黄土区露天煤矿排土场植被恢复的土壤环境效应
黄土区露天煤矿排土场植被恢复的土壤环境效应
【摘要】： 黄土高原地区是典型生态脆弱地区,同时也是我国重要的煤炭基地,煤炭开采中形成了大面积的露天煤矿排土场,排土场体积巨大改变了原有地貌,且重构土壤养分贫瘠、土壤结构性差、植被覆盖度低,极易引发水土流失等生态环境问题,因此排土场治理对于该地区生态安全有重要意义。植被恢复是退化土壤生态修复普遍采用的措施,对于黄土区植被恢复已经积累了大量理论技术,而露天煤矿排土场为重构土体,其土壤性质与自然地貌土壤有很大差异,目前对于该地区排土场重构土壤长时间植被恢复下土壤环境效应及影响因素还不清楚。本文以不同植被恢复措施下黄土区露天煤矿排土场为主要研究对象,采用野外调查和和室内分析相结合的方法,研究了植被恢复对排土场重构土壤养分性质和土壤结构的影响,并筛选适宜于排土场的植被恢复措施,探讨了黄土区露天煤矿排土场的植被恢复土壤环境效应。主要研究结论如下:(1)经过15年植被恢复,排土场土壤养分含量有了显著的提升,其中植被恢复对表层土壤养分提高较明显,而对次表层土壤养分影响较小,土壤养分表现出明显的表聚。土壤有机质和氮素对植被恢复响应较敏感,植被恢复下表层土壤有机质、全氮和碱解氮含量分别达到6.12 g/kg,0.27 g/kg和21.89 mg/kg,但其含量水平仍然较低,土壤有机质和氮素含量低是植被生长的限制性因素,需要进一步熟化培肥;土壤表层速效磷含量达到6.56 mg/kg,含量相对较高,但有减小趋势,长时间植被恢复下土壤磷素可能出现耗竭;排土场土壤速效钾含量水平高,土壤表层含量达到135.08 mg/kg,且植被恢复下有一定提高。不同植被恢复模式相比,草地土壤养分含量显著高于灌木和乔木。土壤有机质与土壤全氮、碱解氮、速效钾表现出极显著(P<0.01)的线性正相关,有机质可以作为排土场土壤肥力的主要指标。从提高土壤培肥角度,排土场植被恢复早期应以草地作为主要植被恢复模式,然后采用林草结合模式提高排土场群落结构功能和稳定性,矿区植被恢复中有机质和氮磷亏缺是重要的限制因素。(2)植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,改善了土壤结构。平台0~20 cm土层水稳性大团聚体数量(R0.25)、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正相关性。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。(3)排土场人工草地对土壤有机碳、养分和团聚体状况都有较好的改良效果,其中表层与原地貌已经较为接近,而深层还需要进一步熟化改良。不同类型人工草地中苜蓿对土壤改良效果最好,但其耗水严重,对深层土壤改良效果较差,从改良排土场土壤质量角度在恢复初期应以苜蓿作为主要人工草地类型培肥土壤,但在一定阶段应引种冰草等耗水较少的其它草本,增加群落稳定性,减缓群落退化和土壤干层的形成,对排土场进行持续的生态恢复和土壤改良。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
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