阜新矿区煤矸石山生境演变特征及其评价研究
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摘要
本文以阜新矿区自然植被恢复条件下的煤矸石山为研究对象,通过野外调查、实地观测和室内分析测定,从土壤理化性状、水文特性、小气候特征、生物多样性等方面,对不同坡向、不同排矸年限矸石山生境的演变特征进行了较为系统的研究,并运用主成分分析(PCA)法首次对煤矸石山生境质量进行了综合评价,旨在为煤矸石山整治利用及生态恢复提供科学依据,指导矸石山复垦实践。主要研究结果如下:
(1)土壤物理性质演变。煤矸石山土壤剖面具有明显的三个发生层次:即风化表层、弱风化亚表层和未风化矸石层,层次间过渡明显。排矸年限越长,风化层厚度越大。矸石风化物随排矸年限的增加呈逐渐细化的过程。其土壤饱和含水量、毛管持水量、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度随排矸年限的增加呈同步增长的态势,非毛管孔隙度则相反,表明土壤结构趋于改善。由于阴、阳坡水分条件的差异,并由此造成了矸石风化成土进程的差异,使得阳坡的水分和孔隙度参数明显低于阴坡。土壤容重随着排矸年限的增加而减小,排矸同期的阳坡由于风化滞后,其土壤容重大于阴坡。土壤入渗率随入渗时间的变化符合i = at-b的乘幂形式,而土壤累计入渗量随入渗时间的变化符合I = a + bt + ct2的多项式。土壤初渗率和稳渗率随排矸年限增加而减小,并且与非毛管孔隙度相关显著,表明随矸石风化程度提高,非毛管孔隙度减小,其保水保肥性能提高。
(2)土壤化学性质演变。矸石山土壤有机质含量、水解N、速效P、速效K和电导率均随排矸年限的增加而递增。矸石山有机质含量普遍较高,而且由于阴坡植被较好,其含量高于排矸同期的阳坡。水解N、速效P和速效K的变化与有机质存在显著的线性相关关系,表明其含量与有机质积累关系密切。总体而言,速效N和速效P含量较低,速效K含量丰富,在矸石山整治利用时需增施N、P肥。土壤pH值随排矸年限的变化表现为先下降后小幅回升的趋势,渐趋中性,更有利于植物生长。
(3)小气候变化。由于坡向的作用,矸石山阳坡的气温日较差、月平均气温和地温均高于阴坡和农田,同一坡向排矸年限较短样地高于排矸年限较长的样地。而相对湿度的变化与气温的变化相反。生长季中当地盛行西南风和南风,使迎风面的阳坡风速大于阴坡,加剧了土壤蒸发,更加剧了阳坡空气干旱与土壤干旱局面的发展。
(4)生物多样性变化。本文的试验地孙家湾矸石山上存在着不同时间序列的植
This dissertation takes the gangue pile which under the natural vegetation rehabilitation from Fuxin Mining Area as the study object, through field investigation, observation on the spot and lab analysis, from soil physical and chemical properties, hydrology characteristics, microclimatic characteristics, species diversity and so on, to system research the succession characteristics of the habitat to different slope directions and to different dumping years, and using the principal component analysis method (PCA) to comprehensive evaluate the habitat quality of the gangue pile for the first time, in order to offer scientific basis for the utilization and ecological restoration of the gangue pile. The result shows as following:
(1) Succession of the soil physical properties. The profile characteristics of the gangue pile have three obvious layers: weathering surface layer, weakly weathering sub-surface layer and non-weathering layer, the transition is obvious, and the longer the dumping years, the thicker the weathering layer. The weathered material of gangue gets fine gradually with the increase of dumping years. The saturation moisture content, capillary moisture capacity and field moisture capacity increase with the increase of dumping years, the un-capillary porosity is opposite, which shows that the soil structure is improving. As the moisture condition of the shady slope is different from that of the sunny slope, which cause the different weathering and pedogenesis process of the gangue, leading to the parameters of moisture and capacity of sunny slope are lower than those of shady slope obviously. The soil bulk density decreases with the increase of dumping years, as the weathering speed of the sunny slope is lower, the value of soil bulk of the sunny slope is bigger than that of the shady slope with the same dumping year. The infiltration rate changes with the increase of time according with power format as i = at-b, and the accumulated infiltration capacity changes with the increase of time according with multinomial format
