湘潭锰矿废弃地生态修复及其生态效应研究

发布时间：2017-04-29 23:01

  本文关键词：湘潭锰矿废弃地生态修复及其生态效应研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：湘潭锰矿矿区生境在锰矿开采和矿渣露天堆积过程中遭受严重破坏并形成残存斑块、地质结构遭到破坏、生物多样性降低、土水受到严重污染,进而导致严重的粮食、蔬菜、水源等重金属污染问题。为恢复矿区的生态环境,从2010年开始实施矿区废弃地生态修复试验,并连续监测生态修复效益四年。效益研究主要从生态学的角度出发,对湘潭锰矿不同时期、不同方式的人工生态修复方案和不同年代自然恢复的生态效益进行了综合对比研究,得出以下主要结论：(1)针对不同类型场地进行相应的生态修复：缓坡场地修复主要将地形处理为3坡向2面坡,再进行植被重建与恢复；陡坡场地修复以设置生态拦截系统为主,并辅以梯田改造、山顶削坡等水土保持措施再进行植被重建与恢复。同时通过建立RUSLE模型分析评估生态修复对土壤侵蚀的控制效果：修复前缓坡场地侵蚀模数为2560.01t·hm-2·a-1,属于中度侵蚀水平；陡坡场地侵蚀模数为5504.90t·hm-2·-a-1,属于强度侵蚀水平。修复后缓坡场地侵蚀模数为62.19t·hm-2·a-1;陡坡场地侵蚀模数为130.61t·hm-2·a-1,两者都达到微水蚀水平。生态修复前,锰矿废弃地试验基地的土壤侵蚀程度从微水蚀到强度侵蚀(203.91～5504.90 t·hm-2·a-1),而通过人工修复,侵蚀模数可以大幅降低到微水蚀水平。(2)研究区域内不同年代的自然恢复样地中共有17种植物,隶属15科17属,以草本植物为主,乔灌木较少；人工生态修复的植物群落(2004年人工林、2010年新造林)中共有36种植物,隶属22科33属,以人工种植的乔木建群种为主；α多样性分析结果显示：原生地次生林群落植物的多样性指数和生态修复人工林之间差异显著,生态修复人工林和不同年代自然恢复植物群落的多样性指数差异显著。声多样性显示：二元属性数据βws、βR、βt、βC和数量数据Cs计算结果基本一致,显示不同恢复模式的群落与原生地次生林群落的相似性排序为：2004年人工林2010年新造林40年自然恢复30年自然恢复20年自然恢复10年自然恢复；数量数据中的CN排序为：2004年人工林2010年新造林40年自然恢复10年自然恢复30年自然恢复20年自然恢复；CMH排序为：20年自然恢复40年自然恢复30年自然恢复2004年人工林10年自然恢复2010年新造林；Cj表排序为：2004年人工林2010年新造林40年自然恢复10年自然恢复20年自然恢复30年自然恢复。(3)土壤养分中的全P、全N、全K和有机质含量在人工生态修复样地中显著高于不同年代的自然恢复样地,其中2004年人工林有机质含量与原生地次生林差异不显著；人工生态修复和40年的自然恢复都属于粉砂质粘壤土,比较适合植物生长。土壤物理性质中,容重在人工生态修复和自然恢复中差异不显著,毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量、田间持水量差异显著。土壤中主要重金属Mn、Fe、Zn含量在人工生态修复中显著小于自然恢复。根据灰色关联度模型分析得出：植物多样性与土壤物理性质关联排序趋势为：田间持水量总孔隙度毛管孔隙度毛管持水量最大持水量、含水量容重；与土壤化学性质排序趋势为：全N土壤有机质全K全PpH全Mn、全Ca全Fe全Mg全Zn全Cu全Pb、全Cd。(4)生态修复2004年人工林4年中林冠截留对降水的截留率在5.88%-64.28%之间,穿透水在0.81%-92.84%之间,树干径流在0.60%-2.31%之间,三者具有明显的年变化和季节变化。林外降水年均pH值高低排序为2010201220112013,从林外降水到穿透水再到树干茎流,pH平均值不断减小。林外降水、穿透水、树干茎流的大量元素中月平均含量最高是全Ca,最低是全P,微量元素中月平均含量最高是Mn,最低是Pb。穿透水淋溶特征中：大量元素中K元素的淋溶系数最高,微量元素中Fe元素最高；土壤渗透水中,年均淋溶量最大的是Fe和Mn元素。(5)2004年人工林中的栾树不同部位的Mn含量从高到低顺序如下：叶根皮干枝；杜英不同部位的Mn含量从高到低顺序如下：叶皮枝根干,杜英相对栾树而言对Mn具有更强的富集能力和转运能力。2010年新造林中香樟不同部位的Mn含量从高到低顺序为：根叶皮枝干,泡桐不同部位的Mn含量从高到低顺序为：根叶枝皮干,存活植物中泡桐的富集系数最大,香樟的转移系数最大。湿地修复植物体内Mn含量从高到低顺序如下：紫叶美人蕉再力花苎麻梭鱼草香蒲夹竹桃水葱德国鸢尾菖蒲花叶芦竹芦苇；对Mn的转运系数(BTF)从大到小的顺序为：芦苇香蒲苎麻水葱梭鱼草再力花德国鸢尾花叶芦竹紫叶美人蕉夹竹桃菖蒲,对Mn的富集系数(BAF)从大到小的顺序为：紫叶美人蕉再力花苎麻梭鱼草香蒲水葱夹竹桃德国鸢尾莒蒲花叶芦竹芦苇。
