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福建不同类型矿山废弃地植被的恢复与重建研究

作　者: 庄凯
导　师: 马祥庆
学　校: 福建农林大学
专　业: 生态学
关键词: 福建矿山废弃地植被恢复土壤质量群落演替灰色关联分析法
分类号: TD88
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

福建是我国南方重要的矿区之一,蕴含着丰富的矿产资源。近年来随着社会经济的快速增长,人类对矿产资源的需求日益增大,对矿产资源的开采量急剧增加,由此形成了不同类型的矿山废弃地。大量的矿山废弃地不仅对植被和土地产生破坏,造成了水土流失,而且对生态环境造成了极大影响,因此如何进行福建矿山废弃地植被恢复与重建已成为当前环境科学界亟需解决的重大课题。虽然有些学者对福建矿山废弃地的生态恢复进行了一些研究,但由于长期来对矿山废弃地植被恢复不重视,目前有关福建不同类型矿山废弃地植被恢复技术非常缺乏,导致福建矿山废弃地的生态恢复工作缺乏科学的理论指导,存在很大的盲目性。有鉴于此,本研究在对福建不同类型矿山废弃地进行全面踏查基础上,采用野外调查和室内分析相结合的研究方法,选择福建省主要矿山废弃地中的紫金山金铜矿废弃地、煤矿废弃地（即煤矸石山）、石灰石矿废弃地、高岭土矿废弃地及稀土矿废弃地为研究对象,分别对不同类型矿山废弃地不同恢复阶段的群落覆盖度、物种多样性、生物量、土壤水稳性团聚体、养分、重金属及水土流失状况等进行系统调查,分析不同类型矿山废弃地植被恢复效果和演替规律。同时采用灰色关联分析法（GRA）对不同植被恢复配置模式的恢复效果进行综合评价,筛选出适宜相应矿山废弃地应用的植被恢复模式,供不同类型矿山废弃地推广应用。研究结果可为福建矿山废弃地的植被恢复与重建和制定相应的恢复措施提供科学依据。主要研究结果如下:1、紫金山金铜矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果研究表明:在植被恢复初期,群落覆盖度变化较大,恢复5年时达到93%;随着恢复时间的增加,草本层物种多样性、群落生物量呈上升趋势;土壤的抗蚀性得到改善,>0.25 mm水稳性团聚体含量在恢复5年时达62.27%。紫金山金铜矿开采对土壤养分和重金属含量有较大影响,在植被恢复前2年,紫金山金铜矿废弃地土壤养分含量变化不明显,恢复5年时土壤养分含量增加,但速效P含量增加较少;随着恢复时间的增加,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni含量均呈不同程度的上升趋势,而Mn呈下降趋势,其中,恢复5年时土壤Cd含量为国家土壤环境三级标准的2.53倍,Cd污染较为严重;恢复1年时土壤侵蚀量最大,达48.4 m³·hm^-2,随着恢复时间的增加,土壤侵蚀量逐年减小。2、紫金山金铜矿废弃地不同植被配置模式的恢复效果研究表明:在植被恢复初期,除模式A外其它5种模式群落覆盖度均达85%以上,阔叶树种比针叶树种更能促进草本植物的生长;不同配置模式之间草本层物种多样性差异并不显著,本地河滩草皮能明显提高草本层的物种多样性;不同配置模式群落生物量最大的为94.83 t·hm-2,最小的为3.27 t·hm^-2,种植马尾松模式能有效提高群落生物量积累;模式B和模式F的土壤结构破坏率分别为12.68%和17.45%,抗蚀性较好;模式D土壤养分含量较高,模式B土壤养分含量较低;不同植被恢复配置模式之间土壤重金属存在一定差异;模式A保持水土的效果较差。采用GRA方法对不同植被配置模式的综合评价结果为:模式C>模式D>模式F>模式E>模式A>模式B,其中以马尾松+本地河滩草、枫香+本地河滩草、马尾松+桉树+本地河滩草在金铜矿废弃地植被恢复初期的效果较好,可作为矿山植被恢复中进行推广应用。3、煤矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果研究表明:在煤矿废弃地植被恢复初期,类芦能在较短时间迅速覆盖地表,群落总覆盖度呈逐渐上升趋势,恢复13年时达80%;在恢复过程中草本层物种多样性呈上升趋势,恢复13年各层次的物种多样性与对照林地仍有一定差距,其中乔木层不到对照区的50%;不同恢复阶段草本层生物量大小排序为5年>13年>3年>0年;在恢复过程中煤矿废弃地土壤全N、水解N、速效P、全K含量呈上升趋势,但速效P含量较低,速效P和有机质含量较低是煤矿废弃地植被恢复的主要限制因子。4、石灰石矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果研究表明:不同恢复阶段石灰石矿废弃地均无乔灌木覆盖,只有草本植物覆盖。群落总覆盖度呈上升趋势,恢复5年时达80%;草本层物种多样性变化不显著,恢复5年时仍显著低于未开采对照林地,物种丰富度指数只有对照林地的50%;恢复5年时草本层生物量为恢复3年样地的2.1倍;水解N、速效P和有机质含量低是石灰石矿废弃地植被恢复的限制因子。