不同人工恢复措施下高寒矿区煤矸石山植被和土壤恢复效果研究

高寒矿区露天煤矿开采对当地生态环境造成巨大破坏,通过采取不同人工恢复措施,并对其植被和土壤的恢复效果进行评估和比较,对于指导煤矸石山生态恢复实践活动具有重要意义。通过设置人工建植、人工建植+覆土、人工建植+施肥3种恢复措施,经过5年恢复,比较不同恢复措施对植被群落组成、植物生长、土壤性质的影响。结果表明,3种恢复措施均能够形成人工草地群落,但草地群落组成差别较大,植被盖度、高度、密度及地上生物量等植物生长特征差异显著(P0.05),3种恢复措施均显著提高了土壤有机质含量(P0.05),但与原始群落相比,短期人工恢复对土壤肥力及pH值的改善作用依然有限。植物生长指标与土壤全氮、有机质特别是全磷之间相互促进。单纯的人工建植方式不利于生态修复,采取人工建植+覆土或人工建植+施肥的组合方式,是恢复高寒矿区煤矸石山生态系统的有效途径。从减少经济投入的角度出发,可考虑通过施肥替代人工覆土,实现煤矸石山人工草地生态系统的稳定发展。     

短期恢复下高寒矿区煤矸石山土壤变化特征研究

植物-土壤的相互作用是生态恢复学的主要研究方向之一,明确植被恢复对土壤性质的影响程度,对于合理设计人工恢复措施等意义重大。本研究通过在高寒矿区煤矸石山人工种植垂穗披碱草、冷地早熟禾、星星草,研究不同恢复年限下土壤氮、磷、钾、有机质、pH值、植被盖度变化特征及各指标之间的相关性。结果表明,随着恢复时间的延长,土壤全氮含量与恢复当年相比差异不显著,土壤全磷含量逐步增加,土壤全钾含量逐步下降。恢复4年与恢复当年相比,土壤全磷含量增加了17.39%(P<0.05)、土壤全钾下降了12.77%(P<0.05)。土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著下降,恢复4年与恢复当年相比分别下降了49.68%(P<0.05)、66.07%(P<0.05)、18.67%(P<0.05)。与恢复当年相比,恢复2和4年后土壤有机质含量分别提高了7.92%(P<0.05)、43.02%(P<0.05),增加趋势明显。pH值随着恢复时间的延长逐步增加,土壤由酸性逐步向中性过度。人工建植2、4年后盖度未发生明显变化。相关性分析表明,除全氮含量以外,绝大部分土壤营养元素之间相关性显著,植被盖度与土壤pH值之间呈负相关。结合当前研究结果,在高寒矿区煤矸石山人工建植过程中,需及时补充速效肥料,以满足地上植物生长需求。     

不同施肥水平下高寒矿区煤矸石山植被和土壤恢复效果研究

煤矿开采过程中堆积的煤矸石山土壤营养元素缺乏,施肥是改善土壤理化状况、促进植被重建的有效手段。以高寒矿区煤矸石山人工建植草地为研究对象,通过设置轻施肥、中施肥、重施肥、1年不施肥、多年不施肥处理,研究不同施肥水平下的草地群落结构、植物生长和土壤性质变化特征,同时分析植物和土壤因子之间的关系,探讨该地区生态系统恢复的适宜施肥水平。结果表明：不同施肥水平的样地物种组成未发生明显变化。与对照相比,重施肥引起群落多样性、均匀性指数显著下降（P<0.05）,多年不施肥引起群落丰富度、多样性指数显著下降（P<0.05）,施肥过多或多年不施肥均不利于草地群落稳定。与对照相比,轻施肥、中施肥和重施肥措施均不同程度上增加了人工草地植被盖度、密度、高度和地上部分生物量,中施肥措施增加效果相对更好。与对照相比,重施肥措施显著增加了土壤碱解氮、全磷和速效磷含量（P<0.05）,中施肥措施更有利于土壤有机质含量的积累。除土壤pH值之外,植被生长指标与土壤指标之间相互促进,特别是植被生长指标与土壤全钾和有机质含量达到极显著正相关（P<0.01）。适量施肥有利于江仓矿区煤矸石山植被生长和土壤性质的改善,而施肥量过大和不施肥均不利于人工草地生态系统的稳定发展。     

