收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

湘潭锰矿区废弃地土地质量评价与生态恢复效应研究

李雄华  
【摘要】:在当前人类有组织的所有活动中,矿物开采对自然生态系统的影响最为深远。采矿后形成的矿区废弃地,生态系统结构解体,功能严重退化,生态风险与环境威胁突出,需要进行土地复垦和生态系统修复。目前,发达国家矿区生态恢复和土地复垦率平均达到了55%~65%,美、英、澳等矿产大国更达85%。据国土资源部统计,我国矿区土地复垦率已从1988年的2%上升到了2012年的15%左右。但是,矿区复垦速度仍远落后于损毁速度,矿业废弃地以每年3.3万~4.7万hm2的速度递增。我国现有1500个各类矿区占用和损坏的土地估计达200万hm2。 加强矿区土地复垦和生态恢复研究与技术推广应用,是生态学研究人员面向社会生产实际的重点工作。本研究以已有近100年开采历史、形成时间已达40余年的湘潭锰矿区废弃地为对象,以森林生态学、景观生态学和恢复生态学为理论依据,通过对矿区废弃地的土壤理化性质、现有定居植物生态特性等进行分析,盆栽试验筛选出能够适应矿区废弃地恶劣条件的地带性乡土树种,在矿区废弃地进行示范造林,通过分析示范基地的林分特征、水土特性和矿物元素生物循环状况,确定了矿区生态恢复的基本技术措施。研究结果表明: (1)湘潭锰矿区废弃地土壤质地以石质粗砂土或砂粉土为主,物理性砂粒(1~0.01mm)在85%以上,物理性粘粒(0.01mm)在15%以下,土壤调节水、肥、气、热的能力差,可耕性差。限制矿区废弃地土壤肥力的主要因子有:砾石含量、水分状况、有机质含量以及全N含量、全P含量。矿区地下水除pH值和溶解氧低于对照外,主要重金属污染元素和NH4+、NO3-、PO4-3、SiO3-2等离子的含量都超过了对照,有机污染和重金属污染严重。土壤中Mn、Zn、Cu、Fe、Pb、 Ni、Cd和Co的平均含量高,分别是湖南省土壤背景值的179、7、3、6、2、3、3、71倍,以对照区、湖南省土壤背景值、全国土壤重金属元素平均值为标准,矿区废弃地的土壤综合污染指数分别为13.82、75.72和98.05,为重污染等级。矿区废弃地中Cd、Mn潜在生态危害指数分别为2419.75、373.83,矿区重金属综合潜在生态危害指数高达2949.16,都于极强生态风险等级。说明矿区废弃地土壤质量严重下降,重金属Mn、Cd污染严重,是植被恢复的主要限制因子。 (2)矿区废弃地经过40余年的自然演替,共有28科53种定居植物,其中草本植物36种,乔木和灌木17种。矿区整个生态系统现正处于向亚热带常绿阔叶林演替的草灌丛初阶段。经盆栽实验,筛选出栾树和杜英两个乡土树种在重金属元素含量高、未改良或仅简单改良的矿区废弃地基质土壤中正常生长,成活率高、长势旺盛,可作为矿区废弃地生态恢复的首选植物。 (3)在矿区基质土壤不同处理中(①W1:25%矿区废弃地土壤+75%自然土;②W2:50%矿区废弃地土壤+50%自然土;③W3:75%矿区废弃地土壤+25%自然土;④W4:100%矿区废弃地土壤;⑤对照(CK)为100%自然土),栾树和杜英都生长较好。从夏秋两季各处理中树种的平均地径生长量来说,栾树平均地径增长量大小顺序是W3W4CKW2W1,可见重金属浓度低时对栾树生长有一定的抑制作用,当浓度增高时则抑制作用可能减弱;杜英平均地径的增长量大小顺序则是CKW2W1W3W4,可见不同重金属土壤掺和浓度下对杜英生长都有一定的抑制作用,并且随着浓度的增加抑制作用越明显。 (4)矿区废弃地生态恢复树种的净光合速率随着土壤对比试验方案(W4、 W3、W2、W1)的不同,表现出不同的差异性。对于栾树而言,各处理的夏季净光合速率(Pn)平均值随矿区废弃地重金属污染土壤掺合量的增加而增加,W3最大,W1最小;秋季各处理的净光合速率(Pn)变化趋势有所改变,随着污染土壤掺和量的增加,只平均值呈先增加再减少再增加趋势,W2最大,W3最小;夏秋两季的只均高于对照。对杜英而言,在夏季,随着矿区废弃地重金属污染土壤掺合量的增加,各处理净光合速率(Pn)平均值先增加后降低,W2最大,W4最小;在秋季,各处理的Pn平均值为W1最大,W4最小;在两个生长季,所有处理的只都低于对照(CK)。试验结果还表明矿区废弃地的重金属元素对栾树的光合作用有一定的促进作用,对杜英的光合作用则有一定的抑制作用。 (5)栾树净光合速率(只)与Mg、Fe、Mn、Zn等重金属元素都呈正相关关系,与叶片N、P、K(全量)、叶绿素含量则呈负相关关系,其中N、Mn、Zn元素含量及叶绿素含量和净光合速率(Pn)的相关性达到了显著水平。