短期恢复下高寒矿区煤矸石山土壤变化特征研究

植物-土壤的相互作用是生态恢复学的主要研究方向之一,明确植被恢复对土壤性质的影响程度,对于合理设计人工恢复措施等意义重大。本研究通过在高寒矿区煤矸石山人工种植垂穗披碱草、冷地早熟禾、星星草,研究不同恢复年限下土壤氮、磷、钾、有机质、pH值、植被盖度变化特征及各指标之间的相关性。结果表明,随着恢复时间的延长,土壤全氮含量与恢复当年相比差异不显著,土壤全磷含量逐步增加,土壤全钾含量逐步下降。恢复4年与恢复当年相比,土壤全磷含量增加了17.39%(P<0.05)、土壤全钾下降了12.77%(P<0.05)。土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著下降,恢复4年与恢复当年相比分别下降了49.68%(P<0.05)、66.07%(P<0.05)、18.67%(P<0.05)。与恢复当年相比,恢复2和4年后土壤有机质含量分别提高了7.92%(P<0.05)、43.02%(P<0.05),增加趋势明显。pH值随着恢复时间的延长逐步增加,土壤由酸性逐步向中性过度。人工建植2、4年后盖度未发生明显变化。相关性分析表明,除全氮含量以外,绝大部分土壤营养元素之间相关性显著,植被盖度与土壤pH值之间呈负相关。结合当前研究结果,在高寒矿区煤矸石山人工建植过程中,需及时补充速效肥料,以满足地上植物生长需求。

山西左云县兴隆沟煤矿矸石山自然定居植物群落优势种种间关系研究

为了探明矸石山自然定居植物群落的物种组成和种间关系,采用χ2检验、Pearson相关系数、Spearman秩相关系数检验数量分析方法,对山西省左云县兴隆沟煤矿矸石山自然定居植物群落12个优势种组成的66个种对间的关联性进行了研究。结果表明:(1)χ2检验有30个种对呈正相关,36个种对呈负相关,正负关联比为0.83;Pearson相关系数检验有19个种对呈正相关,47个种对呈负相关,正负关联比为0.40;Spearman秩相关系数检验有29个种对呈正相关,37个种对呈负相关,正负关联比为0.78;与χ2检验和Pearson相关系数相比,Spearman秩相关系数检验具有较高的灵敏度。66个种对中负相关居多,达到极显著或显著的种对少,说明兴隆沟煤矿矸石山自然定居植被群落比较脆弱,群落结构简单,仍处于演替初、中期阶段;(2)优势种披碱草、沙生冰草和旱榆等种对间呈极显著正相关或正相关,它们为地带性分布植物种类,耐旱、耐寒、耐贫瘠,生态适应性强,可用于该区煤矸石山人工植被恢复的优选先锋物种进行混合种植;而优势种小叶杨与披碱草、沙生冰草等种对间呈负相关,在人工植被恢复中不宜混种;(3)根据Spearman秩相关系数结果,采用聚类分析方法,可将12个优势种群划分为3种生态种组。

阳泉矿区煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落优势种种间关系及生态位

为揭示煤矸石山不同人工植被下草本植物群落优势种种间关系和生态位特征。在植物样方调查的基础上,采用χ2检验、Pearson相关系数、Spearman秩相关系数以及生态位宽度和重叠分析方法,分析了山西阳煤五矿2003年复垦的煤矸石山不同植被下草本植物群落12个优势种种间关系。结果表明:(1)不同植被下草本植物群落12个优势种的正负关联比小于1,整体间呈现负相关,呈极显著和显著相关的种对较少,种间关系较松散、关联性差;(2)12个优势种划分成3个生态种组,导致其生态种组分化的主导因子为水分条件;(3)优势种种间关联程度与生态位重叠值具有一致性,但生态位宽度与重叠值无明显线性相关;(4)自然定居的草本植物白羊草、茵陈蒿和阿尔泰紫菀对煤矸石山恶劣生境的生态适应能力和生存竞争力较强。该复垦地不同植被下草本植物群落稳定性差,仍处于演替的初、中期阶段;自然定居的草本植物白羊草可作为未来煤矸石山生态恢复的优选先锋植物种,但人工种植的高羊茅与其呈负相关,故二者不宜混种。

