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生物土壤结皮对草原露天矿排土场生态恢复的影响

孙鹏旸  
【摘要】:干旱半干旱草原区一直以来就是生态环境脆弱地区,随着露天煤矿开采,,典型草原区伊敏露天矿排土场上出现了与原地貌截然不同的生境——生长着大片的生物土壤结皮(BSCs),BSCs的生态功能对于解决草原区露天矿复垦表土不足、水资源短缺、适宜物种少这三大问题有重要的意义。本文通过生物土壤结皮调查、植被多样性调查以及土壤样品采集和降水模拟实验,分析了 BSCs对复垦土壤初期发育、降水再分配影响和与植被群落演替的关系,主要研究结果如下:1.排土场BSCs对复垦土壤初期发育影响明显。(1)对土壤质地和土壤容重的影响主要集中于0~5cm表土层。2mm~0.05mm范围内的颗粒是排土场BSCs形成和发育的物质基础,随着BSCs的拓殖和发育,粗砂粒含量减少、细砂粒和粗粉粒的含量在增高;藻结皮比苔藓结皮对土壤容重影响更为明显。(2)除了pH值,其他土壤发育化学指标受结皮影响且差异显著。有机质、水解性氮、速效磷、速效钾受结皮影响积累程度都可以达到土层20cm,全氮积累程度达到土层10cm;藻结皮对速效磷的积累能力高于苔藓结皮和地衣结皮。2.BSCs对表工具有显著的持水能力。(1)低降雨量(5mm)时,不同类型结皮的短期表土持水能力显著,但是较长时间内的持水能力存在差异,苔藓结皮持水能力大于其他两种结皮。(2)高降雨量(10mm)时,苔藓结皮短期和长期都有明显的持水能力。BSCs对降水拦截作用与其对土壤质地的影响共同改变了土壤水分的入渗。排土场复垦土壤表土持水能力和入渗、再分配过程的变化,形成了全新的土壤一植被系统水环境。3.随着BSCs盖度的增加,排土场植被功能群落重要值、物种多样性指数都呈现出不同的变化规律。(1) 一、二年生草本(AB)重要值逐渐减少,呈现负相关;多年生草本(PH)重要值和典型草原优势种(DS)先升后降;灌木、半灌木(SH)重要值呈现先降低后升高的变化趋势,存在明显的典型草原灌丛化。(2) Shannon-Wiener 多样性指数(H')、Simpson 多样性指数(D)、Patrick丰富度指数(Pa)、Pielou均匀度指数(Jp)呈现先上升后下降趋势,Patrick指数变化起伏更大,受结皮盖度影响更为明显,在人工扰动的露天矿排土场,BSCs成为植被演替的重要驱动因素之一。


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