杜英的净光合速率(Pn)与P、K、Zn含量都呈正相关关系,与N、Mg、Fe、Mn、叶绿素含量则呈现负相关关系,净光合速率与所有矿质元素的相关关系都没达显著水平。 (6)在矿区废弃地选取0.67hm2的示范基地,按2行栾树、1行杜英进行生态恢复营林试验,共种植栾树1440株,杜英720株。在矿区废弃地极端的生境条件下,栾树、杜英混交林幼龄阶段一年内生物量可增加1192.48kg/hm2,表现出适应性强,生产潜力大的特征,可作为矿区废弃地生态修复的适宜方案。并且,重金属元素主要积累在树枝、树叶和根部(仅树叶积累量就占70.7%),生物量大、主要被利用的树干积累重金属元素最少(仅占4.45%),可以避免重金属元素因木材利用而再次大量地向环境中扩散,有利于生态恢复区域的林业生产。 (7)对林分生长的环境状况、林分的矿质元素含量分布及生物循环特征进行分析,结果表明,林分自身对元素的利用率高,归还量多,周转期短,有利于林地生产力维持。植被恢复5年后,矿区废弃地土壤有机质和营养元素含量增加,含水量增加,土壤碱性减弱。示范基地中杜英根际土、栾树根际土、林内非根际土的有机质含量分别为106.793g/kg、45.50g/kg、37.875g/kg,都要高于林外对照土壤的18.86g/kg,主要重污染元素Mn、Ni、Cd、Zn等的下降幅度达到70%以上,Cu的下降幅度也有40%,说明生态恢复对土壤的化学性质及重金属元素有着明显的改善作用。经过植物修复后的矿区废弃地,土壤营养条件和生态环境得到了改善,基本实现了对矿区废弃地进行生态恢复的研究与示范目的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李玉臣,吉日格拉;矿区废弃地的生态恢复研究[J];生态学报;1995年03期
2 刘国华,舒洪岚,张金池,张秀春;南京幕府山矿区废弃地植被恢复模式研究[J];水土保持研究;2005年01期
3 薛爱爱;张磊;;矿区废弃地生态恢复探讨[J];山西林业科技;2011年02期
4 王洁,周跃;矿区废弃地的恢复生态学研究[J];安全与环境工程;2005年01期
5 师雄;许永丽;李富平;;矿区废弃地对环境的破坏及其生态恢复[J];矿业快报;2007年06期
6 王存存;陈东田;王永佼;;矿区废弃地生态恢复和可持续发展研究[J];中国农学通报;2007年07期
7 王仰麟,韩荡;矿区废弃地复垦的景观生态规划与设计[J];生态学报;1998年05期
8 冯小军;陈宇;魏颖;;我国矿区废弃区土地复垦技术研究[J];煤;2009年10期
9 李海英;顾尚义;吴志强;;矿山废弃土地复垦技术研究进展[J];矿业工程;2007年02期
10 宋海涛;王海波;刁云飞;郑红;;黑龙江省乌拉嘎金矿废弃地植被恢复情况研究[J];森林工程;2011年05期
11 赵景逵;白中科;佟则昂;;当前我国矿区土地复垦的症结及解决的思路[J];能源环境保护;1996年06期
12 李海英;顾尚义;吴志强;;矿山废弃土地复垦技术研究进展[J];贵州地质;2006年04期
13 李娟,赵竟英,陈伟强;矿区废弃地复垦与生态环境重建[J];国土与自然资源研究;2004年01期
14 陈青安;;矿山废弃地复垦技术综述[J];黑龙江科技信息;2008年34期
15 陈波,包志毅;生态恢复中景观异质性指标的运用——以矿区废弃地为例[J];地域研究与开发;2005年04期
16 王滢;赵艳红;翟兰英;;矿区景观生态规划浅析——以河北省武安市为例[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2005年05期
17 崔丽丽;杨波;李志辉;;宝山矿区废弃地植物配置技术初探[J];湖南林业科技;2006年03期
18 段海侠;鲁中良;;沙棘在阜新矿区废弃地治理与复垦中的作用[J];露天采矿技术;2007年S1期
19 段海侠;鲁中良;何莉莉;;沙棘在阜新矿区废弃地治理与复垦中的应用[J];辽宁林业科技;2007年06期
20 张志勇;唐云安;方向京;和丽萍;;矿区废弃地土壤与杜仲重金属污染状况相关性研究[J];安徽农业科学;2010年15期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李静;段海侠;;阜新矿区废弃地植被恢复研究[A];全国矿区环境综合治理与灾害防治技术研讨会论文集[C];2011年
2 段海侠;杨阳;;阜新矿区废弃地水土流失的成因及防治对策[A];全国矿区环境综合治理与灾害防治技术研讨会论文集[C];2011年
3 雷冬梅;徐晓勇;胡斌;张星梓;;矿区废弃地生态环境及复合生态系统特征分析[A];中国山区土地资源开发利用与人地协调发展研究[C];2010年