四种覆土处理对高寒煤矿区排土场渣山植被恢复的影响

通过覆土措施对高寒煤矿区排土场渣山表层进行土壤重构,加速植被生长是高寒矿区植被恢复的关键技术问题。本研究通过在青海木里煤田圣雄煤矿建立试验小区,比较覆土0 (对照)、覆土5 (FT-5)、覆土10 (FT-10)和覆土15 cm(FT-15)4种不同覆土处理对高寒矿区排土场渣山植被恢复的影响,研究高寒矿区排土场渣山表层土壤重构技术,为高寒矿区植被恢复提供科学依据。采用由垂穗披碱草、中华羊茅、青海冷地早熟禾、青海草地早熟禾、星星草5种牧草混播种植方案开展研究。结果表明,垂穗披碱草盖度在所有播种牧草中最大,是混播优势牧草,覆土处理小区垂穗披碱草高度逐年增加。4种覆土处理植被3年平均总盖度排序结果为覆土15 cm(74.6%)>覆土10 cm(70.8%)>覆土5 cm(64.3%)>对照(59.8%)。随处理时间延长,各处理间牧草植株密度差异显著性越来越大。经过3年试验,对照小区牧草产量同覆土小区存在极显著差异(P<0.01)。产量最高的是覆土10 cm小区,达到每小区(453.6±38.4) g·m^-2,是对照区域的1.94倍。通过相关性分析发现,牧草高度、密度分别与速效氮含量呈显著正相关关系(r=0.578和r=0.619,P<0.05),产量也呈极显著正相关(r=0.839,P<0.01),有机质含量同小区产量显著相关(r=0.592,P<0.05)。经推算,覆土5、10、15 cm成本分别为20000、40000 和60000元·hm^-2。覆土可以有效促进植物生长,提高植被的高度、盖度和密度,覆土10 cm是高寒煤矿区相对比较理想的覆土重构措施。     

短期恢复下高寒矿区煤矸石山土壤变化特征研究

植物-土壤的相互作用是生态恢复学的主要研究方向之一,明确植被恢复对土壤性质的影响程度,对于合理设计人工恢复措施等意义重大。本研究通过在高寒矿区煤矸石山人工种植垂穗披碱草、冷地早熟禾、星星草,研究不同恢复年限下土壤氮、磷、钾、有机质、pH值、植被盖度变化特征及各指标之间的相关性。结果表明,随着恢复时间的延长,土壤全氮含量与恢复当年相比差异不显著,土壤全磷含量逐步增加,土壤全钾含量逐步下降。恢复4年与恢复当年相比,土壤全磷含量增加了17.39%(P0.05)、土壤全钾下降了12.77%(P0.05)。土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著下降,恢复4年与恢复当年相比分别下降了49.68%(P0.05)、66.07%(P0.05)、18.67%(P0.05)。与恢复当年相比,恢复2和4年后土壤有机质含量分别提高了7.92%(P0.05)、43.02%(P0.05),增加趋势明显。pH值随着恢复时间的延长逐步增加,土壤由酸性逐步向中性过度。人工建植2、4年后盖度未发生明显变化。相关性分析表明,除全氮含量以外,绝大部分土壤营养元素之间相关性显著,植被盖度与土壤pH值之间呈负相关。结合当前研究结果,在高寒矿区煤矸石山人工建植过程中,需及时补充速效肥料,以满足地上植物生长需求。     

