【摘要】：植被恢復(fù)是礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的有效途徑。植被的生長(zhǎng)變化及恢復(fù)狀況可以表征礦區(qū)土地復(fù)墾的程度與質(zhì)量。植物群落的組成和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化,對(duì)揭示植被恢復(fù)過程中的物種共存和生物多樣性維持機(jī)制具有重要意義。本研究以自然資源部礦區(qū)土地復(fù)墾——山西朔州野外科學(xué)觀測(cè)研究基地為依托,分析了半干旱黃土區(qū)大型露天煤礦排土場(chǎng)不同配置模式的植被演替規(guī)律。主要研究結(jié)果如下:(1)采用永久性固定監(jiān)測(cè)樣地的研究方法,基于樣地兩次調(diào)查數(shù)據(jù),對(duì)比分析了4種配置模式的人工復(fù)墾植被17年和22年群落特征。結(jié)果表明:各樣地樹種組成較為穩(wěn)定,胸徑1 cm以上的獨(dú)立個(gè)體數(shù)增加量為SⅢ樣地(刺槐(Robinia pseudoacacia)×榆樹(Ulmus pumil)×臭椿(Ailanthus altissima))SⅣ樣地(刺槐×油松(Pinus tabuliformis))SⅠ樣地(刺槐×油松)SⅤ樣地(刺槐純林)。每年死亡率為SⅢ樣地SⅠ樣地SⅣ樣地SⅤ樣地,每年增補(bǔ)率為SⅢ樣地SⅣ樣地SⅠ樣地SⅤ樣地,死亡量和增補(bǔ)量最大的分別是刺槐和榆樹。胸高斷面積凈增加量為SⅣ樣地SⅠ樣地SⅤ樣地SⅢ樣地,刺槐的損失量和新增量最多。各樣地的徑級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,小徑級(jí)個(gè)體死亡量較大。除了榆樹以外,刺槐、油松和臭椿的平均胸徑均增加。刺槐和臭椿種群普遍減小,油松種群基本維持原有規(guī)模,榆樹種群快速增長(zhǎng)。刺槐×油松混交林模式具有較高的存活率且長(zhǎng)勢(shì)良好,刺槐純林模式長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)較差。(2)采用多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)4種配置模式的草本層物種多樣性進(jìn)行了測(cè)度。利用方差比率法(VR)、χ~2檢驗(yàn)和Spearman秩相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)對(duì)草本層物種總體關(guān)聯(lián)性和優(yōu)勢(shì)種的種間聯(lián)結(jié)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:兩次調(diào)查期間,各樣地以多年生和中生草本植物為主,隨著復(fù)墾年限增加,1年生或1、2年生及中生植物重要值下降,多年生和旱生、中旱生植物的重要值有所增加。草本層物種豐富度指數(shù)下降,Shannon-Weiner指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)增加。草本層物種正負(fù)關(guān)聯(lián)比呈增加趨勢(shì),群落結(jié)構(gòu)逐漸趨向于穩(wěn)定。刺槐×油松混交林模式草本層物種多樣性中等,群落穩(wěn)定性最高,刺槐純林模式草本層物種表現(xiàn)為顯著負(fù)關(guān)聯(lián),種間競(jìng)爭(zhēng)激烈。(3)采用線性混合模型分析了胸徑、鄰體競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)境因素(土壤養(yǎng)分和地形)對(duì)4種配置模式的人工復(fù)墾植被生長(zhǎng)的影響。采用多元逐步回歸法分析了草本層物種多樣性的影響因素。結(jié)果表明:胸徑是影響人工復(fù)墾植被生長(zhǎng)最重要的因素,喬木指標(biāo)(平均高度、平均胸徑和冠層開闊度)和土壤因子(表層土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和有效磷含量)共同對(duì)復(fù)墾22年后草本層物種多樣性產(chǎn)生影響。(4)基于BEF(Biodivesity-ecosystem functioning)實(shí)驗(yàn),比較了15種配置模式人工復(fù)墾植被的存活和生長(zhǎng)以及草本層植物自然侵入特征差異,采用多元逐步回歸法分析了演替早期(復(fù)墾5年)影響人工復(fù)墾植被存活和草本層物種多樣性的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明:油松純林、刺槐×油松和油松×沙棘(Hippophae rhamnoides)混交林模式的存活率顯著高于其他配置模式。4個(gè)實(shí)驗(yàn)樹種的存活率存在極顯著差異,表現(xiàn)為油松刺槐檸條(Caragana korshinskii)沙棘。配置模式和表層土壤養(yǎng)分含量對(duì)75%的樹種存活無顯著影響。土壤pH值和有效磷含量對(duì)演替早期草本層物種多樣性的影響最為顯著。(5)采用永久性固定監(jiān)測(cè)樣地與傳統(tǒng)樣方相結(jié)合的研究方法,比較了人工修復(fù)與自然修復(fù)途徑下草本層物種多樣性和表層土壤養(yǎng)分含量的差異。結(jié)果表明:經(jīng)過5年修復(fù),15種配置模式的人工植物群落與自然修復(fù)的植物群落草本層物種組成較為相似,物種多樣性和土壤養(yǎng)分含量普遍無顯著差異,均低于原地貌,短期內(nèi)植被恢復(fù)對(duì)土壤養(yǎng)分狀況的改良作用相對(duì)較為有限。經(jīng)過22年修復(fù),4種配置模式的人工植物群落與自然修復(fù)植物群落的土壤養(yǎng)分含量均已超過原地貌,前者草本層的物種多樣性已接近或超過原地貌的90%,而后者植被恢復(fù)較為緩慢,草本層物種多樣性僅為原地貌的68.50%,且在短期內(nèi)難以形成喬灌草的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X171.4
【圖文】：

技術(shù)路線圖

平朔礦區(qū)位于黃土高原東部生態(tài)脆弱區(qū)，山西省朔州市平魯區(qū)境內(nèi)（39°23′～39°37′N，112°10′～113°30′E）。平朔礦區(qū)屬寧武煤田，東西跨度約22 km，南北跨度約 21 km，總面積 380 km2。本研究選取平朔礦區(qū)的安太堡露天煤礦作為具體研究區(qū)，地理位置見圖 3-1。

3.2 平朔礦區(qū)概況平朔礦區(qū)創(chuàng)建于 1982 年，是我國(guó)目前規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的露井聯(lián)采的煤炭生產(chǎn)企業(yè)，是我國(guó)主要的出口煤基地和國(guó)家確立的晉西北億噸級(jí)煤炭生產(chǎn)基地之一。平朔礦區(qū)下轄安太堡、安家?guī)X和東露天三大露天煤礦（圖 3-2）

本文編號(hào)：2764575