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《陕西师范大学》 2018年
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煤矿沉陷治理区土壤—植被特征及其复垦质量评价

徐崟尧  
【摘要】:煤炭开采对生态环境的影响已毋庸置疑。随着我国能源消费总量的不断攀升,煤炭资源作为主要的化石能源,其未来需求仍会持续增长,势必日渐加剧煤炭开采与生态环境之间的矛盾。在煤炭资源开发重心向西北生态脆弱区转移的背景下,作为“十三五”国家重点规划的彬长矿区,其煤炭资源将得到大力开发。彬长矿区地处黄土高原,自然环境脆弱,加之井工采煤更会加重矿区内可持续发展的负担。目前,彬长矿区内的沉陷类型、形成机理及危害已有相关论述,但复垦对沉陷区的生态恢复作用却讨论较少,维护矿区生态稳定极为迫切。文章以彬长矿区的沉陷复垦地为研究对象,通过野外调研、土壤与植被样品采集、室内实验、数据分析等过程获得了沉陷区的土壤理化性质、植被种类、群落多样性等方面的数据,对该矿区6种复垦类型(纯草地L1、灌草结合L2、乔灌结合L3、林地L4、果园L5与未复垦L6)的土壤理化性质与植被群落进行了研究,借助耦合协调度模型判定各复垦类型土壤—植被系统的耦合性与协调性,并运用灰色关联分析对各复垦类型的质量展开综合评价,为黄土高原煤炭能源基地开展复垦工作、遴选最适复垦类型提供相关建议。所得主要结论如下:(1)受采煤沉陷影响,研究区土壤容重为1.16 g/cm3,比该区原土壤容重较小,各复垦类型的土壤容重为:L6(1.28g/cm3)L5(1.21g/cm3)L1=L3(1.14 g/cm3)L4(1.12 g/cm3)L2(1.08 g/cm3)。土壤孔隙度为 56.21%,比该区原孔隙度较大,各复垦类型的孔隙度为:L2(59.32%)L4(57.80%)L1(57.03%)L3(57.02%)L5(54.39%)L6(51.67%),说明经过复垦作用,土壤容重和孔隙度均较未复垦地有所改善。土壤含水量均值为9.08%,而L6含水量最高,为11.41%;L4含水量最低,为6.01%,反映出不同植被配置对土壤水分的利用具有差异性。(2)复垦对沉陷区土壤化学性质具有明显的改良作用。各复垦类型的土壤有机质、全 N 与全 P 含量分别为 0.76 g/kg~17.11 g/kg、0.20 g/kg~0.70 g/kg 与 0.54 g/kg~1.44 g/kg。L4的有机质含量最高,为10.86 g/kg,L2的全N、全P含量最高,为0.62 g/kg、1.38 g/kg;而L6的有机质、全N与全P含量均为最低,且与其余5种类型差异显著。由于采煤沉陷的影响,土壤中深层(40~60cm)的有机质、全N含量显著降低,增强了土壤养分含量的表聚性和垂直方向的变异性。(3)采煤沉陷和复垦对土壤质地影响不大,研究区仍以粉土为主,黏粒、粉粒和砂粒含量分别占5.60%、84.94%和9.46%,且粗粉粒含量为58.43%。沉陷区的土体裂隙发育使土壤中细粒物质产生流失,因而其粒径分形维数D值(2.595)低于黄土区均值。各复垦类型的D值依次为:L4L2LIL3L5L6,且L1~L4显著高于L6,反映出复垦能够能增加土壤细粒物质含量、防止矿区土壤的沙化、粗化。(4)研究区共有物种19科50属55种。其中,优势种为菊科、豆科与禾本科,分别占总数的29.09%、16.36%、18.18%;在生活型上,草本植物处于优势,占总数的76.36%。L1~L5的丰富度、多样性、优势度与均匀度指数均要显著高于L6;各复垦类型的草本生物量为:L2(357.25 g/m2)L1(272.12 g/m2)L4(262.28 g/m2)L3(217.91 g/m2)L5(100.02 g/m2)L6(1.91 g/m2),且 L1~L5 均与L6差异显著,反映矿区复垦能够明显增加群落多样性、促进植被生物量的提高。受采煤沉陷的影响,各复垦类型的植被恢复较为缓慢,L1~L5的植被群落大体处于不相似与不稳定的状态,仅L2—L4的群落处于中等相似水平,且L4的群落稳定性在各复垦类型中最高。(5)典范对应分析(CCA)排序轴共能解释76.80%的土壤—植被物种的相互关系。其中,轴1解释了 45.60%,反映土壤容重、孔隙度、粒径分形维数的变化;轴2解释了 31.20%,反映土壤有机质和含水量的变化。通过Pearson相关性遴选出土壤含水量、容重、孔隙度、有机质、全N、全P与粒径分形维数这7个与群落多样性显著相关的土壤因子。(6)除L6的土壤—植被系统无耦合联系外,L1~L5均为高度耦合状态。研究区的土壤—植被系统协调性较差,仅L2、L4为基本协调,其Dc值为0.41与0.40;其余均为不协调状态。根据耦合协调模型划分:L2、L4属基本协调土壤—植被同步型;L1、L3、L5属中度失调土壤滞后型;L6属高度失调植被滞后型。在灰色关联分析评价中,L1~L6的综合关联序R分别为:L2(0.96)L4(0.94)L3 = L1(0.88)L5(0.81)L6(0.76),L2、L4的复垦质量最好,L6质量最差。结合耦合协调度与灰色关联评价的结果,该区域的复垦模式适宜以灌草结合(L2)或以纯乔木(L4)为主。
【学位授予单位】:陕西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TD88;Q948

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