4 卢慧;张婷婷;;矿区废弃地生态恢复理论研究[A];全国矿区环境综合治理与灾害防治技术研讨会论文集[C];2011年
5 汪伟刚;钟超奇;谢百灵;左雪峰;;韶赣高速公路路堑边坡生态恢复设计简析[A];全国公路生态绿化理论与技术研讨会论文集[C];2009年
6 杨玉盛;谢锦升;陈光水;郭剑芬;;红壤侵蚀退化地生态恢复后C吸存量的变化[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(下册)[C];2002年
7 赵晓英;陈怀顺;王学定;;西北地区的生态退化与生态恢复[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
8 谢继石;;退耕还林还草,发展草地畜牧业确保生态恢复与经济增长[A];全国半农半牧区草地农业可持续发展研讨会文集[C];2000年
9 吴欢;周兴;;矿山废弃地生态恢复研究进展[A];生态安全与可持续发展——广西生态学学会2003年学术年会论文集[C];2003年
10 程根伟;;明确生态功能定位,促进生态工程实施[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李雄华;湘潭锰矿区废弃地土地质量评价与生态恢复效应研究[D];中南林业科技大学;2013年
2 张涪平;藏中拉屋铜矿区生态恢复研究[D];华中农业大学;2012年
3 石平;辽宁省典型有色金属矿区土壤重金属污染评价及植物修复研究[D];东北大学;2010年
4 邱汉周;淮南潘集煤矿区植被恢复模式及其土壤修复效应研究[D];中南林业科技大学;2012年
5 刘章勇;江汉平原涝渍地生态恢复与开发利用技术研究[D];中国农业大学;2004年
6 李武斌;九寨沟马脑壳金矿露天矿山生态恢复研究[D];西南大学;2011年
7 李素清;黄土高原生态恢复与区域可持续发展研究[D];山西大学;2004年
8 胥晓刚;高速公路路域生态恢复研究[D];四川农业大学;2004年
9 李云玲;基于水资源合理配置的黑河下游生态恢复研究[D];河海大学;2005年
10 杨鹏年;塔里木河下游间歇输水条件下地下水恢复与植被响应研究[D];新疆农业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴志强;城市污泥用于土法炼锌矿区污染修复的试验研究[D];贵州大学;2007年
2 张晓薇;半干旱地区矿区废弃地土壤与植被演化规律研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
3 李晓丹;阜新露天矿排土场土壤特征分析及演化规律研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
4 武丽花;植被修复对湘潭锰矿矿区废弃地土壤环境效应的影响[D];中南林业科技大学;2008年
5 周仁飞;锰矿区废弃地重金属污染土壤下栾树和杜英的光合生理响应研究[D];中南林业科技大学;2010年
6 张莉;长江流域上中游典型区水土保持生态恢复分区及恢复效果研究[D];西南农业大学;2005年
7 赵广伟;内蒙古草原生态恢复的可行性研究[D];内蒙古师范大学;2009年
8 吴琳琳;义马市矿山废弃地生态恢复探究[D];河南农业大学;2009年
9 薛生国;湘潭锰矿矿业废弃地生态恢复技术试验研究[D];中南林学院;2002年
10 谢锦升;生态恢复过程中碳贮存、能量及养分循环的变化[D];福建农林大学;2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王兴荣 王强;建设生态恢复与防火工作连续机制[N];鄂尔多斯日报;2005年
2 国言;生态建设与以人为本不矛盾[N];中国经济导报;2006年
3 建峰;“十一五”煤矿矿区环境建设重点确定[N];中国国土资源报;2007年
4 本报记者  霍峰;浮山生态恢复开始“攻坚”[N];青岛日报;2006年
5 记者 崔霞;深圳制定水战略[N];深圳商报;2007年
6 记者 张雷 特约记者 柯水生;认真学习贯彻温总理的重要指示精神 打好林业生态恢复保护和建设这一硬仗[N];九江日报;2008年
7 苏强;阿什河流域生态堪忧[N];黑龙江日报;2008年
8 靳晓磊;提高标准 做好生态恢复这篇大文章[N];石家庄日报;2008年
9 记者 郝静;矿山开采与生态恢复并进[N];阿勒泰日报;2008年
10 王克鹏都玉秦 赵迎春;还商家一个美丽新冲山[N];淄博日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978