露天煤矿排土场植被重建对土壤呼吸的影响

植被重建是露天煤矿生态恢复的重要途径, 植被恢复的最终目的是土壤生境的恢复, 而土壤呼吸是反映土壤健康状况的关键指标之一。采用LI-8100 土壤碳通量观测系统, 对内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置下的土壤呼吸进行了测定, 分析了植被配置、生物、环境因子对土壤呼吸速率的影响。结果表明: 植被配置类型对土壤呼吸影响显著, 乔-草型和乔-灌-草型配置下的土壤呼吸速率接近(平均2.68 μmol CO2·m^–2·s^–1, P>0.05), 显著高于乔-灌型(2.33 μmolCO2·m^–2·s^–1, P<0.001), 但都显著低于邻近撂荒地土壤呼吸(3.64 μmol CO2·m^–2·s^–1, P<0.001)。4 种植被类型下的土壤呼吸日变化都呈单峰曲线, 但峰值出现的时间不同。土壤呼吸与植被盖度、草本多度、丰富度、生物土壤结皮盖度、厚度、土壤全氮、硝态氮、有机质含量显著正相关, 与灌木盖度、土壤体积含水量、容重和铵态氮含量显著负相关。植被重建显著影响矿区排土场土壤呼吸, 植被配置类型、草本盖度多度和土壤碳氮水平是影响土壤呼吸时空变异的关键因子。     

河套灌区九排域农田排水沟植物物种多样性

2010年8-9月对河套灌区九排域农田排水沟植物进行了综合调查.分别在干沟、支沟、斗沟/农沟的上、中、下游布设断面,断面上设置0.5m×0.5m和5m×5m样方对草本和灌木的植物种类和数量进行调查.结果表明:河套灌区九排域农田排水沟植物由17个科、38个属、39个种组成,禾本科(n=10)、菊科(n=7)和藜科(n=4)植物种类最多,芦苇、羊草和盐地碱蓬是分布面积最广的物种.干沟、支沟和斗/农沟的多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和优势度指数值分别为0.57、1.93、0.37和0.81,0.77、3.46、0.65和0.50,0.90、3.88、0.64和0.53.物种多样性表现为边坡的高于沟底,但排沟等级间的变化趋势不明显.水的存留时间及农业管理(清沟)是影响植物物种多样性最主要的因素.     

内蒙古黑岱沟露天煤矿植被恢复区生物土壤结皮的固氮潜力

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和藓类结皮)为研究对象,通过野外调查采集样品,在实验室条件下测定了两类结皮的固氮活性,分析了其固氮活性对水热因子的响应特征及其与草本、结皮盖度的关系.结果表明：不同演替阶段人工植被及相邻撂荒地和天然植被下生物土壤结皮的固氮活性在9～150 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1,藻类结皮(平均为77 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1)显著高于藓类结皮(17 μmol C₂H₄·m^-2·h^-1).人工植被区3种常见植被类型下藻类和藓类结皮固氮活性均表现为“灌-草型”显著高于“乔-灌型”和“乔-灌-草型”.藻类和藓类结皮的固氮活性与样品相对含水量(10%～100%)和培养温度(5～45 ℃)均呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分、温度升高均呈先上升后下降的趋势,分别在60%和80%相对含水量时达到最大固氮速率,其最适固氮温度均为25 ℃.藻类结皮固氮活性与草本盖度呈显著的二次函数关系,草本盖度超过20%时固氮活性开始降低,藓类结皮固氮活性与草本植物盖度呈显著负相关.两类结皮固氮活性与其盖度均呈显著的正相关关系,随结皮盖度增加其固氮活性显著升高.露天煤矿植被恢复区两类生物土壤结皮固氮活性差异主要由结皮组成生物体即隐花植物的差异所致,不同植被类型下的水热差异及不同植被演替阶段草本、结皮盖度的差异是影响生物土壤结皮氮固定的关键因子,生物土壤结皮在人工植被区的拓殖发育及其氮输入是系统健康发展的重要标志.     

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。     

河套灌区六排域植物物种多样性研究

为了研究河套灌区六排域植物物种多样性。于2010 年8-9月进行调查, 以排沟等级为原则, 在干沟、支沟、斗沟或农沟的上、中、下游设置调查断面, 每断面沿沟道垂直剖面从沟底到边坡共设置0.5 m 0.5 m的草本样方101个、边坡设置5 m 5 m的灌木样方22个, 调查样方内的植物种类和数量。研究结果表明, 河套灌区六排域植物由22个科, 41个属, 43个种组成; 其中禾本科、菊科和豆科植物所占比重最大; 植物群落主要以芦苇为主的草本组成型; 干沟、支沟和斗/农沟的多样性指数、优势度指数、丰富度和均匀度指数值分别为0.79、0.37、3.20和0.55, 0.90、0.54、4.37和0.62, 0.89、0.53、4.25和0.63。随着排沟等级的降低, 多样性指数值随之增加; 边坡较沟底有明显较高的物种多样性。       

