潞安矿区煤矸石山人工植物群落生态效应研究

摘要

植被-土壤系统的协同恢复是煤矸石山生态恢复的核心，也是决定矸石山生态恢复成功与否的关键。本研究在对山西潞安矿区两座不同复垦年限(分别为2009a和2014a)的煤矸石山人工植被进行调查的基础上，采用数量生态、土壤生化分析等方法，研究了人工植物群落与环境因子的关系、优势种种间联结性；分析了不同人工植物群落土壤养分、土壤酶活性；采用主成分分析法，评价了其生态效应，并提出了其生态恢复策略，旨在为该区快速建立自我维持的煤矸石山人工植被-土壤生态系统提供科学依据和技术指导。主要研究结果如下：
　　(1)潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落分别处于生态恢复的初期阶段
　　TWINSPAN植被分类将煤矸石山人工植被60个样方划分为6个群丛，分类结果很好的反映了植物群落与环境因子之间的关系，并在DCA二维排序图上得到了较好的验证；DCA排序轴反映了矸石山复垦时间、土壤含水量、土壤有机质的梯度变化，表明矸石山复垦时间、土壤含水量是影响人工植物群落组成和群落结构的主导因子；随矸石山植被恢复时间的增长，矸石山人工植物群落土壤水分条件和土壤有机质逐渐改善。
　　(2)潞安矿区煤矸石山人工植物群落优势种种间关联程度低
　　煤矸石山人工植物群落优势种种间联结性研究表明，13个优势种间大部分种对的种间关联不显著，种间联结较为松散，说明矸石山人工植物群落整体关联性较弱，群落的成熟程度较低，群落结构不完善、稳定性较差，仍处于演替的初期阶段。根据Spearman秩相关系数，将13个优势种划分为2个生态组，导致其生态组群分化的主导因子是土壤水分条件。
　　(3)随复垦年限的增长，潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落土壤质量改善
　　煤矸石山不同人工植物群落土壤理化性质的分析表明，与未复垦地(对照)相比，土壤水分受坡向和植被配置模式的影响显著，表现为由阴坡向阳坡方向逐渐降低，混交林比纯林更有利于水分的保持；土壤养分随恢复时间的增加呈上升趋势，豆科植物在土壤肥力改善上作用更为显著，火炬树对土壤养分的维持效果不如侧柏明显。随复垦年限的增长，人工植被恢复能有效改善土壤质量。
　　(4)随复垦年限的增长，潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落土壤酶活性提高
　　与对照相比，不同人工植物群落类型均能提高土壤酶活性(土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶)，且随恢复时间的增加土壤酶活性呈上升趋势，混交林土壤酶活性高于纯林，配置有紫穗槐的林型土壤酶整体水平较其他林型高。
　　(5)潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落生态效应差异明显，豆科植物在其生态恢复过程中的作用突出
　　生态效应评价结果表明，与对照相比，不同人工植物群落类型对矸石山生态环境的改善效果差异显著，混交林恢复效果优于纯林，且豆科植物种类多的人工植物群落类型生态恢复效果更好；随恢复时间增长，人工植物群落的生态效应越显著。
　　综上，本研究提出潞安矿区煤矸石山生态恢复策略：在土壤基质的改良上，要采用合理措施调节土壤理化性质的均衡；在植物种类的选择上，要综合考虑植物的生态特性及矸石山的特殊立地条件，植物种的配置要依据植物种间联结性，采取乔灌草多层次结合的立体配置模式，并结合矿区环境条件合理设计矸石山绿化景观。

目录

第一章 引言

1.1 研究目的和意义

1.2 煤矸石山生态恢复国内外研究进展

1.3 研究内容和技术路线

第二章 煤矸石山人工植被的TWINSPAN分类与DCA排序

2.1 引言

2.2 研究区概况

2.3 研究方法

2.4 结果与分析

2.5 小结

第三章 煤矸石山人工植物优势种种间联结分析

3.1 引言

3.2 研究方法

3.3 结果与分析

3.4 小结

第四章 煤矸石山人工植物群落土壤理化特征分析

4.1 引言

4.2 研究方法

4.3 结果与分析

4.4 小结

第五章 煤矸石山人工植物群落土壤酶活性特征分析

5.1 引言

5.2 研究方法

5.3 结果与分析

5.4 小结

第六章 煤矸石山人工植物群落生态效应评价

6.1 引言

6.2 研究方法

6.3 结果与分析

6.4 小结

第七章 结论与讨论

7.1 讨论

7.2 结论

7.3 煤矸石山生态恢复策略

7.4 展望

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

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