三种人工草地小型土壤节肢动物群落多样性动态及其差异

小型土壤节肢动物是草地生态系统的重要组成部分,不仅对物质循环具有重要的作用,还对草地土壤质量或健康状况起指示作用。为了查明青藏高原地区建植不同单播人工草地对小型土壤节肢动物群落多样性的影响,在川西北红原县境内选取建植期为3和5年的老芒麦、垂穗披碱草和苜蓿3种多年生单播人工草地作为研究样地,并以天然草地为对照样地。2018年7和10月,采集各样地0~15 cm的土样并利用Tullgren法分离小型土壤节肢动物。结果表明:1)小型土壤节肢动物群落结构在不同牧草样地间存在差异,影响群落结构的主要是盖头甲螨属、板蒲螨属和长角毛蚊科等;在建植期为3年时,各样地间的小型土壤节肢动物群落密度、类群数和Shannon多样性指数无显著差异(P>0.05);建植期为5年时,小型土壤节肢动物群落密度、类群数和Shannon多样性指数在天然草地和苜蓿样地中无显著差异(P>0.05),但两者显著高于老芒麦和垂穗披碱草样地(P<0.05);此外,小型土壤节肢动物群落的季节动态在不同样地间也存在差异;2)随着建植年限的增加,小型土壤节肢动物群落的密度、类群数和Shannon多样性指数在老芒麦和垂穗披碱草样地显著降低(P<0.05),在苜蓿样地呈缓慢增加趋势(P>0.05),但均低于天然草地;3)影响小型土壤节肢动物群落组成结构的主要环境因子是土壤速效磷含量以及C/N和N/P;此外,小型土壤节肢动物群落密度与土壤速效钾含量呈显著正相关(P<0.05),类群数及Shannon多样性指数与植物群落盖度呈显著正相关(P<0.05)。研究结果表明,在青藏高原上建植单播人工草地对小型土壤节肢动物群落的影响因牧草种类而异并随建植年限变化。建议对高寒地区建植期达到4年的垂穗披碱草、老芒麦和苜蓿单播人工草地进行改造,以提高小型土壤节肢动物多样性,促进草地生态功能正常发挥。     

基于OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究

为探明高寒矿区施肥和覆土的生态恢复效果及土壤速效养分对生态系统健康的影响,将生态系统健康评价指数CVOR通过优化土壤基况设计为OCVOR指数,并采用VOR、CVOR和OCVOR指数对5种施肥梯度(分别为施磷酸二铵0.0125、0.0375、0.1125 kg/m²以及1年不施磷酸二铵、5年不施磷酸二铵)和3种覆土厚度(0、20～25、40～45 cm)恢复措施下的高寒矿区人工草地生态系统健康程度和恢复效果进行评价和对比分析。结果表明：3种指数对不同施肥和覆土措施的评价结果趋于一致,中施肥(磷酸二铵0.0375 kg/m²)和厚覆土(40～45 cm土壤厚度)是该地区适宜的恢复措施,整体上采用覆土措施的生态系统健康水平和恢复效果低于施肥措施。OCVOR指数评价结果表明,该地区采用中施肥、重施肥(磷酸二铵0.1125 kg/m²)措施的生态系统为不健康和一般,轻施肥(磷酸二铵0.0125 kg/m²)、1年不施肥、重覆土措施的生态系统为警戒和差,中覆土(20～25 cm土壤厚度)、未覆土和5年不施肥措施...     

草原植被恢复对矿区排土场土壤线虫群落多样性的影响

矿区排土场是草原被开垦利用的产物,植被恢复对已破坏草原生态系统具有重要意义。线虫是草原地下生态系统的主要组成部分,对土壤环境反应敏感,可作为一种良好的指示性生物。通过对人工植被恢复8年、人工植被恢复4年、无植被恢复4年的矿区排土场和自然状态下的天然草地中0~10 cm和10~20 cm土层中线虫的数量、种类和群落结构多样性开展研究,旨在揭示草原植被恢复对矿区排土场土壤线虫的影响。结果表明：试验区共分离出土壤线虫51个属,不同草原植被恢复方式影响土壤线虫种类及优势度,不同恢复方式下土壤线虫的优势属有一定差异;草原植被恢复方式影响土壤线虫数量及营养类群,不同草原植被恢复方式下土壤线虫数量及属数从大到小依次为：人工恢复8年>人工恢复4年>天然草地>无恢复4年;人工恢复4年区及8年区捕食/杂食类线虫数量高于无恢复区,整个地下土壤线虫多样性增大;无恢复4年区的H′多样性指数显著（P<0.05）低于其他3种处理,反映出草原植被恢复对土壤线虫群落成熟稳定的作用,揭示了土壤恢复状况。研究结果为矿区排土场生态恢复措施的选择和实施提供了理论依据。     

