淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式及其土壤修復(fù)效應(yīng)研究.pdf

1、礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)己經(jīng)受到世界各國的廣泛關(guān)注，大量未經(jīng)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(gòu)成了嚴(yán)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(chǎn)業(yè)的屬一次性能源型重工業(yè)城區(qū)。煤炭產(chǎn)業(yè)為潘集經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，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(nóng)業(yè)生產(chǎn)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活水平的提高，加強(qiáng)對廢棄礦區(qū)受損生態(tài)系

2、統(tǒng)的恢復(fù)與重建，已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)的重要研究課題。
　　 本研究以恢復(fù)生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過實(shí)地調(diào)查監(jiān)測，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室相關(guān)指標(biāo)測定，對淮南潘集煤礦區(qū)的植被恢復(fù)模式及土壤修復(fù)效應(yīng)進(jìn)行了探討。研究內(nèi)容主要包括以下四個(gè)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(fù)模式研究;③淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式下的土壤修復(fù)效應(yīng);④淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式優(yōu)化。主要研究結(jié)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(gè)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(gè)分布型和5個(gè)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(zhì)。該區(qū)97種種子植物，可劃分為12個(gè)分布型和5個(gè)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(jìn)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(shí)又以北溫帶分布型為主的性質(zhì)。
　　 (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(fù)時(shí)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(zhì)在科級、屬級、種級層次方面的比重逐漸降低，而溫帶性質(zhì)則相應(yīng)遞增。

6、>　　 (3)采用經(jīng)典樣方法對淮南潘集煤礦區(qū)不同恢復(fù)階段廢棄地原生植物演替狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)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(fù)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(fù)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(jìn)行煤礦區(qū)植被恢復(fù)，宜借鑒自然演替的植被

7、恢復(fù)規(guī)律，多選擇先鋒植物與鄉(xiāng)土植物，群落層次宜采用復(fù)層結(jié)構(gòu)，只有植物種類，種植數(shù)量，結(jié)構(gòu)豐富，才能營造物種多樣性豐富的恢復(fù)類型。
　　 2、淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式研究
　　 (1)淮南潘集煤礦區(qū)植物具有種類貧乏，結(jié)構(gòu)單一，層次單調(diào)等問題，文章以基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)，景觀生態(tài)學(xué)與恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo)思想，并將其貫徹到每個(gè)恢復(fù)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(fù)模式。
　　 (2)在詳細(xì)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(jié)構(gòu)，物種重要值，物種多樣性，豐富度，頻度，均勻度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了5種煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式，分別是以防災(zāi)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(fù)合生態(tài)農(nóng)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(jié)構(gòu)與群落功能為指標(biāo)體系，完成了5種淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模

9、式的構(gòu)建，具體論述了5種恢復(fù)模式的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合案例設(shè)計(jì)出各種恢復(fù)模式。
　　 3、淮南潘集煤礦區(qū)植被恢復(fù)模式下的土壤修復(fù)效應(yīng)
　　 (1)在煤礦區(qū)廢棄地上植被自然恢復(fù)對土壤的修復(fù)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(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明煤礦區(qū)Ⅰ類廢棄地上在植被恢復(fù)前土壤的各項(xiàng)物理指標(biāo)都比較接近，沒有顯著差異。
　　 (2)化學(xué)性狀方面，在煤礦區(qū)廢棄地上土壤化學(xué)指標(biāo)均有較高的相似性，且處于較低水平。0～60cm，有機(jī)質(zhì)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(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明煤礦區(qū)Ⅰ類廢棄地上土壤營養(yǎng)元素屬于嚴(yán)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(guān)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(fù)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(zhuǎn)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(jī)質(zhì)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(jī)物的生物化學(xué)氧化反應(yīng)而產(chǎn)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(fù)模式均能改善土壤物理性狀，表現(xiàn)為植被恢復(fù)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(fù)成效上，以固氮耐瘠薄為主的植物群落模式(MS2)＞以防災(zāi)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(fù)合生態(tài)農(nóng)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(fù)模式均能改善土壤化學(xué)性狀，從恢復(fù)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(zāi)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(fù)合生態(tài)農(nóng)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(fù)模式對于氮素的改善效應(yīng)最為明顯，這與

15、該恢復(fù)模式中配置了大量的固氮植物有關(guān)，而在煤礦區(qū)植被恢復(fù)過程中適度引種固氮植物可能是一條行之有效的技術(shù)途徑。
　　 (6)不同植被恢復(fù)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(yīng)最為顯著，其次為以防災(zāi)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(fù)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(fù)模式優(yōu)化
　　 (1)在淮南潘集煤礦區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)，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(cè)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(zhì)改良措施。建議的群落結(jié)構(gòu)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(fù)層結(jié)構(gòu)。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(jìn)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(yán)重?fù)p害的區(qū)域，同一般的植被演替過程即可完成植被恢復(fù)的區(qū)域