【关键词】：湘潭锰矿 重金属 生态修复 自然恢复 灰色关联度 群落结构特征
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究的目的和意义13-14
• 1.3 生态修复研究进展14-18
• 1.3.1 生态修复历史概况14-16
• 1.3.2 修复技术研究进展16-18
• 1.4 生态效益研究现状18
• 1.5 生态修复研究展望18-19
• 1.6 论文研究来源课题19-20
• 1.7 研究总目标及内容20-22
• 1.7.1 研究总体目标20
• 1.7.2 主要研究内容20-22
• 2 研究区域概况、试验设计和研究方法22-37
• 2.1 研究区域概况22-24
• 2.1.1 地理位置22
• 2.1.2 气象与水文22-23
• 2.1.3 土壤与植被23
• 2.1.4 废弃地现状23
• 2.1.5 废弃地治理重点项目23-24
• 2.2 试验设计24-27
• 2.2.1 生态修复研究试验设计24-25
• 2.2.2 生态效益研究试验设计25-27
• 2.3 研究方法27-37
• 2.3.1 场地处理计算27-28
• 2.3.2 土壤侵蚀计算28-30
• 2.3.3 植物群落结构特征分析30
• 2.3.4 生物多样性计算30-31
• 2.3.5 土壤理化性质测定31-32
• 2.3.6 土壤质量评价方法32-33
• 2.3.7 水文生态效益测定33-35
• 2.3.8 植物重金属含量测定35-36
• 2.3.9 相关数据分析36-37
• 3 生态修复及土壤侵蚀控制37-53
• 3.1 结果与分析38-50
• 3.1.1 不同场地生态修复技术38-43
• 3.1.2 修复后地形43-46
• 3.1.3 地形处理对土壤侵蚀的影响46-50
• 3.2 讨论50-51
• 3.3 小结51-53
• 4 生态修复对植物群落特征及生物多样性的影响53-72
• 4.1 结果与分析54-69
• 4.1.1 群落种群特征研究54-61
• 4.1.2 多样性分析61-69
• 4.2 讨论69-70
• 4.3 小结70-72
• 5 生态修复对土壤理化性质的影响72-97
• 5.1 结果与分析73-94
• 5.1.1 土壤理化性质73-89
• 5.1.2 生态拦截系统的重金属去除效应89-90
• 5.1.3 土壤质量综合评价90-94
• 5.2 讨论94
• 5.3 小结94-97
• 6 生态修复对水文生态效益的影响97-116
• 6.1 结果与分析98-113
• 6.1.1 人工林降水再分配特征98-105
• 6.1.2 人工林降水的化学性质105-113
• 6.2 讨论113-114
• 6.3 小结114-116
• 7 生态修复植物的重金属富集效应116-134
• 7.1 结果与分析116-131
• 7.1.1 植物生长现状116-117
• 7.1.2 植物不同部位重金属含量特征117-131
• 7.2 讨论131
• 7.3 小结131-134
• 8 研究结论及创新点与展望134-140
• 8.1 主要研究结论134-138
• 8.1.1 生态修复及土壤侵蚀控制134-135
• 8.1.2 生态修复对植物群落特征及生物多样性的影响135-136
• 8.1.3 生态修复对土壤理化性质的影响136-137
• 8.1.4 生态修复对水文生态效益的影响137-138
• 8.1.5 生态修复植物的重金属富集效应138
• 8.2 创新点138
• 8.3 研究展望138-140
• 参考文献140-155
• 攻读学位期间主要学术成果155-156
• 致谢156

【参考文献】

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1 贺希;湘潭锰矿栾树人工林水文功能研究[D];中南林业科技大学;2011年

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本文编号：335744