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露天煤矿排土场植被重建下土壤碳储量的变化特征及其影响因素

李俊超  
【摘要】:[目的与意义] 植被重建是治理露天煤矿排土场的有效措施。研究植被重建模式对排土场土壤有机碳(SOC)储量的影响是筛选植被治理措施的重要因子之一。本研究针对晋陕蒙露天煤矿排土场扰动土体,探讨不同植被重建模式下SOC的变化特征及其影响因素,评价植被重建模式对SOC、全氮(TN)的贡献,以期为矿区土地复垦与植被重建提供理论与技术支撑,对评价区域碳储量和固碳潜力具有重要意义。 [试验方案] 本研究以黄土丘陵区北部的内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场平台和边坡为主要研究对象,在治理排土场上不同的植被重建模式中,共采集土壤样品1276个、土壤容重样品582个、地表凋落物样品102个、根系样品392个,通过实验室样品分析,并运用方差分析、回归分析等经典统计学方法,研究自然恢复地、草地、灌木林地和乔木林地4种植被重建模式下SOC、TN含量、密度及储量空间变化特征及其影响因素。 [主要结果] (一)不同的植被重建模式显著影响排土场平台土壤剖面SOC、TN含量与分布(p0.05)。在平台上,不同植被模式中SOC、TN含量呈草地灌木乔木自然恢复地的趋势。对比不同植被模式中的最优植被配置类型,苜蓿地表层SOC含量(5.71g·kg-1)和TN含量(0.49g·kg-1)均最高,比自然恢复地分别高166.7%和171.3%,且是其他3种植被类型的两倍左右。同一植被重建模式土壤剖面SOC密度和储量表现为原地貌区治理排土场新建排土场。经15年植被重建后,草地、灌木地、乔木地SOC储量分别增加了15.47、6.93、6.95t·hm-2,但仅相当于原地貌的2/3、1/2和1/2。从土壤熟化和土壤固碳角度,建议排土场平台植被重建模式以草地为主,植被类型优先考虑苜蓿等牧草。 (二)边坡植被重建模式中SOC、TN含量以草地最高(SOC、TN分别是4.09、0.32g·kg-1),灌木和乔木林地次之,自然恢复地最小。植被重建15年后,草地和林地SOC储量仅相当于原地貌的59%和53%,而相对于新建排土场分别增加了11.85、5.38t·hm-2。草地和林地的固碳速率分别为79.01、35.87g C·m-2a-1。排土场植被重建具有巨大的固碳能力并能显著提高土壤碳储量。从土壤养分质量和边坡水土流失治理的角度,建议排土场植被重建模式以草地优先,其次考虑灌木。 (三)在黄土丘陵区的煤矿分布区,自北向南选取自然土体条件下的三个代表小流域进行对比研究。流域间,从北向南,坡耕地、林地SOC密度呈依次增加的趋势;草地SOC密度表现为先略有下降后又升高的趋势。退耕还林后SOC密度的增幅从北向南呈逐渐增加的趋势,从18.8%变化到72.7%,提高近4倍;退耕还草后SOC密度的增幅则相反,自北向南从32.1%降低到20.1%。 (四)在类似的地形地貌和植被模式下,治理小流域土壤碳(氮)储量显著大于治理排土场,且草地模式显著大于林地模式(p0.05)。若要达到治理小流域碳储量,1hm2排土场边坡林地和草地1m土深SOC分别需要增加13.64t和11.15t。 (五)不同植被模式下,地表凋落物、细根的生物量和含碳量显著影响SOC密度和储量的空间分布(p0.05)。其中凋落物、细根生物量与SOC储量的关系符合对数方程:y=alnx+y0(R2=0.4294~0.8332,p0.05);凋落物、细根含碳量与SOC储量的关系符合线性方程:y=ax+y0(R2=0.4163~0.7228,p0.05)。


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