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《华中农业大学》 2012年
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藏中拉屋铜矿区生态恢复研究

张涪平  
【摘要】:矿山作为能源与原料基地,对于能源生产起着关键性的作用。但在实际生产过程中,由于矿产资源的分布具有较强的地域性,而且很多矿产资源埋藏于较深的地底,对其进行开采必然会造成生态环境的破坏或土地占用,加之开采过程中会排放各种带有毒性的矿物废弃物,会逐步形成废弃地,成为持续污染源。而作为人类赖以生存的基础,土地是必不可少的自然资源之一,大量的废弃地污染不仅对土地资源造成严重破坏,而且极大的影响了矿山的地质环境,最终导致资源的损毁,地质灾害频发,对人类的生产生活和自然环境造成不可弥补的损失。 在本文笔者以恢复生态学的相关理论作为研究思想,以自然恢复为主,以人工恢复为原则,对我国西藏中部地区的拉屋铜矿区的土壤状况、生物量、生物多样性、物种情况以及矿区生产力等方面进行了深入探讨,经过综合研究,得出如下结论: (1)拉屋矿区废弃地的基质主要以砾石和块石为主,占79.8~91.8%;砂粒以下细粒含量很少,占8.2~20.2%,因此,矿区废弃地通气透水,不易保水,土温变化大,吸附有效养分能力差,保肥力差,是造成植物定居困难的重要因素之一。在矿山生态恢复过程中,应十分注重对土壤物理性质的改良。 (2)矿山不同土壤类型基质养分特征分析表明,矿区样地基质pH值变化范围在6.03~7.33,有机质含量在1.2-4.1%,土壤全N在0.04-6.81g/kg,全P含量在0.65~6.81g/kg;重金属Cu的含量为原土壤的3.45-38.00倍,Zn的含量为原土地的12.05-24.49倍,Pb和Cd分别为2.57-19.46与2.45-45.86倍;有效含量分别是5.66-36.73、18.46-30.05、13.48-44.98和2.06-12.24倍,与全国土壤重金属元素平均值相比较都明显偏高。说明矿山在开采破坏之后,因雨水冲刷,矿质营养低。尽管矿区土壤速效K含量丰富,但有机质和速效P、N严重缺乏。总体矿山废弃地肥力水平差,保肥、保水能力低且受Cd、Cu、Zn重度复合污染。因此,对植被的生长极为不利。在对土地利用进行修复的过程中,应该对有机质和其他养分的修复进行充分考虑,以改善土壤结构,从根本上提高土壤的自我协调能力。 (3)在拉屋矿区范围内的土壤均受到Zn、Cu、Cd、Pb等重金属不同程度的污染,从中心范围200米以外逐渐减弱;相对于对照土壤而言,原土壤的微生物量、酶活性等指标都受到很大的抑制,土壤的qC02和基础呼吸受到很大刺激,通过多元回归分析得出,在各种重金属的复合污染之下,突然的微生物活性受到极大的影响。通过这种微生物活性的指标分析能够有效的揭示出矿区土壤的重金属符合污染实际情况,可以将其作为对拉屋矿区土壤质量评价和分类的重要依据。通过主成分分析与线性相关分析表明,重金属含量与微生物群落数量与活性呈显著线性相关,其中重金属参数的主成分(H-PC)与土壤微生物参数第一主成分(M-PC1)具有最强的相关性,表明了土壤微生物参数第一主成分(M-PC1)能有效的反映藏中矿区重金属污染的情况。 (4)土壤重金属含量与细菌、放线菌数量呈一定负相关关系,说明矿区重金属污染明显降低了土壤微生物区系大小。研究还表明细菌、放线菌及真菌数量的变异系数(CV%)分别为1.56、1.97、0.29,说明三大微生物对重金属胁迫的敏感性不一样,即放线菌细菌真菌。矿区不同污染程度土壤的细菌、放线菌有明显差异,土壤重金属污染降低了土壤微生物细菌、放线菌、氨化细菌、硝化细菌与纤维分解菌的数量和微生物量C含量,提高了基础呼吸与qC02。 (5)拉屋矿区的原生态草地植物的多样性和丰富度指数会在一定范围之内随海拔变化而变化,当海拔4660m时达最高,后逐渐降低。7、8月份丰富度、多样性指数高,6月、9月丰富度及多样性指数低。表现出在不同的海拔范围内,处于同一生长期的原生态草地植物物种分布和组成存在一定差异,即使在同一海拔高度,物种由于季节的不同也会表现出不同的生长变化。此外,通过研究得知,在植被的不同物种中对于资源的竞争主要为水和光热资源,次之是土壤养分、颗粒和地貌等。水分和温度是影响植物生态位变化的主要因素。在不同的群落中,物种之间的竞争关系也存在着较大差异,即使是同一种植物,有时也会形成不同的竞争关系。这种差异性主要是由较为稳定的地貌、土壤条件、气温、生态位以及逐年变动的降水情况共同造成的。所以,在选择矿山生态恢复物种的过程中,应该按照原生态草地草本植物的季节分布特征、种群生态位特征以及海拔分布特征,对物种组合进行不同的选择,从而实现多样化的矿山生态恢复,促进矿山植被的蓄水功能、保土功能及保持养分的功能,以此构建一个具有多样化稳定而高效的群落,从而促进生态系统恢复的良性化和稳定性。 (6)土壤有机质的含量对植物生产力影响十分显著。试验研究发现,通过有机土的混合能够极大的提升垂穗披碱草种子的发芽速度,提高发芽几率,当表层土壤有机土含量达到一半时,其发芽率已趋近最高;在高原环境条件下,垂穗披碱草生物量的形成与气温、降水季节的变化有着明显的关系和地域特色。其产量高峰期一般是出现在8月上旬。在此之前的增长模式符合于Logistic生长方程。因此,在矿山实际恢复过程中,除增施有机肥外,充分利用矿山水热关系,提高优势物种生产力,促进优势物种对矿山生态恢复的作用。 (7)通过对试验结果的分析可以得出:对高原矿山采取生态恢复策略,应该充分结合生物和工程措施进行,在选择生物恢复物种措施时,应该充分重视物种的季节特征、生态位分布特征以及矿区的自然条件,选择生长速度较快、根系较为发达、耐旱、耐高温的优势物种作为矿山生态恢复的首选。并采取施肥、客土等一系列辅助手段,加快矿山生态恢复的速度。 (8)通过对矿山气象因子、不同样段土壤(基质)理化性质、成熟种植技术、矿山种植技术实验、植物生长限制因子等方面的分析和研究。得出道路建设破坏面技术恢复、矿渣堆积滑坡体恢复、道路建设形成的滑坡体恢复和尾矿库恢复等4项种植技术模式以及披碱草、老芒麦,辅助植物介菜型油菜混播(50:35:15),创建适宜植物定植的水、温等表面微环境;先锋植物在分蘖形成、分蘖完成时叶面施肥(水、N),积累先锋植物碳水化合物和糖分,增强先锋植物安全越冬能力;95:5种子与保水剂颗粒混合播种,覆地膜,再覆遮阴网,保湿、增温,促进先锋植物种子发芽、幼苗快速生长,建立定植群落等关键技术和相似生态环境矿山的生态恢复技术体系。 总体来看,矿山生态恢复并不只是追求快速恢复矿山生态环境,而是应该从整体出发,以矿山生态系统的稳定、生物多样化以及矿山生态恢复的各种效益为目标,对矿山整体生态系统进行综合考虑的建设工程。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X171

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