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(P<0.05),3种恢复措施均显著提高了土壤有机质含量(P<0.05),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。     

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...     

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。     

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。     

高寒矿区植被恢复对渣山表层基质的响应CSCD

针对多年冻土高寒矿区煤矸石山植被恢复问题,本研究以青海木里煤田圣雄矿区2013年在渣山人工种植的3个阳坡(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)为研究对象,结合野外调查及室内分析方法,进行了植被恢复对渣山表层基质响应的研究。结果表明,样地Ⅰ的植被高度、盖度、地下生物量、幼苗高度、总盖度、苔藓盖度和生殖枝数量均与样地Ⅱ和Ⅲ之间有显著差异(P<0.05)。3个样地表层基质速效P、速效K、有机质、pH以及水分含量差异极显著(P<0.01)。坡面苔藓盖度与植被总盖度、幼苗盖度、生殖枝数量以及基质速效K极显著正相关(P<0.01)。利用随机森林方法得出,pH、速效P、幼苗高度、有机质、幼苗盖度是影响渣山坡面表层基质差异最主要的环境因子。因此,在多年冻土矿区植被恢复过程中,调节基质pH、适时补充速效养分和有机质有助于植被恢复。     

不同坡向下高寒矿区混播草地的恢复效果评估

为科学评价不同坡向及混播组合对高寒矿区人工草地健康的影响。本研究以青海省木里聚乎更矿区的人工草地为研究对象,研究了不同坡向及混播组合下的草地植被生物量、群落结构和物种多样性,并运用基况-活力-组织力-恢复力(Condition-Vitality-Organizational-Resilience, CVOR)综合指数对草地的恢复效果和健康状况进行评估。结果表明：不同坡向下混播草地的草地生产力、香农维纳多样性、植物功能群组成均存在显著差异(P<0.05);随着混播草种的增加,不同坡向的草地地上盖度、生物量、土壤有机碳均呈现先上升后下降的趋势,香农维纳多样性均呈现下降趋势;同一混播措施下,平地的地上生物量、香农维纳多样性及禾本科牧草比例均显著高于阳坡和阴坡;草地的CVOR指数介于0.71～0.89之间,健康状况均为健康和警戒。由此可见,坡向和混播草种均能影响草地植被生长,高寒矿区草地生态恢复应因地制宜,考虑坡向等环境因素。     

不同恢复措施修复黑土山植被效果研究

与黑土滩恢复相比,三江源区黑土山植被恢复技术研究尚处于初期。在青海省达日县黑土山上采用微耕机翻耕一遍+人工撒播(处理A)、微耕机翻耕两遍+人工撒播(处理B)、旋耕机翻耕+撒播机撒播(处理C)、挖掘机开沟+人工条播(处理D)、免耕播种(E)、人工耙翻+人工撒播(处理F)等六种方式建植同德短芒披碱草+青海草地早熟禾人工草地并研究不同恢复措施下的植被群落特征,以筛选黑土山的最佳恢复措施。结果表明：A、B、C处理的同德短芒披碱草的盖度、高度、地上生物量显著较高(P<0.05),根冠比显著较小(P<0.05),地下生物量各措施间无显著差异;Pielou指数在A处理最高,Margalef指数和Shannon-Wiener指数在E处理最高,但仅Margalef指数差异显著(P<0.05);A、B、C处理总盖度和总地上生物量显著较高(P<0.05)。综合盖度、生物量、多样性分析表明,黑土山植被快速恢复可选择微耕机翻耕一遍+人工撒播措施。     

矿区排土场植被恢复节水灌溉措施研究

通过野外小区观测试验结合室内分析,对不同边坡植被的需水特性和节水型灌溉措施进行了研究。结果表明,对排土场坡面植被恢复进行的3种灌水方式,地面滴灌是最适宜的灌水方式,3种牧草在非充分灌溉条件下的滴灌措施分别为:苜蓿灌水次数8次,灌溉定额192mm(1 920m3/hm2);沙打旺灌水次数7次,灌溉定额168mm(1 680m3/hm2);披碱草灌水次数9次,灌溉定额216mm(2 160m3/hm2)。该研究成果可为类似区域的相关研究和应用提供科学依据。     

