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黄土高原露天煤矿生态修复效果研究

傅尧  
【摘要】: 我国是世界上消费和生产煤炭最大的国家。然而煤矿不仅带来巨大经济利益,也带给矿区周围区域严重的社会、环境问题。煤矿的发展和建设,露天煤矿开采对矿区生态环境和土地资源的破坏日趋严重,这也成为了矿区生态环境亟待解决的重大问题。本研究的对象为黄土高原黑岱沟露天煤矿复垦地,经过1991-2006年期间16年的土地生态修复过程后,通过野外植被调查和室内分析相结合的手段,研究了复垦后其生态修复的效果。本研究着重探讨黑岱沟露天矿区复垦后生态系统的生境演化规律,并分别对各样地植物群落组成和土壤理化性质进行研究、调查和分析,从而揭示修复地“植物群落—土壤环境”的关系,并深入探讨了黑岱沟修复区的生态修复效果。 本研究于2006年对黑岱沟露天煤矿的排土场外来定植植物进行了植被种类调查。通过调查发现在近16年间中,有分属24个科的100余种野生植物定植到研究区。群落植被类型也随时间有着明显变化,在生态恢复初期,一年生植物占优势,随着时间的延长,多年生植物逐渐增多,在组成上约占总种数的近一半。没有人为干扰的矿区植被的自然恢复过程时间十分漫长。人工建植的植物群落物种丰富度、多样性指数均低于天然植物群落,但均匀性指数要高于天然植物群落。本研究发现矿区采用乔、灌、草混合搭配的人工种植恢复模式,能够增强群落的稳定性,缩短群落演替的时间,推动人工加入的简单植物群落向复杂群落转化。 对研究区经过16年复垦土壤为研究对象,研究在复垦地上不同恢复植被类型对土壤物理化学性质的影响,并分析复垦土地上影响土壤形成的引发因子。结果表明通过采用不同植被进行复垦对土壤的理化性质有明显的影响,尤其是对土壤上层(0-20cm)。植被类型的空间上的复杂性是土壤形成过程理化性质差异的主要来源,本研究中发现由油松(Pinus tabulaeformis)、柳树(Salix matsudana)和沙棘(Hippophae rhamnoides)构成的复合植被群落复垦的土壤中有机质和有机碳的量均为最大,分别为9.23 g kg-1和5.73 g kg-1。此外,由于草本植物和灌木能够产生大量的凋落物并且根系能产生大量的分泌物,采用羊草(Leymus chinensis)和锦鸡儿(Caragana sinica )复垦的土地中有机质及有机碳也明显高于其他复垦地(p0.05)。因此在煤矿复垦过程中,采用由灌木及草本植物组成的复合植物群落进行恢复表现出对有机质和有机碳固定的潜在能力。并且,采用灌木及草本植物进行修复对土壤上层(0-20cm)的有机质和有机碳固定有较强的能力。 通过采用地理信息系统为研究技术手段,对黑岱沟矿区生态复垦前后进行了景观特征及类型变化研究。露天煤矿景观生态斑块总数达323个,在矿区开建期间自然景观基本消失,生态系统处于不稳定状态。经过16年的生态恢复,工矿用地面积增加到23.37 %,林地及人工草地面积增加到67.90%,相对总体景观(52.22 km2)占有较大的比例。从景观面积变化可以看出,自复垦后人工景观如恢复林地、恢复草地及工矿建设面积大幅提高,而原地貌天然的低湿地、草地和裸地荒地面积不断降低,可以看出大部分斑块类型的转换是人为活动的结果。通过生态恢复的合理规划,复耕后矿区建筑和草地斑块形状更为规则,并且连通性较强,而景观斑块的分离度指数也减小。说明林、灌、草为景观基质的人工景观已成为研究区在复垦后的主体。通过修复工程,工矿斑块大幅变化,并降低了矿区内斑块数量,同样耕地和低湿地斑块也发生较大的改变。因此可以看出采矿作业工程及废弃地生态修复是景观生态变化的关键性驱动因子 本研究通过分析黑岱沟煤矿排土场群落组成调查、土壤理化性质测定和景观格局变化,探讨了生态修复效果及其随时间的演化趋势,为干旱区露天煤矿矿区生态修复工程顺利实施提供指导建议及理论支持。


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