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阜新矿区煤矸石山生境演变特征及其评价研究

许丽  
【摘要】: 本文以阜新矿区自然植被恢复条件下的煤矸石山为研究对象,通过野外调查、实地观测和室内分析测定,从土壤理化性状、水文特性、小气候特征、生物多样性等方面,对不同坡向、不同排矸年限矸石山生境的演变特征进行了较为系统的研究,并运用主成分分析(PCA)法首次对煤矸石山生境质量进行了综合评价,旨在为煤矸石山整治利用及生态恢复提供科学依据,指导矸石山复垦实践。主要研究结果如下: (1)土壤物理性质演变。煤矸石山土壤剖面具有明显的三个发生层次:即风化表层、弱风化亚表层和未风化矸石层,层次间过渡明显。排矸年限越长,风化层厚度越大。矸石风化物随排矸年限的增加呈逐渐细化的过程。其土壤饱和含水量、毛管持水量、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度随排矸年限的增加呈同步增长的态势,非毛管孔隙度则相反,表明土壤结构趋于改善。由于阴、阳坡水分条件的差异,并由此造成了矸石风化成土进程的差异,使得阳坡的水分和孔隙度参数明显低于阴坡。土壤容重随着排矸年限的增加而减小,排矸同期的阳坡由于风化滞后,其土壤容重大于阴坡。土壤入渗率随入渗时间的变化符合i = at-b的乘幂形式,而土壤累计入渗量随入渗时间的变化符合I = a + bt + ct2的多项式。土壤初渗率和稳渗率随排矸年限增加而减小,并且与非毛管孔隙度相关显著,表明随矸石风化程度提高,非毛管孔隙度减小,其保水保肥性能提高。 (2)土壤化学性质演变。矸石山土壤有机质含量、水解N、速效P、速效K和电导率均随排矸年限的增加而递增。矸石山有机质含量普遍较高,而且由于阴坡植被较好,其含量高于排矸同期的阳坡。水解N、速效P和速效K的变化与有机质存在显著的线性相关关系,表明其含量与有机质积累关系密切。总体而言,速效N和速效P含量较低,速效K含量丰富,在矸石山整治利用时需增施N、P肥。土壤pH值随排矸年限的变化表现为先下降后小幅回升的趋势,渐趋中性,更有利于植物生长。 (3)小气候变化。由于坡向的作用,矸石山阳坡的气温日较差、月平均气温和地温均高于阴坡和农田,同一坡向排矸年限较短样地高于排矸年限较长的样地。而相对湿度的变化与气温的变化相反。生长季中当地盛行西南风和南风,使迎风面的阳坡风速大于阴坡,加剧了土壤蒸发,更加剧了阳坡空气干旱与土壤干旱局面的发展。 (4)生物多样性变化。本文的试验地孙家湾矸石山上存在着不同时间序列的植


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