淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式及其土壤修復效應研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復己經受到世界各國的廣泛關注,大量未經治理的礦區(qū)廢棄地是造成環(huán)境污染、水土流失和土地荒漠化的重大隱患,給人類生存構成了嚴重的威脅。潘集區(qū)位于安徽省淮南市,是以煤炭、電力、化工為主要產業(yè)的屬一次性能源型重工業(yè)城區(qū)。煤炭產業(yè)為潘集經濟、社會發(fā)展做出了巨大貢獻的同時,由于無節(jié)制的過度開采造成了大面積的土地塌陷、荒蕪,使礦區(qū)生態(tài)和環(huán)境日益惡化,影響了礦區(qū)正常的農業(yè)生產、區(qū)域經濟發(fā)展及人民生活水平的提高,加強對廢棄礦區(qū)受損生態(tài)系

2、統(tǒng)的恢復與重建,已經成為生態(tài)學的重要研究課題。
   本研究以恢復生態(tài)學為理論基礎,通過實地調查監(jiān)測,結合實驗室相關指標測定,對淮南潘集煤礦區(qū)的植被恢復模式及土壤修復效應進行了探討。研究內容主要包括以下四個方面:①淮南潘集煤礦區(qū)現(xiàn)狀植被特征;②淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式研究;③淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式下的土壤修復效應;④淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式優(yōu)化。主要研究結論如下:
   1、淮南潘集煤礦區(qū)現(xiàn)狀植被特征
  

3、 (1)淮南潘集煤礦區(qū)種子植物共有37科79屬97種,分別占安徽植物科、屬、種總數(shù)的22.70%、8.80%、3.88%,說明淮南潘集煤礦區(qū)是一個生物多樣性非常貧乏的地區(qū)。該區(qū)種子植物科的組成優(yōu)勢現(xiàn)象明顯,以單種科為主,優(yōu)勢科為豆科Leguminosae,禾本科Gramineae,菊科Compositae,薔薇科Rosaceae,大戟科Euphorbiaceae,楊柳科Salicaceae,這6科共含有40屬50種,分別占該地區(qū)種子植

4、物屬、種總數(shù)的50.63%和51.55%,該區(qū)種子植物屬的組成中,以單種屬為主,優(yōu)勢屬為蒿屬Artemisia,蓼屬Polygonum和楊屬Populus。屬的地理成分含有12個分布型和5個變型,溫帶成分占該區(qū)屬總數(shù)的61.19%,居明顯優(yōu)勢,說明屬的特征是以溫帶成分為主,兼有向熱帶過渡的性質。該區(qū)97種種子植物,可劃分為12個分布型和5個變型,熱帶成分與溫帶成分在該區(qū)各占種總數(shù)的32.50%和66.25%,熱帶成分進一步減弱,反映了該

5、區(qū)種子植物種的熱帶成分與溫帶成分的交匯與兼容,同時又以北溫帶分布型為主的性質。
   (2)該區(qū)自然演替過程中,豆科Leguminosae,薔薇科Rosaceae為優(yōu)勢科,植被恢復時宜多采用豆科Leguminosae,薔薇科Rosaceae等優(yōu)勢科植物種類,該區(qū)植被地理成分分布規(guī)律是熱帶分布類型的植物容易迅速在礦區(qū)定居下來,具有先鋒植物的優(yōu)良屬性,然而熱帶性質在科級、屬級、種級層次方面的比重逐漸降低,而溫帶性質則相應遞增。

6、>   (3)采用經典樣方法對淮南潘集煤礦區(qū)不同恢復階段廢棄地原生植物演替狀況進行了統(tǒng)計分析,結果顯示,隨著自然原生演替年限的增加,物種種類逐漸增加,群落層次也趨于復雜,逐漸由灌草2層過渡為喬灌草3層,各種物種多樣性指數(shù)數(shù)值也逐漸升高。
   (4)自然演替的淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復水平仍處于較低階段,故人工演替仍然是改善煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的有效途徑?;茨吓思旱V區(qū)自然演替的植物多為先鋒植物,進行煤礦區(qū)植被恢復,宜借鑒自然演替的植被

7、恢復規(guī)律,多選擇先鋒植物與鄉(xiāng)土植物,群落層次宜采用復層結構,只有植物種類,種植數(shù)量,結構豐富,才能營造物種多樣性豐富的恢復類型。
   2、淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式研究
   (1)淮南潘集煤礦區(qū)植物具有種類貧乏,結構單一,層次單調等問題,文章以基礎生態(tài)學,景觀生態(tài)學與恢復生態(tài)學理論為指導思想,并將其貫徹到每個恢復模式中,以期篩選出適合淮南潘集煤礦區(qū)的生態(tài)型植被恢復模式。
   (2)在詳細研究淮南潘集煤礦區(qū)植

8、被的種類組成,群落外貌,群落結構,物種重要值,物種多樣性,豐富度,頻度,均勻度等指標的基礎上,設計了5種煤礦區(qū)植被恢復模式,分別是以防災為主的植物群落模式(MS1),以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2),以復合生態(tài)農林業(yè)為主的植物群落模式(MS3),以科普保健為主的植物群落模式(MS4)與以礦區(qū)景觀生態(tài)唯美為主的植物群落模式(MS5)。
   (3)以群落組成,群落結構與群落功能為指標體系,完成了5種淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模

