黄土区露天煤矿排土场土壤与地形因子对植被恢复的影响

在脆弱的生态环境改善和恢复过程中,植被恢复与重建扮演着重要的角色。黄土露天煤矿区生态环境极其脆弱,认识矿区损毁土地植被恢复与地形、土壤因子之间的作用规律对矿区土地复垦与生态恢复改善至关重要。为此,选择山西平朔安太堡露天煤矿南排土场对2条样带27个复垦样地的土壤、地形、植被参数进行了采集与测定,并应用单因素方差分析与CANOCO4.5软件的降趋势对应分析和冗余分析研究了地形与土壤因子对植被恢复的影响。结果表明:植被与土壤变量之间呈显著相关,与地形变量之间相关性不明显;坡度主要影响草本覆盖度,坡向与有机质和速效磷之间具有线性相关性;速效钾对植被的变化起着重要的作用;土壤容重与砾石含量对土壤养分含量具有明显的指示作用;有机质与全氮呈显著正相关,各土壤养分指标之间存在明显的相关关系。为了改善和恢复黄土区露天煤矿排土场脆弱的生态系统,应该考虑植被和土壤的联合演替。在当地的生态环境状况下土地复垦与生态恢复的关键是改善土壤状况和增加人工植被,同时加强对排土场人工和自然植被的保护。     

黄土区大型露天煤矿废弃地植被恢复过程中的植被动态

生境再造与植被恢复是黄土区露天矿生态重建的核心 ,其中植被恢复是生态重建的保证。以我国平朔安太堡露天煤矿为例 ,采用野外调查、统计分析相结合的方法 ,对 1 985～ 2 0 0 1年矿区植被恢复过程中的植被动态进行研究。结果表明 :该区的人工植被经过演变 ,植物种的组成发生较大变化 ,由单一的物种组成结构逐渐发展为复杂的物种组成结构 ,并逐渐趋于动态的平衡。通过研究同一植物在不同配置模式下的生长情况 ,以及它们之间的相互影响 ,得出该区人工植被的较好模式为 :刺槐×油松×柠条、刺槐×油松、刺槐×沙棘和刺槐纯林。首次运用多样性指数、生态优势度、均匀度 ,对该区主要复垦植被群落进行分析 ,进一步预测了人工植被的演替方向 :刺槐林→刺槐林、沙棘林→沙棘林、沙棘×刺槐→刺槐、刺槐×油松→刺槐×油松和刺槐×油松×柠条→刺槐×油松×柠条。     

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。     

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。     

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。     

露天煤矿排土场边坡植被组成特征及其群落稳定性评价

研究植被恢复过程中植物群落组成、结构及稳定性的变化,可进一步了解到植物群落的演替过程及规律。采用空间代时间的方法对内蒙古锡林郭勒盟北电胜利露天煤矿4个排土场边坡人工恢复植被进行群落调查,在此基础上采用多样性指数与优化后的M.Godron稳定性指数对植物物种组成、物种多样性及其群落稳定性进行分析,探究不同恢复年限排土场边坡植被在恢复过程中群落特征及稳定性变化特征。结果表明：（1）排土场边坡植物物种组成共有16科44属56种,植物群落组成较简单,其中禾本科种类最多,生长型以草本植物为主。（2）随着恢复年限的增加,植物生活型由一、二年生转变为多年生,坡面优势种由人工种植植物转变为本土植物。（3）整体看,随着恢复年限增加,物种多样性呈下降趋势,群落稳定性整体呈上升趋势。（4）由于不同坡向土壤微环境差异,北坡恢复效果及稳定性好于南坡。本研究在一定程度上可为露天煤矿排土场边坡人工修复过程中植物物种及合理配置模式的选择提供科学依据。     

露天煤矿排土场不同植被恢复模式土壤养分和酶活性的差异性

为明晰露天矿排土场不同植被恢复模式下土壤改良效果,以阜新海州露天矿排土场刺槐林、榆树林、混交林、灌木林、荒草地土壤为研究对象,分析不同植被恢复模式下土壤养分含量及酶活性特征。结果表明：不同植被恢复模式土壤养分含量随土层的加深整体呈下降趋势,均存在明显的表聚性;5种植被恢复模式土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶活性峰值均出现在0～10 cm土层,与其他土层差异显著,土壤蛋白酶活性峰值分布在0～30 cm土层;土壤养分含量与土壤酶活性显著相关。主成分分析结果显示,刺槐林、榆树林、混交林、灌木林和荒草地的主成分综合得分依次为2.94、1.68、4.44、-2.66、-6.39,植被恢复效果表现为混交林>刺槐林>榆树林>灌木林>荒草地,表土层恢复效果最佳,随着土层加深效果逐渐下降。混交林地可作为该排土场的主要植被恢复模式。     

