黄土区露天煤矿排土场植被恢复的水肥响应

矿区复垦植被与排土场土壤环境之间存在着复杂的交互关系,两者相互依存且制约;特别是土壤肥力和水分与植被恢复关系密切。因此,如何实现复垦植被与土壤水肥协调发展以促进生态系统的改善是矿区生态恢复的核心问题。为此,本文选择山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场,通过典型样地调查方法来分析露天煤矿排土场土壤水肥特性与复垦植被因子之间的关系,同时构建耦合协调度模型来定量分析土壤水肥因素对植被生长的影响,并判断土壤水肥与复垦植被的协调程度。结果表明:在0~40 cm的土层中,土壤含水量随着深度的增加而增大,土壤有机质和全氮的变化趋势与之相反;土壤肥力特性相对于土壤含水量对复垦植被生长的影响更大;土壤水肥环境与复垦植被之间的耦合协调关系皆为基本协调。在土壤养分贫瘠且生态环境恶劣的黄土高原矿区,改善土壤肥力状况、筛选适宜的植被复垦模式及控制植被密度是生态重建的关键。本研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据和参考。     

半干旱区露天矿生态复垦土壤养分与植物群落相关分析

以中煤平朔安太堡露天煤矿排土场生态复垦区刺槐+油松配置模式固定监测样地为研究平台,以样地内的恢复植被和土壤为主要研究对象,研究了复垦区土壤pH值和养分含量特征,以及各种群平均密度、高度和胸径等种群基本特征与土壤因子的关系。结果表明:土壤有机质、全氮、速效钾含量均接近或超过原地貌水平,pH值、碱解氮和速效磷含量远低于原地貌水平;在同一剖面内,0~20 cm土层的土壤养分含量明显高于20~40 cm土层;刺槐和油松平均胸径、平均高度与立木平均密度极显著负相关,相关关系可用一元线性方程拟合;刺槐种群平均密度、平均高度和平均胸径与土壤pH值、碱解氮和速效磷含量关系密切,各自可用上述土壤因子线性回归方程拟合。主成分分析结果显示,3个土壤因子对刺槐种群的作用大小为碱解氮pH速效磷。可根据以上回归模型指导刺槐的复垦栽培。     

露天煤矿排土场不同配置人工植被对草本植物物种多样性的影响

2012年8—9月对黑岱沟露天煤矿北排土场乔木、乔木+灌木、乔木+草本(禾本科)、乔木+草本(豆科)和撂荒地5种人工植被配置条件下草本植物种类和数量进行了调查。结果表明:撂荒地的植物物种多度为181.00±12.52,显著高于其他植被配置条件的物种多度;撂荒地和乔木+草本(豆科)配置的植物物种丰富度最高,分别为4.50±0.95和4.78±0.87,显著高于其他植被配置条件的物种丰富度。植物物种多度、丰富度与土壤有机质和全氮呈正相关,与磷含量呈显著负相关。增加排土场浅层土壤有机质和全氮含量,控制土壤磷的输入是促进露天煤矿排土场植物物种多样性恢复的有效措施。促进排土场草本植物多样性恢复,应优先考虑种植能够明显改善土壤质量的物种,如豆科植物。     

植被重建对露天煤矿排土场土壤酶活性的影响

植被重建是露天煤矿排土场生态恢复的关键措施,深入了解植被建设对土壤酶活性的影响,对于合理选择适宜于矿区生态恢复的人工植被和加速矿区土壤生态恢复具有重要意义。通过野外调查采样和室内分析,研究了黑岱沟露天煤矿排土场植被重建和恢复对浅层(0—20 cm)土壤酶活性(包括3种氧化还原酶:过氧化氢酶、多酚氧化酶、脱氢酶,4种水解酶:蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、纤维素酶)的影响。结果表明:相比未进行植被建设的新排土场裸地,植被重建显著改善了土壤酶活性和理化性质,建植18a后土壤酶活性可恢复到天然植被区的65%—76%,水解酶恢复速率(平均为86.9%)快于氧化还原酶(平均为42.7%),其中土壤磷酸酶恢复速率最快(平均为天然植被区的154.7%),其次为蔗糖酶(74.3%)、纤维素酶(59.9%)、脲酶(58.5%)、过氧化氢酶(52.1%)和脱氢酶(38.1%),多酚氧化酶恢复最慢(为37.8%)。植被恢复进程中,建植10a期土壤酶活性年均恢复速率最快(平均为6.0%/a),15a变缓(4.8%/a),18a迅速降低(3.2%/a)。同时植被配置类型对土壤酶活性影响显著,土壤酶活性与土壤主要理化因子具有较高的相关性。上述结果反映了植被重建能显著改善矿区排土场的土壤酶活性,植被恢复进程中水解酶恢复速率快于氧化还原酶,恢复初期快于后期,但土壤酶活性的恢复需要一个漫长的过程。     