受损矿区草原群落物种多样性和地上生物量对覆土厚度的响应

为修复库尔木图矿区受损草原植被群落,对矿区受损草原实施覆土0,10,14和18 cm恢复措施,实地调查分析群落盖度、高度、地上生物量和物种多样性,以研究不同覆土厚度对矿区受损草原群落物种多样性和生物量的影响。结果表明,1)覆土厚度在14和18 cm时,矿区草地植物种类和数量频度最多,物种组成最为丰富,且随着覆土厚度的增加,草地植物群落的盖度、高度和地上生物量呈逐渐增加趋势,但覆土14和18 cm草地的植物高度、盖度和地上生物量差异不显著。2)在4种覆土厚度样地中,覆土14 cm草地的物种丰富度指数和多样性指数均最高,均匀度指数最低,具体表现为:群落均匀度指数(J_sw和Ea)排列顺序为覆土0 cm>覆土18 cm>覆土10 cm>覆土14 cm,群落丰富度指数(R和Ma) 为覆土14 cm>覆土10 cm>覆土18 cm>覆土0 cm,群落多样性指数(D和H')为覆土14 cm>覆土18 cm>覆土10 cm>覆土0 cm。3)不同覆土厚度样地群落生产力与Shannon-Wiener和Simpson多样性指数之间呈弱正相关关系。因此,综合考虑该地区恢复受损草原的经济投入和所产生的生态效益,进行草原植被生态恢复的适宜覆土厚度为14 cm。     

青藏高原退化高寒草地恢复对不同措施响应的Meta分析

为定量评估不同退化程度高寒草地的植物生产力、植物多样性与土壤质量对不同恢复措施的综合响应,本研究基于92篇文献,通过荟萃分析（Meta分析）,对2 478组恢复实验数据进行综合分析。结果表明：在未退化草地上,自然恢复显著提高植被生产力和植物多样性,且不会使土壤质量下降;在轻度退化草地上,自然和人工辅助恢复均显著提高植被生产力和土壤质量;但人工辅助恢复显著降低植物多样性,而自然恢复则相反。具体措施以中期围栏封育恢复效果最好;在中度退化草地上,人工辅助恢复比自然恢复效果好。具体措施以短期施肥以及短期和中期补播恢复效果较好;在重度退化草地上,人工建植效果最好,但人工建植恢复植物多样性以及土壤质量所需年限较长。     

沙化和人工植被重建对高寒草地土壤细菌群落特征的影响

土壤微生物群落特征指示着草地的质量和健康状况。本研究以青海省贵南县的天然草地（NG）、沙化草地（DG）、草本人工恢复草地（AG）和灌木人工恢复草地（AS）4种草地类型为研究对象,采用qPCR和Illumina MiSeq高通量扩增子测序技术研究了土壤细菌群落生物量、多样性及其结构的变化,结合植被和土壤属性剖析了高寒草地土壤细菌群落演变的关键影响因子及其贡献。结果表明：草地沙化显著（P<0.05）降低了土壤细菌群落的生物量和α多样性,人工植被重建则促进了土壤细菌群落生物量和α多样性的恢复,22年后基本达到未退化前的水平。草地沙化显著（P<0.05）增加了芽单胞菌门（Gemmatimonadota）的相对丰度,而变形菌门（Proteobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetota）的相对丰度则显著降低（P<0.05）;人工植被重建促进了优势细菌门逐渐向NG方向演变,22年后绝大部分优势细菌的相对丰度基本恢复到未退化之前的状态。然而,DG、AG和AS与NG的土壤细菌群落结构相似性不高,而AG和AS的群落结构则高度相似。土壤细菌群落结构与绝大多数植被和土壤理化指标显著 （P<0.05）正相关,植被属性对其群落结构变化的解释度（10.0%）比土壤物理属性（6.3%）和化学属性（1.9%）更高,植被与土壤所有指标共解释了72.0%的土壤细菌群落结构的变化,表明植被和土壤通过相互作用共同决定了高寒草地土壤细菌群落结构的演变。因此,加强对植被和土壤的保护,防止草地退化,并对沙化草地进行人工植被重建,对于保护和恢复青藏高原高寒草地土壤细菌群落具有重要的生态意义,而选择利用灌木或草本进行人工植被重建对表层土壤细菌群落的影响区别不大。     

不同植被重建管理方式对沙质草地土壤及植被性质的影响

以陕北横山县雷龙湾乡恢复15年的退化沙质草地为研究对象,对未封育自然恢复、封育自然恢复、未封育人工恢复和封育人工恢复4种管理方式对植被和土壤性质的影响及二者的相关性进行了研究,以期为退化沙质草地筛选科学的植被恢复模式选择提供科学依据.结果表明:与流动沙地对照组相比较,经过15年的植被恢复4种管理方式均可不同程度的改善退化草地土壤及植被性质,地表植被高度、盖度和生物量分别提高0.12~1.03 m,12.70%~53.18%和7.27~29.08 g·m^-2,土壤容重降低0.12~0.27 g·cm^-3,土壤总孔隙度提高6.80%~17.01%,有机质、阳离子交换量、全氮及速效养分含量也显著提高.封育管理方式下植被与土壤的恢复效果优于未封育方式,人工植被恢复优于自然植被恢复,采取封育与人工植被恢复相结合的管理方式,严重退化沙质草地在植被恢复过程中植被与土壤特征形成了相互作用、相互影响的协调关系.为了促进农牧交错带退化沙质草地生态恢复,研究区应该采取封育与人工恢复相结合的植被恢复管理方式.     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地土壤碳氮磷元素的影响

