晋陕蒙矿区排土场植物措施对复垦土壤养分和微生物的影响

发布时间：2020-06-26 12:13

【摘要】：晋陕蒙地区是我国特大型能源基地,蕴含丰富的煤炭资源,该区大规模地露天开采,在带动经济发展的同时,还造成地表破坏、植被受损等环境污染和生态问题。本研究以黑岱沟东排土场和永利煤矿排土场的土壤为研究对象,研究了22种处理样本的土壤养分差异、土壤细菌群落结构与多样性。将永利重构小区的土壤养分和原地貌土壤与对照土壤进行对比,分析不同新构土体改良土壤养分的性能差异,并采用加权综合法对几种土壤类型的养分质量进行综合评价;将黑岱沟东排土场不同植物措施土壤中的养分作对比,探究不同人工植被恢复措施与自然植被恢复措施、空白对照相比,土壤养分的恢复程度以及改良土壤养分的效果的不同;研究所有处理的土壤样本中各个样本以及不同分组的土壤细菌多样性和群落结构的变化规律以及样本、物种、环境因子三者之间的相关性,为晋陕蒙煤矿排土场不同复垦措施的效果进行评价,对日后矿区复垦植被筛选、土壤修复提供理论指导与参考。研究结果如下:1)对开挖黑岱沟矿区东排土场进行生态修复,经过19年的恢复,以新建排土场的土壤养分为背景值,除了在10~20 cm土层中自然草地的全氮含量和混交草地铵态氮含量没有提高,其余不同的人工植被和自然植被类型对排土场土壤养分均有不同程度的改良效果。6种人工植被与自然沙棘林相比,仍然没有恢复到自然沙棘林中土壤养分水平。自然草地养分含量不高,除樟子松林和沙棘林中,其他人工植被类型均优于自然草地土壤养分水平。人工沙棘林远低于自然沙棘林土壤养分水平,说明矿区植被恢复年限对于生态修复有重要影响。2)几种人工植被中,灌草混交林对土壤养分的改良效果最明显,刺槐林中土壤养分也有显著提高,种植了沙打旺、苜蓿、长芒草等的混交草地以及紫穗槐林的土壤养分恢复程度较高,樟子松对于矿区排土场养分的恢复效果较差。3)不同改良模新构土体相比对照,土壤各养分含量均有显著提高,原地貌土壤有效磷含量较对照有所降低。重构小区中不同改良模式下土壤有机碳、有效磷、硝态氮均已超过原地貌土壤养分含量,土壤铵态氮基本达到原地貌水平,土壤全氮尚未恢复至原地貌水平。不同改良模式土壤养分质量以风化煤掺混土体最高,其次是砒砂岩掺混土体,沙黄土高于原地貌土壤,对照质量最差。4)黑岱沟排土场群落多样性更高,永利六个重构小区之间多样性不同,永利人工植被组分别与黑岱沟人工植被组、永利重构小区组的群落多样性具有显著差异。两个矿区排土场的优势菌为Acidobacteria,Chloroflexi,Bacteroidetes,Actinobacteria,Proteobacteria,在所有物种中,以Cyanobacteria丰度最低,微生物大多可以适宜养分含量较低的环境,且参与碳、氮、磷等物质的循环并有固定养分的作用。对土壤微生物群落与种类分布相关程度最大的环境因子是微生物量碳,其次为有机碳,接下来按照影响程度大小排序为铵态氮、有效磷、全氮、微生物量氮、硝态氮,永利对照与其他样本有较大差异,受环境因子影响程度最小。因此,矿区随着复垦年限的增加,土壤中养分状况、微生物菌群都有显著改良效果,在对矿区进行植被建植和生态修复时,刺槐是十分适宜的树种,应优先选择以紫穗槐、沙棘为主的豆科落叶灌木,以及以沙打旺、苜蓿等为主的豆科草本植物,并适量增加些混交植被配置模式,在乔灌木林下栽植些长芒草等多须根的草类植被。可以充分发挥当地的资源优势、变废为宝,将风化煤广泛用于排土场土壤的质地改良,即改善了生态环境又能实现一定的经济效益。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S158;S154.3

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