降雨强度与微地形塑造对露天煤矿排土场边坡土壤水分的影响

土壤水分是制约黄土高原地区生态恢复与重建的关键性因子,探究土壤水分的增加和储存是排土场边坡土地复垦和生态系统重建的重要内容。通过塑造水平阶(阶宽1 m,阶长2 m,每个水平阶间距1 m)、鱼鳞坑(长60 cm,宽40 cm,深30 cm,每个鱼鳞坑横排间距1 m,行间距1 m)工程措施,并以未塑造地形作为对照组进行人工模拟降雨试验,选择山西平朔安太堡露天煤矿南排土场边坡为研究区,在模拟降雨期间对土壤剖面不同土层深度(0—10,10—20,20—40 cm)的水分进行动态监测,采用描述性统计分析和方差分析方法,讨论提供降雨强度和微地形塑造方式的土壤水分动态变化和垂直变化特征,并将降雨强度、微地形塑造方式和土层深度对土壤水分的影响大小进行多因素方差分析研究。结果表明:(1)相同微地形塑造下,降雨强度越大,导致土壤含水率的变化量越大,但变化幅度随雨强增大而逐渐减小;高强度降雨使表层土壤含水率变化明显,低强度降雨使深层土壤含水率变化明显。(2)相同降雨强度下,不同微地形塑造能够有效增加土壤水分,且水平阶对土壤水分的增加效果优于鱼鳞坑。(3)随着土层深度的增加,土壤含水率的变异系数逐渐减小,且都属于中等变异。(4)降雨强度、微地形塑造及土层深度对土壤水分的影响极显著(p＜0.01),且对土壤水分的影响大小为微地形塑造＞降雨强度＞土层深度。研究结果表明,在露天煤矿排土场进行微地形塑造有利于土壤水分的补给和存储,对排土场土地整治与生态修复具有积极意义。     

排土场典型树种穿透雨空间分布特征

穿透雨是降雨再分配的主要组成成分,影响植被生长以及土壤水分分布情况,研究矿区典型树种穿透雨特征对生态恢复具有重要意义。以平朔矿区南排土场典型树种为研究对象,利用地统计学方法与时间稳定性图对比分析了油松(Pinus tabulaeformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、白杜(Euonymus maackii)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和木半夏(Elaeagnus multiflora)的穿透雨空间分布特征。结果表明:(1)平均穿透率由大到小为木半夏、小叶锦鸡儿、油松、白杜、刺槐,穿透率变异系数由大到小依次为白杜、木半夏、小叶锦鸡儿、油松、刺槐。(2)油松、刺槐、白杜、小叶锦鸡儿与木半夏的穿透率均随降雨量的增加而增加,最后达到平稳状态,降雨量增大,穿透率变异系数先快速下降,最后达到平稳状态,并都以对数函数拟合效果最好。(3)5种树种穿透率的基台值均随着降雨量增加呈指数减小,块金系数随着降雨量的上升而增加,表明随着降雨量的上升,冠层穿透率在空间上趋于均匀化,随机因素带来的空间变异性逐渐增大。此外,5种树种在植株冠层中部和外缘部分均出现穿透率高于100%的情况。(4)灌木穿透雨分布格局的时间稳定性比乔木高,冠层接近基部和外缘出现穿透雨极端稳定性,接近植被基部多为极端干燥状态,冠层外缘多为极端湿润状态。(5)从穿透率大小及其空间变异性考虑,在排土场水土流失地区刺槐为最佳重建植被类型选择,穿透雨在植被冠幅边缘出现持续湿润状态,可种植一些灌木来截留一部分穿透雨。研究结果增进对矿区排土场生态水文过程的认识,可为矿区排土场重建植被选择提供理论基础。