的砒砂岩及沙地为研究对象，探讨经 4 年封育及人工种草恢复后的土壤修复效果及 植物多样性特征。结果表明：(1)砒砂岩及沙地土地类型上共有 29 个植物种，以多年生草本植物为主。封育恢复 4 年后，砒砂 岩及沙地的植物群落均处于进展演替的初级阶段。相比人工种草恢复，封育恢复可更好地增加沙地植物丰富度及多样性。 (2)砒砂岩土壤全氮及有机碳含量仅在封育恢复后高于天然草地，而沙地经封育及人工种草恢复方式后，土壤全氮及有机碳含 量均高于天然草地。封育及人工种草恢复方式有助于改善管道工程迹地土壤养分状况及提升植物多样性。

　　关键词：管道工程;植物多样性;土地类型;恢复方式;土壤修复

　　0 引 言 天然气管道施工将改变地表形态、增加水土流 失风险、降低植物及生物多样性等[1，2] 。对砒砂岩地 区及毛乌素沙地的生态环境保护及恢复是减少泥沙 入黄及弱化区域风沙活动的关键[3] ，而明确管道工 程迹地植被恢复效果并探讨不同恢复方式对恢复效 果的影响可为保护上述地区生态环境奠定基础并提 供依据，对于掌握地区生态环境恢复状况颇具指示 意义。碳(C)、氮(N)状况是表征土壤生产力及可利 用程度的重要指标，可作为土壤肥力状况及土地沙 化、退化的主要体现因子[4] 。

　　鉴于此，本文研究经两 种恢复方式后的砒砂岩及沙地植物组成、多样性、重 要值等生态特征值，配以相应的表层土壤 C、N 状 况，探讨工程迹地植被恢复效果及土壤养分特征，为 当地管道施工后的植被恢复、土壤状况改善及经济可持续发展提供参考和依据。

　　1 材料与方法

　　1. 1 研究区概况

　　研究区位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗的输 气 管 道 沿 线 ，地 理 坐 标 39° 32'45. 93'' N，109° 36'2. 30'' E，属中温带干旱大陆性气候区，年均降水 量为 342. 8 mm，年均蒸发量为 2 471. 0 mm;典型植 被类型为温带草原植被。管道沿线土地类型主要为 沙地与砒砂岩，研究区内生态脆弱，风蚀沙化与水土 流失复合侵蚀明显。

　　1. 2 实验设计及调查方法

　　1. 2. 1 样地选择及群落特征调查

　　2015 年 7 至 8 月，选择管道施工路线上经 4 年人 工 种 草 恢 复(artificial restoration，AR)及 封 育 恢 复 (fenced restoration，FR)方式复垦后的砒砂岩(feld‐ spathic sandstone，FS)及沙地(sandy land，SL)进行 调 查 ，以 未 扰 动 草 地(natural grassland)为 对 照 (CK)，采用常规生态学方法[5] ，分别在 3 个区域内随 机设置 3 个 20 m ×20 m 的无交叉调查样地，在每个 调查样地内随机布设 3 个 5 m ×5 m 的样方，每个样方内随机设置 3 个 1 m × 1 m 的子样方，3 个调查区 域内各设置子样方 27 个，共计 81 个，2 种土地类型 下总计 162 个，调查样方内植物群落组成与结构，记 录植物的种名、高度(cm)、密度(每平方米株数)、盖 度(%)，确定每种植物的生活型、生态型。人工种 草、封育恢复及对照相距小于 3 km，人工种草及封 育恢复方式均采用原位土壤回填复垦，认为二者与 对照土壤养分本底值无明显差异。

　　2 结果与分析

　　2. 1 不同恢复方式对植被恢复效果的影响

　　2. 1. 1 植被种类与数量

　　砒砂岩土地类型的封育恢复方式 下，多年生植物种数少于天然草地，一年生、两年生 植物种类与天然草地相同，群落处于进展演替初级 阶段，封育 4 年仍未恢复到天然草地水平。沙地土 地类型的封育恢复方式下，多年生植物种为 9 种， 多于天然草地，群落进展演替较为明显。但人工种 草恢复方式下，多年生植物种数为 3，少于天然草 地 ，也 少 于 砒 砂 岩 土 地 类 型 的 2 种 恢 复 方 式 及 对 照。针对沙地土地类型的特殊环境条件[9] ，应采取 封 育 恢 复 方 式 ，使 植 物 种 类 稳 步 恢 复 到 天 然 草 地 水平。