(1)土壤物理性质演变。煤矸石山土壤剖面具有明显的三个发生层次:即风化表层、弱风化亚表层和未风化矸石层,层次间过渡明显。排矸年限越长,风化层厚度越大。矸石风化物随排矸年限的增加呈逐渐细化的过程。其土壤饱和含水量、毛管持水量、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度随排矸年限的增加呈同步增长的态势,非毛管孔隙度则相反,表明土壤结构趋于改善。由于阴、阳坡水分条件的差异,并由此造成了矸石风化成土进程的差异,使得阳坡的水分和孔隙度参数明显低于阴坡。土壤容重随着排矸年限的增加而减小,排矸同期的阳坡由于风化滞后,其土壤容重大于阴坡。土壤入渗率随入渗时间的变化符合i = at-b的乘幂形式,而土壤累计入渗量随入渗时间的变化符合I = a + bt + ct2的多项式。土壤初渗率和稳渗率随排矸年限增加而减小,并且与非毛管孔隙度相关显著,表明随矸石风化程度提高,非毛管孔隙度减小,其保水保肥性能提高。
(2)土壤化学性质演变。矸石山土壤有机质含量、水解N、速效P、速效K和电导率均随排矸年限的增加而递增。矸石山有机质含量普遍较高,而且由于阴坡植被较好,其含量高于排矸同期的阳坡。水解N、速效P和速效K的变化与有机质存在显著的线性相关关系,表明其含量与有机质积累关系密切。总体而言,速效N和速效P含量较低,速效K含量丰富,在矸石山整治利用时需增施N、P肥。土壤pH值随排矸年限的变化表现为先下降后小幅回升的趋势,渐趋中性,更有利于植物生长。
(3)小气候变化。由于坡向的作用,矸石山阳坡的气温日较差、月平均气温和地温均高于阴坡和农田,同一坡向排矸年限较短样地高于排矸年限较长的样地。而相对湿度的变化与气温的变化相反。生长季中当地盛行西南风和南风,使迎风面的阳坡风速大于阴坡,加剧了土壤蒸发,更加剧了阳坡空气干旱与土壤干旱局面的发展。
(4)生物多样性变化。本文的试验地孙家湾矸石山上存在着不同时间序列的植
This dissertation takes the gangue pile which under the natural vegetation rehabilitation from Fuxin Mining Area as the study object, through field investigation, observation on the spot and lab analysis, from soil physical and chemical properties, hydrology characteristics, microclimatic characteristics, species diversity and so on, to system research the succession characteristics of the habitat to different slope directions and to different dumping years, and using the principal component analysis method (PCA) to comprehensive evaluate the habitat quality of the gangue pile for the first time, in order to offer scientific basis for the utilization and ecological restoration of the gangue pile. The result shows as following:
(1) Succession of the soil physical properties. The profile characteristics of the gangue pile have three obvious layers: weathering surface layer, weakly weathering sub-surface layer and non-weathering layer, the transition is obvious, and the longer the dumping years, the thicker the weathering layer. The weathered material of gangue gets fine gradually with the increase of dumping years. The saturation moisture content, capillary moisture capacity and field moisture capacity increase with the increase of dumping years, the un-capillary porosity is opposite, which shows that the soil structure is improving. As the moisture condition of the shady slope is different from that of the sunny slope, which cause the different weathering and pedogenesis process of the gangue, leading to the parameters of moisture and capacity of sunny slope are lower than those of shady slope obviously. The soil bulk density decreases with the increase of dumping years, as the weathering speed of the sunny slope is lower, the value of soil bulk of the sunny slope is bigger than that of the shady slope with the same dumping year. The infiltration rate changes with the increase of time according with power format as i = at-b, and the accumulated infiltration capacity changes with the increase of time according with multinomial format
引文
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