锰矿修复区植物生态系统自由能与化学势分析

基于热力学理论建立了生态系统Gibbs自由能方程,用以计算湘潭锰矿生态修复区植被系统的自由能(G)和物种化学势(μ)。生态修复区(及对照区)以泡桐(Paulownia fortunei)和栾树(Koelreuteria bipinnata)作为建群植物,总面积为4 hm~2,修复区泡桐和栾树的根际施用了含有自试验点废弃矿渣中筛选出的耐性菌株的有机菌肥,目的是为植物生长提供必要养分和降低根际土壤重金属毒性,对照区泡桐和栾树的根际施用了等量的化肥。泡桐和栾树种植后5 a期间,修复区与对照区均自然萌发生长了许多本土植物种类。试验结果表明,修复区植物种类数达到48,为对照区的3.7倍;修复区的总生物量、锰吸收量分别达到23324 kg/hm~2和4280 g/hm~2,为对照区对应值的20.6和2.6倍;修复区系统自由能G远远大于对照区的值,说明有机菌肥具有显著的改良污染土壤根际环境的效果。修复区和对照区植物种类之间的化学势μ均存在显著差异(P0.001),μ值差异范围分别为-3.79—6.76和-3.42—3.59,该一差异反映不同物种适应和修复锰污染环境的能力。G和μ值包含了生态系统生产力、生物多样性,植物种类生长势、重金属富集能力、生态学行为等综合信息,能反映生态系统与立地环境的关系和修复植物的生态学特性,可作为重金属污染区植被修复效果评价和修复植物筛选的重要指标。