基于多时相Landsat遥感影像的海州露天煤矿排土场植被时空特征分析

矿区土地复垦是目前土地整理的一项重要内容,也是矿区可持续发展实现的保障.矿区植被及其恢复状况是矿区土地复垦质量的一种重要的指示器,表征土地复垦的程度与质量.研究基于1975～2000年共4期遥感影像,构建植被覆盖度指数,考察辽宁省阜新市海州露天煤矿排土场25a来植被生长状况及时空变化特征.分析结果表明:1975～2000年间,研究区植被处于不断生长、逐渐恢复的状态,并存在明显的空间差异.时间尺度上,植被覆盖度较高(0.4～0.6)的区域所占面积比例从1975年的14.04%增长到2000年的34.83%;空间分布上,植被覆盖度低(0～0.25)的区域多分布在台地之间相连接的边坡位置上,植被覆盖度较高(0.25～0.6)的区域则分布于台地内部的平坦地面上.     

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤微生物数量演变特征

对黄土丘陵区不同植被恢复模式下土壤理化性状及微生物数量研究表明:植被恢复30年后土壤理化性状和微生物数量都得到明显改善,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量以及微生物数量显著增加;人工刺槐恢复林细菌与真菌数量,随种植年限增长呈现为先增加后减少,到40年时再增加的变化规律;放线菌数量变化规律不明显。相关性分析显示细菌数量和有机质、全氮、碱解氮和速效钾相关性显著,真菌数量和有机质、全氮相关性显著,而放线菌数量与土壤肥力指标相关性不显著。主成分分析揭示出微生物数量可作为评价植被改善土壤质量的指标。     

喀斯特石漠化过程土壤质量变化及生态环境影响评价

通过对贵州中部喀斯特地区进行植被调查与土壤样品分析 ,探讨石漠化过程中土壤质量变化及其对生态环境的影响。结果表明 :喀斯特石漠化过程中随着植物群落退化度的提高 ,土壤出现粘质化 ,有机质含量急剧下降 ,植物可利用的养分含量减少 ,提高了石漠化对生态环境影响的潜能 ;随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加 ,引起土壤质量明显退化 ,加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化区土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率有显著的相关性 ,以这些参数作为评价指标 ,初步将喀斯特石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为 3个等级     

露天煤矿区生态风险受体分析——以内蒙古平庄西露天煤矿为例

煤矿露天开采行为导致矿区岩体剥离、植被破坏和土壤物理化学性质的巨大改变,对采矿区土壤生态系统造成剧烈扰动,使其成为水土流失、滑坡等矿区潜在生态风险的主要受体。以内蒙古平庄西露天煤矿区土壤生态系统为研究对象,通过分析矿区主要景观单元的土壤理化性质、植被演替规律与土壤线虫群落结构特征,研究其生态脆弱性分布与变化规律。结果表明矿区土壤系统的成熟度与稳定度与其形成年限具有相关性,但与农田生态系统和未受扰动的自然生态系统相比,煤矿开采区与排弃物堆放区的土壤结构较差、土壤肥力偏低、动、植物群落成熟度和稳定性较差。受土壤养分条件及土壤微生物数量等因素的限制,其植被自然恢复速度慢,生态系统脆弱,需通过土壤改良、合理选种适生植物、改善土壤养分条件,促进植被重建。     