　　2. 1. 2 重要值及地上生物量

　　重要值作为种群优势度指标可以比较全面地反 映不同发育时期种群在群落中的功能地位及分布格 局，也可以反映植物对环境的适应状况[6] 。

　　3 讨 论

　　长期自然选择形成稳固的植物群落，达到相对 稳定的自然状态，但由于社会及经济发展的需要，大 量人为活动如天然气开发、石矿开采等使得植物群 落相对稳定的自然状态被严重破坏[1，5] ，人工种草可 选择适应性较强的优势种针对性种植，目的性增加 植物种类与数量。封育恢复与人工种草均能使植被 得到较快恢复，但在不同土地类型下二者演替趋势 区别较大，在砒砂岩地区，后者植物群落进展演替进 度明显快于前者。优势种中，油蒿十分适合在沙地 生长，在天然草地、封育恢复及人工种草条件下均表 现出高重要值，已成为典型建群种。

　　砒砂岩土地类 型中，人工种草能更快地恢复植被，增加生物多样 性;而沙地土地类型环境特殊，封育恢复是促进沙地 植物多样性和加快植被恢复的更好方法，这 与重要值所体现的结果一致。 C/N 用以判断土壤氮素矿化能力，受土壤有机 质腐殖化程度影响。C/N 越小，有机质在矿化作用 中释放的有效氮(AN)越多，植物根系可获得 N 的有 效供给就越多;C/N 越大，在有机质矿化最初阶段可 用作植物生长的 AN 就越少，植物缺 N 就越严重[10] 。

　　复垦土壤的 C/N 一般位于 7~13 之间[11] ，有学者将此区间定义为我国耕地土壤的标准 C/N 范围[12] ，依 此标准，本研究中管道工程迹地表层土壤 C/N 均已 符合耕种标准，土壤修复效果明显。封育及 人工种草恢复方式下，沙地表层土壤 TN 及 SOC 含 量均高于天然草地，砒砂岩土地类型仅人工种草恢 复方式的 SOC 及 TN 略低于天然草地，表 明采取植被恢复措施后，项目区土壤的 C、N 状况有所改善，且改善效果较好，即本研究中采取的植被恢 复措施有助于改善管道工程迹地土壤养分状况，这 与张耿杰等研究结果一致[12] 。

　　环境论文投稿刊物：《油气田环境保护》(双月刊)于1991年10月创刊，是国家新闻出版总署正式批准的国内外公开发行的科学技术性刊物，也是中国石油集团唯一的一份环保技术期刊。重点报道油气田及石油炼化领域的污染现状、治理技术、管理方法、试验研究、监测手段等方面的新成果、新技术、先进经验以及国内外现行标准与发展动态，是中国石油对内对外进行宣传、技术交流的重要窗口以及中国石油、中国石化、中国海洋石油、高等院校、科研院所等广大环保工作者互相学习、互通信息的桥梁和纽带。

　　4 结 论

　　(1)砒砂岩及沙地土地类型下共有 29 个植物 种，赖草及油蒿的重要值占优，封育和人工种草恢复 方式均以多年生草本植物为主。封育恢复 4 年后， 砒砂岩及沙地土地类型的植物群落均处于进展演替 的初级阶段。 (2)相比天然草地，砒砂岩经人工种草恢复后的 植物种分布更均匀、种类与数量较多，而封育恢复方 式的植物种较少、分布较为集中。封育恢复是增加 沙地植物多样性的较好方式，可同时增加群落物种 丰富度及物种多样性，使得各物种均匀分布。 (3)砒砂岩土地类型仅封育恢复后 SOC 及 TN 高于天然草地，而沙地经封育及人工种草恢复后，表 层土壤 TN 及 SOC 含量均高于天然草地，本研究中 采取的植被恢复措施有助于改善管道工程迹地土壤 养分状况。

　　参考文献

　　[ 1 ] 范军, 蒲继文, 周丹, 等 . 天然气长输管道建设对生态 环境的影响及防范措施[J]. 油气田环境保护, 2010, 20(3): 9‐12. Fan J, Pu J W, Zhou D, et al. Ecological impact and preventive measures of longdistance natural gas pipeline construction [J]. Environmental Protection of Oil & GasFields, 2010, 20(3): 9‐12.

　　[ 2 ] 王成燕 . 气田开发的生态环境影响及生态恢复措施研 究[D]. 呼和浩特: 内蒙古大学, 2011. Wang C Y. A research of ecological environmental im‐ pacts and ecological restoration measures on gas field de‐ velopment [D]. Huhhot: Inner Mongolia University, 2011.

　　[ 3 ] Dai Y J, Dong Z, Li H L, et al. Effects of checker‐ board barriers on the distribution of aeolian sandy soil particles and soil organic carbon [J]. Geomorphology, 2019, 338: 79‐87.

　　作者：周全生，李 超，叶 涛 *