草原矿区排土场恢复重建人工植被变化

以典型草原大型露天煤矿排土场为研究对象, 研究不同水土保持工程措施与植物措施配置形式下排土场人工、半人工植物群落的植物种类组成、结构及物种多样性变化, 结果表明, 自然恢复的人工裸露边坡草层低矮、植物种类单一, 水土保持工程措施与植物措施相结合进行植被恢复的试验小区植物种类明显增加, 项目实施第三年试验区内共出现23 种植物, 分属10 科22 属, 单种科和单种属占优势; “生态袋一字型布设+撒播种草”试验小区出现的植物种类最多, 植物成活率高、Shannon-wiener 多样性指数、Margalef 丰富度指数较大, 这一措施配置形式在草原矿区排土场边坡植物群落快速建植和水土流失防治等方面效果均显著; 抗逆性强、具有固氮功能、性状优良的豆科牧草可作为草原矿区人工扰动后植被恢复重建的先锋物种。     

黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响

以植被空间排列顺序推断时间演替顺序,采用同步辐射软X射线探讨子午岭林区典型植物样地白羊草(Bothriochlor ischaemum)狼牙刺(Sophora viciifolia)辽东栋群落(Quercus liaotungensis)演替过程中土壤有机碳官能团变化。图谱定性分析显示,恢复过程中各植被条件下0-5 cm和20-40 cm土层土壤脂肪-C、酮-C吸收强度明显增加;0-5 cm土层土壤脂肪-C吸收较20-40 cm强,而土壤酮-C吸收较20-40 cm弱。半定量分析结果显示,随植被演替进程,0-5 cm土层土壤各官能团相对百分含量都有所增加,如芳香-C、脂肪-C、酮-C呈现逐渐增加趋势,至辽东栎群落时,20-40 cm土层土壤脂肪-C相对百分含量明显增加。植被恢复过程中,各样地SOC官能团组成基本一致,但植被恢复影响土壤SOC官能团数量变化;植被恢复能促进0-5 cm和20-40 cm土层土壤脂肪-C、酮-C含量增加,并且这种作用随着植被恢复时间的延长逐渐增强,说明植被演替增强了土壤有机碳化学稳定性。     

内蒙古高寒露天煤矿排土场植被恢复研究

探究不同恢复年限对于露天煤矿植被群落变化和植物个体生长的影响,进一步加强生态环境保护与生态修复治理措施。以内蒙古高寒露天煤矿排土场恢复4年(2018-2021年)的植物群落为研究对象,采用样方调查方法,对样地内植物群落进行调查,设置草本样方(1 m×1 m)和灌木样方(5 m×5 m),记录植物物种组成、高度及盖度等指标,计算Shannon-Wiener多样性指数、Simpon指数、Pielou均匀度指数和物种重要值。探讨不同的恢复年限植物群落变化特征和优势植物的养分吸收,为矿区人工植被恢复提供科学依据。结果表明:(1)矿区排土场植物群落物种数、生物量和群落多样性均随着恢复年限的增加而显著增加。总物种数从恢复第1年的16种增加到恢复第4年的31种,主要是由于非人工种植植物从6种增加到19种导致,特别是在恢复第2年增加显著,然后趋于平稳,这说明恢复第2年是物种增加关键的时期;(2)随着恢复年限的增加,生物量和多样性指数显著增加;矿区植被优势物种多以禾本科披碱草(Elymus dahuricus)、无芒雀麦(Bromus inermis);豆科植物苜蓿(Medicago sativa)、草木樨(Melilotus officinalis)、沙打旺(Astragalus adsurgens)、锦鸡儿(Caragana sinica);菊科植物大籽蒿(Artemisia sieversiana);十字花科油菜(Brassica napus)和胡颓子科沙棘(Hippophae rhamnoides)为主。(3)比较不同优势植物叶片、茎和根的氮(N)、磷(P)和钾(K)含量发现,草本优势种中菊科和豆科植物显著高于禾本科植物。灌木优势种中沙棘茎的N含量和P含量显著高于锦鸡儿。研究认为,在排土场植被恢复初期(4年)的物种选择上,豆科植物和菊科植物是草本植物首选的先锋物种,另外,沙棘是灌木首选的物种。     

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。     

安太堡露天煤矿排土场土壤种子库

采用种子萌发法研究了安太堡露天矿排土场的土壤种子库,共统计到17种植物种子,分属5科,以1年生草本植物种子为主.排土场土壤种子库具有极大的时空异质性,地上植被与土壤种子库群落组成上的相似性程度较低,复垦后期土壤种子库间相似性系数较低.随着复垦时间、复垦模式或立地条件的不同,土壤种子库的种类、密度各不相同.选择正确的复垦模式,有利于土壤种子库自我更新能力的增加和排土场生态系统稳定,对排土场的土地复垦和生态重建具有重要意义.     

