山西尖山铁尾矿库坝复垦地植被-土壤耦合关系研究

论文摘要

本研究以山西省娄烦县尖山铁尾矿库坝复垦地植被-土壤系统为研究对象,在野外植被调查和土壤样品采集的基础上,采用数量生态和土壤生化分析方法,研究尾矿库坝复垦地不同恢复时期的植物群落组成、优势种种间关系、物种多样性、土壤理化性质及酶活性变化特征;采用植被-土壤耦合模型,综合评价尾矿库坝复垦地植被-土壤系统的耦合关系及其恢复质量,筛选适宜尾矿库坝植被恢复的先锋植物种类及其最佳物种配置模式,以期为提高尾矿库坝植被土壤系统恢复质量提供科学依据与技术指导。主要研究结论如下:1)TWINSPAN等级分类将尖山铁尾矿库坝复垦地不同恢复时期的植物群落72个样方划分成8个群丛,即:紫花苜蓿+山野豌豆群丛、柠条-芦苇+茵陈蒿群丛、沙棘-拂子茅群丛、柠条-披碱草群丛、兴安胡枝子-糙隐子草+白羊草群丛、沙生冰草+糙隐子草群丛、柠条-茵陈蒿+拂子茅群丛、柠条-牛筋草群丛,分别处于生态恢复的初、中期阶段。DCA、CCA二维排序轴分别反映了该尾矿库坝复垦时间、土壤水分的梯度变化。2)菊科、豆科和禾本科植物在该尾矿库坝复垦地植被群落占优势（57.7%）。随恢复时间的增加,复垦地不同植物群落物种多样性、均匀度逐渐提升,群落趋向稳定、成熟,以柠条为主的群丛Ⅳ（柠条-披碱草）、Ⅱ（柠条-芦苇+茵陈蒿）、Ⅷ（柠条-牛筋草）的物种多样性指数变化明显。优势种种间关系表明,豆科和禾本科植物种间表现出较强的正关联,如人工种植的柠条与自然恢复的披碱草、自然恢复的白羊草与兴安胡枝子等,建议铁尾矿库坝植被恢复过程中可采用豆科和禾本科植物混合配置模式。3)随着恢复年限的增加,土壤的饱和持水量、田间持水量、总孔隙度、含水量、有机质、全氮、碱解氮含量以及四种土壤酶活性（碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶）均呈上升的趋势,而土壤容重、土壤pH值总体上呈下降趋势,表明复垦地土壤生化性质得到明显改善、土壤肥力逐渐提高,特别是恢复12a以上的植物群丛,其土壤质量恢复效果尤其明显。植物的恢复演替可大致划分为两个阶段,恢复初期（≤10a）主要受植物特征的影响;随恢复时间的增加,恢复中期以后（>10a）土壤环境的变化又引起了植物种的改变,植物群落分布受土壤性质影响较大。4)以豆科植物为主的群丛Ⅰ（紫花苜蓿+山野豌豆）在提高土壤全氮、碱解氮、有机质含量方面效果显著,并且植被综合评价指数P（y）最高（0.6062）,在该铁尾矿库坝复垦地的恢复过程中的植被-土壤系统恢复质量最优,在未来铁尾矿库坝生态恢复中,推荐采用紫花苜蓿、柠条等豆科植物与禾本科草本植物（披碱草、沙生冰草、白羊草等）混合配置模式。5)从改善土壤质量的长远效果来看,灌草混种模式的群丛土壤质量改善效果优于草本模式的群丛,在未来铁尾矿库坝植被恢复中,推荐采用灌草混种模式。6)从土壤-植被系统的耦合协调度Dp结果来看,随恢复年限的增加,植被-土壤系统的协调度越来越好,种植10a以上的群丛,处于恢复的中后期,植被-土壤系统的协调度处于基本协调状态。群丛Ⅳ（柠条-披碱草）的植被-土壤系统协调状态最佳,其植被配置模式可为未来铁尾矿库坝生态恢复提供参考。野外调查发现,恢复中后期的人工牧草地植被呈现明显的退化现象,建议在生态恢复过程中应加强植被的科学管护,以提高生态恢复质量与成效,促进植被-土壤系统向稳定的、自我维持的方向发展。本研究发现,在铁尾矿库坝复垦地植被恢复过程中,灌、草混合模式的群丛恢复效果要更优于纯草本模式群丛,并且采用豆科（柠条、紫花苜蓿）和禾本科（披碱草、沙生冰草、白羊草等）植物配置模式的作用明显。柠条-披碱草模式的植被-土壤系统协调状态最佳,其植被配置模式可为未来铁尾矿库坝生态恢复提供理论依据和参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABETRACT
• 第一章 引言
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 矿产资源开发量大
•     1.1.2 尾矿资源利用率低
•     1.1.3 尾矿的危害
•   1.2 目的意义
•   1.3 国内外矿区修复研究进展
•     1.3.1 矿山修复研究进展
•     1.3.2 尾矿库土壤修复研究进展
•     1.3.3 尾矿植被恢复研究进展
•     1.3.4 植被-土壤系统耦合关系研究进展
• 第二章 研究区概况及实验设计
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 研究内容
•     2.1.2 技术路线图
•   2.2 实验设计
•     2.2.1 植物样方调查与土壤样品采集
•     2.2.2 土壤生化性质测定方法
•     2.2.3 数据处理与分析方法
• 第三章 尾矿库坝复垦地植物群落数量生态特征研究
•   3.1 引言
•   3.2 植物群落组成
•   3.3 优势种种间关系
•   3.4 TWINSPAN分类
•   3.5 DCA排序
•     3.5.1 物种的 DCA 排序结果
•     3.5.2 样方的 DCA 排序结果
•   3.6 群落物种多样性
•   3.7 群落稳定性
•   3.8 小结
• 第四章 尾矿库坝复垦地土壤生化性质变化特征研究
•   4.1 引言
•   4.2 土壤理化性质变化特征
•     4.2.1 土壤物理性质变化特征
•     4.2.2 土壤化学性质变化特征
•   4.3 土壤酶活性变化特征
•     4.3.1 四种土壤酶活性变化特征
•     4.3.2 土壤酶恢复速率
•   4.4 小结
• 第五章 尾矿库坝复垦地植被-土壤耦合关系及恢复质量评价
•   5.1 引言
•   5.2 植物群落与土壤性质的相关性分析
•     5.2.1 土壤酶活性与土壤理化性质的相关性
•     5.2.2 土壤性质与植被群落物种多样性的相关性
•     5.2.3 不同植物群落与土壤环境因子的CCA分析
•     5.2.4 小结
•   5.3 植被-土壤耦合关系
•     5.3.1 植被-土壤耦合模型指标
•     5.3.2 植被-土壤耦合模型
•     5.3.3 植被-土壤耦合协调度模型
•     5.3.4 恢复质量评价
•     5.3.5 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论与讨论
•     6.1.1 尾矿库坝复垦地植被系统
•     6.1.2 尾矿库坝复垦地土壤系统
•     6.1.3 尾矿库坝复垦地植被-土壤系统
•   6.2 展望与不足
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果和参与的科研项目
• 致谢
• 个人简况及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李霖

导师: 李素清

关键词: 铁尾矿库坝复垦地,群丛,植被土壤系统,土壤性质,耦合度

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,矿业工程

单位: 山西大学

分类号: TD88;Q948.1

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000804

总页数: 81

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