不同放牧强度下高寒草甸植被特征和土壤养分变化研究

放牧作为最主要的生物干扰因子之一,影响着草地生态系统植被和土壤的生态进程。在自然放牧条件下,通过不同放牧强度的比较试验,对高寒草甸土壤营养成分及地上群落特征进行分析,为制定合理的放牧强度提供理论依据。结果表明:随着放牧强度加大,地上总生物量、物种丰富度在封育样地最高,在重牧样地最低,而封育、轻牧、中牧样地香浓-威纳多样性指数并没有显著的差异;禾草和莎草的地上生物量和总盖度在中牧条件下最高。与轻牧、中牧和封育样地相比,重牧样地的杂草有较高的地上生物量和总盖度;5月份土壤含水量随放牧强度增加而减少,7月份、9月份则相反;封育、轻牧、重牧样地的土壤容重显著低于中牧样地(P<0.05);在整个生长季节,重牧样地的pH值明显高于其他3个处理,而封育?轻牧?中牧3个样地pH值没有显著差异;在整个生长季节,封育、轻牧、中牧、重牧4个样地土壤有机碳含量随着放牧强度的增加而趋于下降,其中封育、轻牧、中牧3样地土壤有机碳含量都显著高于重牧样地(P<0.05);土壤的全氮含量在各放牧样地里并没有显著变化,而土壤氨态氮、硝态氮则在植物整个生长季节随着放牧强度的加大而增加;在整个生长季节里全磷含量最大值都出现在中牧样地里,速效磷含量表现出了和全磷一致的结果。因此,适度放牧是保护生物多样性,维持土壤养分以及提高草地生产力的有效途径;当高寒草甸由于退化导致生物量锐减,生物多样性丧失等严重后果时,围栏可以作为有效的恢复手段。     

不同放牧模式下青藏高原高寒草甸植被群落和土壤差异

不同放牧模式会对草原植物群落和土壤产生不同的影响,目前少有研究系统关注冬季、夏季和全年放牧对高寒草甸植物群落和土壤影响的差异.本研究以位于青藏高原东缘四川省红原县境内的全年放牧(AG)、冬季放牧(WG)和夏季放牧(SG)的高寒草甸为研究对象,分析了3种放牧模式下高寒草甸植物群落和土壤理化性质的差异.结果表明:1)AG模式下草甸的群落盖度和物种数均显著低于WG和SG(P<0.05);AG和SG模式下草甸的群落高度、地上生物量和地下生物量均显著低于WG(P<0.05),而杂草类牧草比例相反;同时根冠比在这3种放牧模式下无显著差异(P>0.05).2)植物群落优势种在3种放牧模式下发生明显变化,即AG模式下以菊科和毛茛科植物为主,WG则以禾本科、毛茛科和莎草科植物为主,而SG以菊科和禾本科植物为主.3)土壤pH(0?20 cm)在AG和WG影响下无显著差异(P>0.05),但均显著高于SG(P<0.05),并在两个土层深度(0?10 cm和10?20 cm)间无显著差异(P>0.05);土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和全氮含量均是WS和SG高于AG,而土壤全磷含量则是AG和SG间无显著差异(P>0.05),但均低于WG;同时上述指标均是0?10 cm土层土壤中的值显著高于10?20 cm土层(P<0.05).本研究表明,与季节放牧(WG和SG)相比,全年放牧降低了群落高度、盖度、生物量、凋落物和物种数,并改变了牧草比例,从而降低了高寒草甸植物群落的稳定性,使得土壤养分流失严重,肥力降低.研究结果显示,季节性放牧能让草甸植物群落更加稳定,群落生产力及稳定性能够得以维持,有利于青藏高原高寒草甸牧场的可持续发展.     