宁蒙引黄灌区农田排水沟渠水质特征

黄河上游农业面源污染正在变成影响黄河水质的主要污染源,威胁到下游黄河流域水资源的安全利用。通过对宁蒙引黄灌区排水沟渠土壤和水质的调查,发现宁蒙灌区排水的pH、TN、TDS和NO3--N分别受不同排水沟渠、排水沟渠级别及二者互作的影响。内蒙古九排干排水的TDS和NO3--N浓度受排水时间影响显著,TN、TP、NH4+-N和COD浓度主要受排水时间、沟道级别及二者互相的影响。宁蒙灌区沟底底泥中的全盐含量明显低于边坡,而TN和TC平均是边坡土壤的1.2倍。内蒙古河套灌区沟底底泥中TN、TP和TC的增加比例是宁夏灌区的1.6、3.8和6.3倍。内蒙古河套灌区农田排水水质明显差于同期(8月)的宁夏灵武灌区,其TDS、TN、TP、NH4+-N和COD浓度是宁夏灵武灌区的3.2、2.5、2.8、10.0和1.5倍。宁蒙引黄灌区农田排水污染以氮含量超标为主,尤其以农沟和干沟为主,而磷浓度较低,基本不造成污染。内蒙古引黄灌区各主要排水时期,以8月农沟排水中氮超标和干沟排水中氮和磷污染程度最高。     

湿润持续时间对生物土壤结皮固氮活性的影响

土壤可利用氮是干旱半干旱区生态系统中除水分之外的关键限制因子,研究湿润持续时间和温度变化对温性荒漠藻类结皮和藓类结皮固氮活性的影响,对于深入认识和准确评价全球变化大背景下生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献至关重要。通过野外调查采样,在一次较大降水事件发生后,利用开顶式生长室,采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区人工植被区和天然植被区两类典型生物土壤结皮固氮活性的变化,分析了湿润持续时间和模拟增温对其固氮活性的影响。研究结果表明:在经历31d持续干旱,降水发生后第4天两类结皮的固氮活性达到最大,此后随样品水分含量下降,至第10天其固氮活性将至最低;结皮固氮活性与水分含量之间呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分含量的增加呈先上升后下降的趋势,藻类结皮的固氮活性显著高于藓类结皮;短期模拟增温并不能显著提高其固氮活性,增温主要通过加速结皮水分散失来影响其固氮活性。上述结果反映了水分是控制生物土壤结皮固氮活性的关键因子,而实验前样品所经历的环境条件则决定了降水发生后其到达最大固氮速率的时间,野外长期观测结合控制严格的室内实验才能准确评价生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献。     

宁夏灵武地区农田排水沟植物物种多样性

为探索宁夏灵武地区农田排水沟植物物种组成和多样性特征,选择24条农田排水沟,分别于2009和2010年8月对植物物种和群落结构进行调查,并对物种多样性特征进行分析.结果表明,排水沟植物由17科36属43种组成,分为以芦苇(Phragmites australis)为主要建群种的6种群落类型和1个沉水植物群落,其中水烛+芦苇(Typha angustifolia+Phragmites australis)群落生物量(平均鲜重达2326.2 g· m-2)显著高于其他群落,2010年排水沟植物群落生物量较2009年小;边坡较沟底的物种多样性高,其中Shannon指数、丰富度指数差异达到显著水平,且2009年沟底物种多样性高于2010年.排水沟水文条件、水质和人为干扰可能是影响农田排水沟植物分布、群落组成及多样性特征的主要因素.     

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。     

模拟增温对荒漠生物土壤结皮-土壤系统CO_2、CH_4和N_2O通量的影响

目前,有关增温条件下荒漠生物土壤结皮(BSCs)-土壤系统与大气之间主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量变化的研究十分匮乏,以致很难准确地评估荒漠生态系统温室气体通量对气候变暖的响应与反馈的方向和程度。该文选择腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类以及二者混生的3种类型的BSCs覆盖土壤为研究对象,以开顶式生长室(OTC)为增温方式模拟全球变暖,采用静态箱-气相色谱法探究了2012年7月至2013年6月增温和不增温处理下CO2、CH4和N2O通量的变化特征。结果表明:增温和结皮类型对CO2、CH4和N2O通量没有显著影响。采样日期、结皮类型与采样日期,以及增温与结皮类型和采样日期的互作显著影响CO2和CH4通量,增温和采样日期互作显著影响CH4通量。BSCs-土壤系统的CO2、CH4和N2O年通量及其增温潜能在增温和不增温处理下的差异均不显著。CO2通量与5 cm深度的土壤温度呈显著的指数正相关关系,与10 cm深度的土壤湿度呈线性正相关关系;藓类、混生结皮的CH4通量与5 cm深度的土壤温度和10 cm深度的土壤湿度均呈显著的线性负相关关系;3种结皮类型的N2O通量与5 cm深度的土壤温度均无相关关系,藓类结皮的N2O通量与10 cm深度的土壤湿度呈显著的线性负相关关系。藓类结皮的CO2和CH4在增温和不增温两种处理下的通量差异与5 cm深度的土壤温度差异呈显著的负线性相关,藻类结皮N2O的通量差异与温度差异呈近似正相关关系(p=0.051)。以上结果说明:在全球变暖的背景下,荒漠BSCs-土壤系统主要温室气体通量不会有明显的变化,意味着荒漠生态系统温室气体的排放可能对气候变暖没有明显的反馈。