采用类芦进行石灰石矿废弃地植被恢复能在不同程度上改善土壤养分状况,但在恢复过程中需适当施加速效氮肥和磷肥。5、高岭土矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果研究表明:在植被恢复2年后乔木层、草本层的植被覆盖度均有一定程度的提高,但群落总覆盖度仍显著低于未开采对照;虽然高岭土矿废弃地乔木层、草本层的多样性指标均有所恢复,但与未开采对照相比仍有显著差距;草本层生物量为对照的2.6倍;不同植被恢复阶段土壤养分含量变化不明显,氮素、磷素和有机质缺乏是高岭土矿废弃地植被恢复的限制因子。6、稀土矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果研究表明:在植被恢复2年后稀土矿废弃地植被覆盖度恢复不明显,群落总覆盖度仅为未开采对照的1/3;虽然稀土矿废弃地灌木层、草本层的物种多样性有所提高,但与未开采对照相比仍有显著差距;稀土矿废弃地草本层生物量为未开采对照的3.1倍;土壤养分含量变化不显著,除水解N、全K和速效K外,其余各项养分指标均低于养分缺乏指标临界值;因此土壤全N、全P、速效P和有机质含量低是稀土矿废弃地植被恢复的限制因子,采用“胡枝子+类芦”进行稀土矿废弃地植被恢复初期并不能提高土壤的养分水平,需适当施加氮肥和磷肥。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-13
前言  13-14
1 国内外研究动态  14-17
  1.1 矿山废弃地土壤质量研究进展  14-15
    1.1.1 矿山废弃地的土壤理化性质  14
    1.1.2 矿山废弃地土壤动物、微生物及其生化特征  14-15
    1.1.3 矿山废弃地土壤基质改良  15
  2.2 矿山废弃地植被恢复研究进展  15-17
    2.2.1 矿山废弃地植被恢复的物种选择  15-16
    2.2.2 矿山废弃地重金属超富集植物的筛选  16
    2.2.3 矿山废弃地植被的恢复与演替  16-17
2 试验地概况  17-18
3 研究方法  18-24
  3.1 样地设置  18-19
    3.1.1 紫金山金铜矿废弃地植被恢复样地设置  18
    3.1.2 煤矿废弃地植被恢复样地设置  18-19
    3.1.3 石灰石矿废弃地植被恢复样地设置  19
    3.1.4 高岭土矿废弃地植被恢复样地设置  19
    3.1.5 稀土矿废弃地样地设置  19
  3.2 植被调查方法  19-21
    3.2.1 群落调查  19
    3.2.2 生物量调查  19
    3.2.3 物种多样性测定  19-21
  3.3 土壤调查方法  21-22
    3.3.1 土壤化学性质  21-22
    3.3.2 土壤含水率测定  22
    3.3.3 土壤水稳性团聚体含量测定  22
    3.3.4 水土流失调查  22
  3.4 不同植被配置模式的恢复效果评价方法  22-23
    3.4.1 评价指标选择  22-23
    3.4.2 数据的初值化计算  23
    3.4.3 灰关联系数的确定  23
    3.4.4 加权综合评价  23
  3.5 数据处理方法  23-24
4 结果与分析  24-46
  4.1 紫金山金铜矿废弃地植被恢复研究  24-35
    4.1.1 紫金山金铜矿废弃地不同植被恢复阶段的恢复效果  24-28
    4.1.2 紫金山金铜矿废弃地不同植被配置模式的恢复效果  28-34
    4.1.3 紫金山金铜矿废弃地不同植被配置模式恢复效果的综合评价  34-35
  4.2 煤矿废弃地植被恢复研究  35-38
    4.2.1 煤矿废弃地不同植被恢复阶段的植被群落特征  35-37
    4.2.2 煤矿废弃地不同植被恢复阶段的土壤养分特征  37-38
  4.3 石灰石矿废弃地植被恢复研究  38-40
    4.3.1 石灰石矿废弃地不同植被恢复阶段的群落特征  38-40
    4.3.2 石灰石矿废弃地不同植被恢复阶段的土壤养分特征  40
  4.4 高岭土矿废弃地植被恢复研究  40-43
    4.4.1 高岭土矿废弃地不同植被恢复阶段的植被群落特征  40-42
    4.4.2 高岭土矿废弃地不同植被恢复阶段的土壤养分特征  42-43
  4.5 稀土矿废弃地植被恢复研究  43-46
    4.5.1 稀土矿废弃地不同植被恢复阶段的植被群落特征  43-44
    4.5.2 稀土矿废弃地不同植被恢复阶段的土壤养分特征  44-46
5 讨论  46-48
6 结论  48-50
参考文献  50-55
致谢  55

福建不同类型矿山废弃地植被的恢复与重建研究

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