不同放牧模式下青藏高原高寒草甸植被群落和土壤差异

不同放牧模式会对草原植物群落和土壤产生不同的影响,目前少有研究系统关注冬季、夏季和全年放牧对高寒草甸植物群落和土壤影响的差异.本研究以位于青藏高原东缘四川省红原县境内的全年放牧(AG)、冬季放牧(WG)和夏季放牧(SG)的高寒草甸为研究对象,分析了3种放牧模式下高寒草甸植物群落和土壤理化性质的差异.结果表明:1)AG模...     

不同恢复措施对西藏安多高寒退化草地植被的影响

为探讨不同恢复措施条件对草地植被特征、地下生物量、地下种子库以及多样性等方面的影响,在西藏安多典型退化草地进行围栏,并选用细茎冰草(Agpoyron trachyeaulun L.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)、无芒雀麦(Bromus inermis Layss)和冷地早熟禾(Poa crymophila Keng)4种牧草,在围栏内进行免耕补播的试验研究。结果表明:经过免耕补播和围栏封育后,草地植物高度、盖度、产量均有不同程度的提高;植物多样性有少量增加,植被优势种差异较显著;植物群落地下生物量变化幅度较大,特别是经过围栏和补播的草地,其0~10 cm地下生物量增加明显;此外,土壤种子库测定表明,围栏和补播试验地种子总数明显高于围栏外,增加的种子数主要分布在0~5 cm的土层中。     

高寒人工草地不同植被类型下表层土壤有机碳和无机碳变化及土壤理化因子

为深入了解高寒人工草地土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon, SIC)含量在不同植被类型下的差异性以及土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化因子的相关关系。本研究选取高寒人工草地一年生单播小黑麦(HM)、一年生禾、豆混播(HB)以及多年生垂穗披碱草(PJC)植被类型为研究对象,测定并分析3种植被类型下土壤有机碳和无机碳含量变化特征。结果表明：土壤有机碳和无机碳含量在3种植被类型下均表现出显著的差异性。土壤镁离子浓度、全氮(Total nitrogen, TN)含量、土壤pH是影响该区域土壤有机碳和无机碳含量的主要因素。本研究结果为推行适宜高寒人工草地最佳的植被类型提供区域数据和科学参考。     

混播人工草地建植初期对黑土滩植被和土壤的恢复效果

为探究不同混播的人工草地建植初期对黑土滩的影响,本研究设置三种混播组合,分别是上繁草组合(垂穗披碱草(Elymus nutans)、同德短芒披碱草(Elymus breviaristatus),SF),下繁草组合(冷地早熟禾(Poa araratica)、中华羊茅(Festuca sinensis)、星星草(Puccinellia tenuiflora),XF),上繁草+下繁草组合(垂穗披碱草、同德短芒披碱草、冷地早熟禾、中华羊茅、星星草,SFXF),研究人工草地建植后植物群落和土壤养分的变化特征,筛选出最佳恢复组合。结果表明,人工草地建植显著增加植物地上生物量(P<0.05),但降低了植物多样性(P<0.05);人工草地建植改善了土壤性质和养分条件,显著增加土壤含水量(P<0.05)和土壤硝态氮含量(P<0.05),显著降低土壤0～20 cm的铵态氮含量(P<0.05);采用主成分分析法对三种人工草地建植组合进行分析排序,得出SFXF为最优恢复组合。     