高寒地区煤矿排土场植被恢复研究——以内蒙古扎哈淖尔煤矿为例

高寒煤矿排土场植被恢复是制约我国矿区绿色可持续发展亟待解决问题，内蒙古扎哈淖尔煤矿通过不同的生态措施对排土场进行人工植被恢复的实践。本研究在2020年和2021年对该高寒煤矿排土场75个样地进行野外连续监测，对不同生态恢复措施影响高寒地区内蒙古扎哈淖尔露天煤矿排土场植物恢复过程中的群落组成、盖度、物种多样性进行分析，阐明不同恢复措施在高寒地区煤矿排土场植被恢复中的作用。研究结果表明：从2020年到2021年排土场的植物群落物种数、植被盖度和群落多样性存在显著的季节变化规律；周边原生草原的非人工种植植物随恢复时间增加而不断进入排土场，导致群落物种数显著增加；植物群落多样性在平面、坡面与田字格地形存在显著差异，田字格上Shannon-Wiener多样性指数最低；坡度显著影响群落多样性，同时受到季节变化影响；喷播加灌木种植方式与其他4种播种方式相比显著增加群落香浓维纳多样性指数；但不同坡向、土壤施肥方式和水分灌溉方式对植物群落多样性没有显著影响。本研究结果可为完善草原露天煤矿植被恢复技术提供科学依据。     

植被恢复对黄土区煤矿排土场土壤团聚体特征的影响

目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚,以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象,采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成,研究了植被恢复类型(草地、灌木)和排土场地形(平台、边坡)对土壤团聚体特征的影响。结果表明:植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,平台0—20 cm土层水稳性大团聚体数量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别达到31.1%,0.70 mm和0.26 mm,边坡分别达到13.3%,0.37 mm和0.17 mm,均显著高于裸地,分形维数(D)在平台和边坡分别为2.91和2.96,均显著低于裸地;平台土壤团聚性要好于边坡,草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好,而灌木对于边坡改良效果较好;排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性,植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。     

黄土区露天煤矿排土场不同微地貌土壤种子库特征

黄土区露天煤矿排土场边坡水力冲刷强烈，不同植被恢复模式与水力作用耦合形成的不同微地貌可通过对种子的不同拦截作用而影响植被的恢复及发展。为了探讨排土场不同微地貌对种子的拦截效益及不同植被恢复模式的恢复潜力，选取不同恢复模式下形成的细沟、丛岛和草带三种微地貌为研究对象，以邻近裸坡为对照，研究不同微地貌土壤种子库特征及其拦截力。结果表明：（1）在不同微地貌中土壤种子库均以一年生藜科和禾本科植物为主；丛岛微生境的土壤种子库中有较丰富的物种和较高的多样性指数。（2）各微地貌的土壤种子库均具有表层聚集现象；草带微地貌中的土壤种子库总储量最大，且草带的0-2 cm土层处的土壤种子库密度显著高于各微地貌的各个土层（P<0.05）。（3）细沟和丛岛在上坡位对种子的拦截效果更好，草带在下坡位对种子的拦截效果更好。综上所述，沙蒿恢复模式形成的丛岛有利于增加土壤种子库的物种多样性，草带有利于增加土壤种子库的储量，故在黄土区排土场进行植被恢复时可以利用不同微地貌对土壤种子库分布特征的优势构建适宜的复合植被恢复模式。     

稀有种处理对RDA排序结果影响的比较研究

为了解稀有种对RDA排序结果的影响,该研究以北京东灵山华北落叶松林调查数据为例,在RDA排序的基础上,对比分析了未处理稀有种RDA与剔除频度5%、盖度5%的稀有种后RDA排序结果的差异,并用蒙特-卡罗拟合检验分析了二者物种变量和环境变量之间的相关关系,以及用Spearman秩相关系数检验了对应排序轴的相关性。结果表明:(1)蒙特-卡罗拟合检验结果显示未处理稀有种RDA与剔除稀有种RDA各自对应的物种变量和环境变量之间均呈极显著相关关系;(2)从排序轴特征值对物种数据方差以及物种—环境关系解释量来看,剔除稀有种RDA前两排序轴与前四排序轴均有较高的物种-环境关系累积解释量;(3)剔除稀有种前后对应排序轴的Spearman秩相关分析结果表明,尽管未处理稀有种RDA和剔除稀有种RDA在第三轴和第四轴间存在一定的交叉,但二者对应的前四排序轴均呈极显著的一一对应关系(P0.001),相似性极高。总之,结合物种-环境关系的累积解释量及对应排序轴的相关性可知,在环境因子个数较少、研究尺度较小时,使用RDA排序揭示植物种、植物群落和环境因子之间相互作用的生态关系时,剔除稀有种前后RDA排序具有较高吻合性,只是对环境因子的解释趋势稍有差异。     