选取黄土丘陵区3种代表性植被恢复模式的沟谷地样地:人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林沟谷地(G-Rp),人工柠条(Caragana korshinskii)灌丛沟谷地(G-Ck)和天然草地沟谷地(G-Ng).通过分析沟谷地5个坡位样带的土壤样品,评价了不同植被恢复模式对沟谷地土壤碳氮磷元素的影响.结果表明:3种植被恢复模式对沟谷地土壤有机碳和全氮的含量及储量具有显著的改善作用,对土壤全磷含量及储量略有减少的影响,其中柠条灌丛沟谷地土壤磷相对于对照(坡耕地)减少达显著差异(P<0.05);土壤碳氮磷的含量及储量在沟谷地的空间分布存在显著差异(P<0.05),总体呈由上到下递增趋势(除G-Rp沟底);沟谷地土壤碳氮元素间呈正向和极显著的线性相关关系(P<0.0001).在黄土丘陵区沟谷地地貌单元实施植被恢复,可显著地提高沟谷地土壤的碳汇和氮素储量.     

甘南高寒草甸采矿活动及植被恢复方式对土壤有机质和酶活性的影响

研究植被恢复对矿区土壤和生态环境修复具有重要意义,但目前青藏高原基于采矿背景的生态恢复研究较少。本研究以甘南高寒草甸采金矿区为研究对象,探究采矿及植被恢复(草本植物恢复和木本植物恢复)5年后土壤有机质和酶活性的变化。结果表明:采矿活动会使土壤有机质和酶活性显著下降(P<0.05),草本植物恢复5年后有机质和脲酶活性显著提高(P<0.05),但木本植物恢复对土壤有机质和酶活性影响均不显著(P<0.05),恢复样地和未恢复样地土壤有机质含量和酶活性均呈正相关关系,恢复样地土壤有机质和酶活性在垂直分布上(0-10 cm和10-30 cm)没有显著差异(P>0.05)。该地区植被恢复前期以垂穗披碱草(Elymus nutans)为建群种的草地群落凋落物和根系分泌物输入要高于以青海云杉(Picea crassifolia)为建群种的林地群落,更能快速提高土壤质量,以木本植物恢复时应搭配凋落物输入量大且易分解的树种。     

退化高寒草甸暖季休牧恢复过程中植被和土壤特性

为探讨暖季休牧恢复过程中退化高寒草甸植被和土壤恢复特性,本研究对泽库县退化高山嵩草草甸暖季休牧样地不同恢复阶段植被和土壤特性进行调查,结果显示植被高度、地上生物量、土壤含水量、土壤有机碳含量等生态功能属性随自然恢复时间的延长不断得到改善(P<0.05),在恢复末期(9—10年)恢复最好;植被盖度、地下生物量、多样性、土...     

矿区排土场人工草地土壤水分及入渗特征效应

本研究以露天煤矿排土场新土体上建植的不同人工草地为对象,分析了不同人工草地地上生物量、土壤水分及土壤入渗性能。结果表明,不同人工草地地上生物量之间差异显著(P<0.05),灌木和草灌混播草地的地上生物量比单一草种草地高,冰草+沙蒿和沙打旺+沙蒿草地地上生物量分别比单一种植冰草和沙打旺的草地高40.84%~47.88%和27.31%~53.49%;不同人工草地土壤含水量随深度增加而增大,20~30 cm层土壤含水量花棒草地最高;不同人工草地地上生物量和土壤水分的累加值呈负相关关系;草灌混播草地的平均土壤初始入渗速率比单一草种草地高44.25%。本研究结果表明,在矿区排土场新土体改良和植被恢复建设中应以草灌混播人工草地为主,可有效提高草地生产力,改善土壤的水分状况和入渗性能,利于植被生长的可持续。