单播措施下三江源区高寒退化草地恢复效果评估

本研究以青海省海南州贵南县森多乡和果洛州玛沁县大武镇针对重度退化草地建植的单播人工草地为研究对象,研究了不同区域恢复草地的植被生物量、群落结构、物种多样性和土壤有机碳变化特征,并采用CVOR综合指数评价单播措施在不同区域的恢复效果和健康状况,为指导高寒草地恢复及人工草地的后续管理提供理论依据。主要得到以下研究结果：研究区不同建植期草地地上生物量、物种多样性、植物功能群组成和土壤有机碳含量存在显著差异。单播措施显著提高了不同区域的草地地上生物量和禾本科牧草所占比例,降低了物种多样性指数,土壤有机碳呈现不同的变化规律。此外,对不同区域恢复草地进行健康评价的结果发现,单播后,年度内研究区域的健康等级均处在健康和警戒状态。综上所述,人工草地的建植能够有效恢复黑土滩退化草地。     

高寒地区不同退化草地植被和土壤微生物特性及其相关性研究

以青藏高原东北缘天祝高寒地区不同退化草地为研究对象,通过野外调查及室内测定分析,研究了植被特征、微生物量特性、微生物熵及三者之间的相关性。结果表明,随着草地退化程度的加重,植被种类减少、优势种改变,植物群落高度、盖度、地上生物量显著降低(P<0.05),土壤微生物生物量碳、氮减少。草地植被地上生物量从轻度退化草地(LDG)到重度退化草地(SDG)减少了88.63%;LDG中微生物量碳、氮(218.90 mg/kg、44.32 mg/kg)均显著高于SDG(P<0.05),但中度退化草地(MDG)与SDG差异不显著;微生物熵在不同退化草地中的变化规律不明显。草地地上生物量与土壤微生物量呈显著正相关关系(P<0.05),与微生物熵呈负相关关系,其中微生物熵与微生物量碳的相关系数相对较高。     

煤矸石场植被自然恢复初期草本植物生物量研究

以山西潞安矿业集团司马煤业有限公司煤矸石场为对象,采用空间序列代替时间序列的方法对植被自然恢复初期3年的草本植物生物量进行了分析。结果表明,1)各群落生物量之间存在显著差异(P<0.05),草本植物群落总生物量和总地下生物量变化呈现出先增后减的趋势,总地上生物量呈递减趋势。群落地下与地上生物量之比呈明显的上升趋势;2)群落总盖度、平均高度与群落生物量之间无显著相关性。群落物种组成相似性越小,生物量差异越显著。多年生植物地下生物量与总生物量呈显著正相关(P<0.05),而一年生植物的地上、地下和总生物量彼此间相关性不显著;3)依据综合优势比的大小,确定一年恢复期的优势种为野艾蒿,二年恢复期的为北京隐子草、羊草,三年恢复期的为羊草,而自然草地的优势种为阿尔泰狗娃花、羊草。优势种羊草的总生物量逐年增加,地上生物量与地下生物量呈彼此消长的关系。羊草在提高群落生产力以及加快复垦区植被恢复进程中起着重要作用。蒿类植物无论优势种野艾蒿还是伴生种黄花蒿,较大的平均盖度和平均高度会抑制其生物量的积累。     

草地植被恢复措施对高寒草甸有毒植物的影响

通过对高寒草甸天然草地实施划破、补播、施肥及综合处理,探讨了不同草地植被恢复措施对高寒草甸有毒植物物种组成、多样性及生物量的影响。结果表明,不同处理草地中,有毒植物的组成及比例差异显著(P<0.05)。与对照相比,补播、划破和施肥均不同程度地降低了群落中有毒植物的物种数和Shannon Wiener指数(P<0.05),不同处理草地有毒植物物种数和Shannon Wiener指数排序分别为补播<施肥=综合处理<划破<对照,补播<划破<施肥<对照<综合处理。补播、施肥和综合处理均可有效降低群落中有毒植物的地上生物量(P<0.05),而草地划破在一定程度上增加了有毒植物的地上生物量(P>0.05),不同处理草地有毒植物地上生物量排序为补播<综合处理<施肥<对照<划破。补播形成的垂穗披碱草(Elymus nutans)单一优势群落使有毒植物物种数、物种多样性及地上生物量均下降到最低值,对于毒杂草型退化草地的改良,草地补播是可供参考的有效恢复措施之一。     

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。