接种AM菌对西部黄土区采煤沉陷地柠条生长和土壤的修复效应

以采煤沉陷区柠条为宿主植物,研究接种丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,简称AM菌)对柠条生长和根际土壤的改良效应。结果表明:8月份接种AM菌比不接菌柠条的株高、冠幅和地径显著增加了29.11%,29.83%和14.81%,9月份接菌区柠条的根长、平均直径、根表面积和根体积分别比对照区增加了151.0%,34.2%,116.0%和129.3%。接种AM菌增强柠条的抗逆性,接菌区的柠条叶片可溶性糖含量和过氧化氢酶活性分别比对照区增加了13.4%和111.1%。8月份接种AM菌改善了土壤的生物理化性质,接菌区有机质、碱解氮、速效磷和速效钾比对照区分别增加7.06g/kg,140.0 mg/kg,1.82 mg/kg和16.72mg/kg,接种AM菌显著增加了根际土壤中真菌、放线菌、细菌数量和酸性磷酸酶活性。总之,接种AM菌促进采煤沉陷区柠条的生长和土壤的改良。     

露天煤矿区生态风险评价方法

以露天煤矿区这一脆弱生态系统为对象进行了生态风险评价方法的探讨 ,阐述了生态风险评价的基本概念。针对露天矿区生态环境特点 ,通过描述露天矿区的主要生态环境问题 ,分析了矿区风险源、风险受体以及评价终点 ,最后建立了典型露天煤矿区生态风险的评价指标体系 ,对露天矿区这一典型退化生态系统进行了生态风险评价方法及评价步骤的探索     

煤矸石山生态恢复的主要路径

煤矿开采过程伴随着大量煤矸石和废弃物的堆积,对当地生态环境造成巨大危害,恢复受损煤矿区煤矸石山生态系统成为近年来研究的热点。目前,许多研究者从煤矸石山土壤和植被恢复技术、监督管理等方面进行归纳总结,各有侧重地提出相应恢复措施,对于指导当地生态恢复实践发挥了重要作用。然而,绝大部分研究综述均未深入分析煤矸石山生态恢复过程中的关键问题,同时也未从生态系统的整体性和长期稳定性考虑设置恢复路径。基于此,通过梳理前人研究成果,归纳出煤矸石山恢复过程中的地质安全、土壤环境、植被恢复、种群繁衍、生态系统稳定等方面关键问题,从恢复前后逻辑关系和生态系统整体性考虑,设计出边坡稳定性处理及整形、土地复垦、物种选择、人工建植、土壤种子库形成、种群繁衍与更新、生态系统健康和稳定性评价、补充措施等一整套煤矸石山生态恢复的主要路径和方法,对煤矸石山生态系统恢复的基本途径从六个方面进行了总结,同时提出存在的问题和未来需要进一步研究的方向,为煤矸石山生态系统恢复实践提供重要理论指导。     

粤北南岭典型矿山生态修复工程技术模式与效益预评估——基于广东省山水林田湖草生态保护修复试点框架

广东粤北南岭山区地处国家生态安全格局“两屏三带”中的南方丘陵山地带的核心区,由于历史上有色金属矿产无序开采、选矿和冶炼等活动,导致区域生态环境问题突出,并造成下游区域土壤、水、农作物污染。修复历史遗留矿山、做好源头控制是解决区域生态环境问题的关键所在。以典型矿山废弃地单元（废土堆）为例,提出其生态修复工程技术模式与关键技术,开展修复效益预评估方法和实践研究。研究结果表明：粤北南岭山区矿区生态环境问题主要包括矿山植被破坏和水土流失问题突出、地质灾害风险隐患较大、矿山周边水土污染严重几个方面;矿山生态修复应以防控安全隐患为基础,以恢复生态功能为主要目标,同时治理矿山水土污染。构建了遵循山水林田湖草系统共治的“依山就势”重塑地形、“因势利导”疏导水流、“柔性防护”稳定边坡的粤北南岭废土堆立体生态修复模式,提出了相应的场地平整、清污分流、土壤改良、边坡生态袋植生、立体植被配置等生态恢复关键技术;建立了包括涵养水源、保持水土、净化环境及净化水质4个方面的生态效益评估模型,废土堆修复后生态效益预计可达到66754.25元/a。研究结果可为粤北南岭山区及类似区域山水林田湖草系统共治提供技术支撑。     