安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新时空动态

以安太堡露天煤矿植被恢复区1 hm2"刺槐+榆树+臭椿混交模式"长期固定监测样地为研究平台,基于2010年和2015年两次样地调查数据,对植被恢复过程中主要更新物种的数量特征进行分析,以期为揭示人工重建植被天然更新的发生发展规律及可持续经营提供科学依据。研究表明:2010—2015年,样地内幼苗个体数由4216株增加为11177株,幼树个体数由687株增加为727株,幼苗幼树增加的数量主要是榆树和臭椿的贡献。幼苗存活率榆树臭椿刺槐,幼树存活率榆树刺槐臭椿;样地内幼苗在0~20 m尺度上均呈聚集分布,且聚集程度随研究尺度的增加而降低;幼树在小尺度(0~5 m)上表现为聚集分布,在其他研究尺度上则为随机分布;无论在群落水平还是物种水平,幼苗幼树高度和生物因子共同影响幼苗幼树的存活;在安太堡露天煤矿植被恢复区物种天然更新过程中,存在一定的密度制约效应。     

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.     

黄土高原沟壑区土壤酶活性对植被恢复的响应

结合野外调查与室内分析,研究了黄土高原沟壑区小流域自然坡面和不同植被恢复条件下剖面土壤酶活性的分布特征,以及土壤酶活性对植被恢复的响应.结果表明:黄土高原沟壑区小流域坡地土壤的脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性为高度变异指标,过氧化氢酶活性则为弱变异指标.土壤剖面酶活性受植被恢复措施的显著影响,随土层的加深,土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性逐渐降低,过氧化氢酶活性升高.3种水解酶活性之间呈显著正相关,并与土壤物理性质显著负相关,与土壤化学性质显著正相关;过氧化氢酶活性除与含水量和pH正相关外,与其他理化性质呈负相关.土壤水解酶类可以敏感指示植被恢复的土壤效应,植被恢复措施可以改善表层和深层土壤的生物学性质.     

黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置对生物土壤结皮拓殖和发育的影响

2012年8—9月对内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿排土场乔木、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生物土壤结皮(BSCs)盖度和厚度进行了调查。结果表明:不同植被配置条件下BSCs的总盖度均超过了50%,乔木和乔木+草本(豆科)配置条件下藓类结皮的盖度最高,分别为56%和43%,显著高于其他配置条件下藓类结皮的盖度;乔木+草本(禾本科)配置条件下藓类结皮的盖度最高(34%),显著高于其他配置条件下藓类结皮的盖度。不同植被配置条件下BSCs的厚度均超过了0.30 cm,其中乔木+灌木配置条件下的BSCs厚度最高为0.55 cm,显著高于其他配置条件下BSCs厚度。露天煤矿排土场进行植被恢复有助于BSCs的拓殖和发育,植被配置类型和植被盖度显著影响BSCs的盖度和厚度。     

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.     

土壤线虫群落对闽北森林植被恢复的响应

为了考察地上植物群落的演替与土壤线虫群落的相互关系, 作者对闽北退化常绿阔叶林不同恢复阶段的土壤线虫群落进行了为期一年的定位研究。研究表明, 线虫群落对植被不同恢复阶段有不同的响应, 各恢复阶段线虫数量差异显著(P<0.01), 从大到小依次为: 荒地(Wj)、天然阔叶林(Cc)、针阔混交林(Clc )、针叶林(Pm); 土壤线虫数量的季节波动明显, 属数与个体密度均体现为春季＞冬季＞秋季＞夏季, 而夏季极显著少于其他季节(P<0.01); 土壤线虫群落DG指数与丰富度指数从大到小依次为天然阔叶林、荒地、针阔混交林和针叶林。而多样性顺序却表现为: 荒地>天然阔叶林>针阔混交林>针叶林; 不同恢复阶段土壤根系生物量、土壤理化特征存在明显的空间变异, 并且线虫数量与根系生物量、土壤含水率、土壤孔隙度、土壤有机质、全氮以及速效磷具有显著正相关关系。因此, 植被恢复过程中土壤线虫群落结构分异及其动态是一个重要的生态响应过程, 能为进一步研究土壤生物在植被演替中的地位和作用以及土壤生物多样性保护提供基础数据。