9、式的構建,具體論述了5種恢復模式的設計要點,并結合案例設計出各種恢復模式。
   3、淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式下的土壤修復效應
   (1)在煤礦區(qū)廢棄地上植被自然恢復對土壤的修復作用不佳,具體表現(xiàn)在物理性狀方面,0~60cm,土壤容重平均值在1.12~1.28g/cm3,總孔隙度較低,在45.27~48.23之間,毛管孔隙度,非毛管孔隙度表現(xiàn)出與總孔隙度相同的變化趨勢,含水量規(guī)律表現(xiàn)為,表層土壤的含水量略高于底層土壤

10、的含水量,且為遞減規(guī)律,即0~20cm層>20~40cm層>40~60cm層,經統(tǒng)計分析表明煤礦區(qū)Ⅰ類廢棄地上在植被恢復前土壤的各項物理指標都比較接近,沒有顯著差異。
   (2)化學性狀方面,在煤礦區(qū)廢棄地上土壤化學指標均有較高的相似性,且處于較低水平。0~60cm,有機質含量很低,僅在0.76~1.52%之間,全氮含量為0.32~0.85g/kg,全磷含量為0.21~0.55g/kg,全鉀含量為0.93~1.06g/kg,速

11、效氮含量為16.75~24.54mg/kg,有效磷含量為7.11~10.27mg/kg,速效鉀含量為66.26~81.34mg/kg,pH值變化范圍為7.74~8.54。經統(tǒng)計分析表明煤礦區(qū)Ⅰ類廢棄地上土壤營養(yǎng)元素屬于嚴重缺乏階段,主要表現(xiàn)為磷鉀元素的缺失,無論是全磷,還是有效磷,無論是全鉀,還是速效鉀都維持在很低的水平,而且氮肥也處于缺乏狀態(tài)。
   (3)生化性狀方面,參與氮循環(huán)的關鍵酶,脫氫酶含量0~60cm為0.8658

12、~1.3868μL/L,由于土壤中的微生物是土壤中的脫氫酶的主要來源,說明在植被恢復前廢棄地上土壤微生物的數(shù)量比較少,作為土壤中一種較為廣泛存在的水解酶,脲酶還是土壤中唯一對尿素的轉化有著重大影響的酶,0~60cm其含量為0.0721~0.0935mg/100g,說明煤礦區(qū)Ⅰ類廢棄地上土壤肥力和有機質含量均處于較低狀態(tài),過氧化氫酶0~60cm含量為0.7533~0.8246mL/g,而過氧化氫酶是一種重要的氧化還原酶,由生物呼吸過程和有

13、機物的生物化學氧化反應而產生,對于土壤和生物都有毒害作用,說明廢棄地上土壤對于毒力的抵抗性仍然需要改善。
   (4)不同植被恢復模式均能改善土壤物理性狀,表現(xiàn)為植被恢復能夠降低土壤容重,增加土壤總孔隙度,毛管孔隙度與非毛管孔隙度,并能夠使土壤含水量得到顯著改善,修復成效上,以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2)>以防災為主的植物群落模式(MS1)>以礦區(qū)景觀生態(tài)唯美為主的植物群落模式(MS5)>以復合生態(tài)農林業(yè)為主的植物群落

14、模式(MS3)>以科普保健為主的植物群落模式(MS4)。
   (5)不同植被恢復模式均能改善土壤化學性狀,從恢復模式來看,變化趨勢一般是以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2)以防災為主的植物群落模式(MS1)>以礦區(qū)景觀生態(tài)唯美為主的植物群落模式(MS5)>以復合生態(tài)農林業(yè)為主的植物群落模式(MS3)>以科普保健為主的植物群落模式(MS4),以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2)植被恢復模式對于氮素的改善效應最為明顯,這與

15、該恢復模式中配置了大量的固氮植物有關,而在煤礦區(qū)植被恢復過程中適度引種固氮植物可能是一條行之有效的技術途徑。
   (6)不同植被恢復模式對土壤酶活性均有較顯著的影響,其土壤酶活性隨著植物種類的變化而變化,以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2)對于土壤酶活性的增益效應最為顯著,其次為以防災為主的植物群落模式(MS1)。土壤酶的活性在季節(jié)的變化上,脫氫酶與過氧化氫酶的活性表現(xiàn)一致,其活性均具有明顯的季節(jié)變化,各種恢復模式土壤中均

16、表現(xiàn)為7月>10月>4月>1月,即是夏季>秋季>春季>冬季,而土壤脲酶活性的季節(jié)變化上稍有不同,表現(xiàn)為10月>7月>4月>1月,可表現(xiàn)為秋季>夏季>春季>冬季。
   4、淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復模式優(yōu)化
   (1)在淮南潘集煤礦區(qū)試驗點,根據(jù)抗干旱、耐瘠薄與能夠耐鹽堿等的要求,篩選出了適宜在煤礦區(qū)栽植的喬木樹種為刺槐、臭椿,側柏、小葉楊,灌木樹種有紫穗槐、荊條、胡枝子、沙棘、黃刺玫、連翹,藤本植物有爬山虎、金銀花、扶芳

17、藤,草本植物為闊葉山麥冬、紫花苜蓿、草木犀、大花金雞菊、小飛蓬等。
   (2)覆土10cm并適度提高土壤的疏松度,整地方式為大坑為最有利的土壤基質改良措施。建議的群落結構為下層以豆科和禾本科草本植物為主,上層以木本植物為主的復層結構。植物種植方式為,植物類型選擇容器苗,栽植季節(jié)選擇春季,使用ABT生根粉進行促根為適宜的改良手段。
   (3)礦區(qū)廢棄地是生態(tài)環(huán)境嚴重損害的區(qū)域,同一般的植被演替過程即可完成植被恢復的區(qū)域

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