The potential of earthworms to restore ecosystem services after opencast mining – A review

Opencast coal mining has several environmental impacts, which require land rehabilitation when mining operations are finished. For that reason, restoration after such extractive industries’ work is common and has been well studied. However, many ecological restoration schemes do not examine to what extent complete and functioning ecosystems have been restored above and below ground. While the aim should be to restore functioning ecosystems, most restoration plans focus only on vegetation and above ground macro-fauna.Among the potential species that are likely to be important early in mine land restoration, earthworms are particularly good candidates. They provide several ecosystem services that are likely to accelerate soil restoration, improve primary production and facilitate the restoration of a functional ecosystem in mining areas. These services include the following: increase in topsoil fertility, food for a wide range of predators and recycling of waste organic materials on rehabilitated areas.Here, we outline some of the challenges specifically facing opencast mining restoration and describe how the ecosystem services provided by earthworms may address some of these challenges.     

稀土尾矿土壤细菌群落结构对植被修复的响应

选用赣州-安远稀土弃废尾矿及其不同植被修复的堆浸田为研究对象,调查废弃尾矿及6种不同植被修复方案下土壤理化性质的变化,并利用变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术,分析土壤微生物群落结构对植被修复的响应。结果表明:与未修复尾矿土壤相比,经不同植被修复后的土壤理化性质均得到明显改良,其中土壤含水量、有机质含量均比未修复尾矿土壤增加2—3倍。微生物群落结构分析表明,植被修复后土壤微生物群落与废弃尾矿土壤微生物群落亲缘度仅为0.21,表明植被修复后,土壤微生物群落结构发生了明显变化,且微生物多样性、均匀度、丰富度与未修复尾矿土壤相比均有了明显的提高。而在不同植被修复方案中,以湿地松和山胡椒为优势群落的两种植被修复方案对土壤改良效果最为明显,这两种修复方案不仅能显著改善土壤的固水性、有机质含量,并且对微生物群落的改善作用也最为显著。典范对应分析表明,废弃尾矿土壤微生物群落结构受土壤p H影响最为显著,而植被修复后土壤微生物群落的环境影响因子则转变为含水量、有机质、有机碳及总磷含量。进一步揭示了微生物在植被修复过程中所起到的重要作用,并为矿山生态重建过程中的土壤改良工作提供了丰富的理论依据。     

基于CCA的坡面尺度生物结皮空间分布

生物结皮是干旱半干旱地区普遍存在的活地被物,在该区生态系统中具有重要的生态功能。探讨生物结皮的空间分布规律是科学管理该资源的理论基础。选择黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域内的典型坡面,通过全面调查并应用GS+和CANOCO统计软件进行分析,探讨了坡面尺度上生物结皮的空间分布特征及其影响因子。结果表明:(1)生物结皮的分布具有明显的空间分异性。沙土区生物结皮以大面积连续分布为主,平均结皮盖度在30%以上;在黄土区则以零星分布为主,结皮盖度大都在20%以下,主要分布在坡的边缘和末端。而生物结皮厚度和抗剪强度的空间变异不大,说明其主要与生物结皮的发育年限有关。(2)典范对应分析(CCA)表明:生物结皮的空间分布与土壤、植被、地表湿度、坡度坡向等有密切关系。其中,土壤类型和生物结皮的空间分布关系最大,可以解释生物结皮空间变异的20%。其次是植被群落类型和地形湿度指数,沙蒿(Artemisia desertorum Spreng.Syst.Veg.)地和小叶杨(Populus simonii Carr.)林地是其最理想的生长环境;其他如坡度、坡向、太阳辐射等也都对生物结皮的分布有一定的影响。总体上,生物结皮具有明显的地形、土壤和植被群落的选择性,偏向于生长在较湿润的沙生植被群落当中。