宁武废弃煤矿矸石山自然定居植物群落数量分类与排序

应用双向指示种分析法(TWINSPAN)和除趋势对应分析法(DCA),对山西宁武县废弃煤矿矸石山自然定居植物群落生态关系进行研究,将该矸石山植物群落划分为7个群丛,其中5个群丛位于阳坡,分别以铁杆蒿、披碱草、小红菊、黄香草木樨等旱生植物为优势种;2个群丛位于阴坡,分别以老鹳草、苦荬菜、节节草等中生植物为优势种。样方和优势种的DCA排序结果表明,影响研究区矸石山自然定居群落物种分布的主要因素是土壤水分条件和坡向,其是对植物种的分布起关键作用的环境因子,群丛的分布与优势种的分布关系密切。

山西大同煤矸石山自然定居植物群落数量分类与排序分析

应用双向指示种分析法(TWlNSPAN)和除趋势对应分析法(DCA),对山西大同永定庄煤矸石山自然定居植物群落生态关系进行研究,将该矸石山81个样方划分为13个群丛,分别位于不同的海拔高度.DCA二维排序较好地验证了自然定居植物群落类型及优势种的分布与环境因子之间的关系,样方的DCA排序和优势种的DCA排序说明了矸石山表层养分含量、坡向是影响自然定居植物群落分布和变化的主要环境因子.81个样方的物种多样性指数与DCA第一、二轴的特征值有很好的相关性,说明了表层养分含量、坡向对矸石山自然定居植物群落的物种多样性影响显著.

峰峰矿区煤矸石山周边植物丛枝菌根真菌的侵染及Cd含量研究

研究了峰峰五矿、九龙矿、梧桐庄矿煤矸石山周边植物被丛枝菌根真菌侵染的情况,并采用石墨炉原子吸收分光光度法分别测定了植物和土壤中Cd的含量,通过计算转移系数和富集系数比较分析了它们对Cd的富集能力。结果表明:3个矿的煤矸石山周边共发现7科19属20种植物,分别是禾本科、菊科、桑科、萝藦科、藜科、蓼科和苋科植物,其中禾本科植物狗尾草数量最多。3个矿的植物均被丛枝菌根真菌侵染,形成菌根共生体,大多数植物侵染率和泡囊率均较低,狗尾草和萝藦的3个矿平均侵染率较高,狗尾草最高,为59.22%。3个矿的土壤中Cd含量大体相近,平均在1.778~2.066 mg·kg^-1,但植物地上部和地下部Cd含量差异较大。从植物地上部Cd含量来看,五矿和梧桐庄矿均为猪毛蒿最高,分别达到0.863和0.536 mg·kg^-1,含量最低的是虎尾草和马齿苋,仅为0.253和0.203 mg·kg^-1,前者分别是后者的3.41和2.64倍,差异显著。九龙矿中植物地上部Cd含量最高的是狗尾草,达到0.913 mg·kg^-1,显著高于其他植物,是含量最低的狗牙根的7.94倍。从植物地下部Cd含量来看,3个矿最高的均为狗尾草。从转移系数和富集系数来看,3个矿植物的转移系数均高于自身的富集系数,有些植物的转移系数超过1,但富集系数均小于1,其中,猪毛蒿和苦荞麦的转移系数较高,而富集系数则是猪毛蒿和狗尾草较高。优势植物的相关性分析得出丛枝菌根真菌的侵染促进了狗尾草根部从土壤中吸收富集Cd,从而有利于对重金属污染土壤的修复,为利用本土优势植物-丛枝菌根真菌修复重金属污染土壤提供参考。

山西大同矿区煤矸石山自然定居植物群落优势种种间关系

为探明煤矸石山自然定居植物群落优势种种间关系,本文采用χ2检验、Pearson相关系数和Spearman秩相关系数,对山西大同矿区煤矸石山自然定居植物群落中15个优势种105个种对的种间关系进行研究。结果表明:15个优势种间大部分种对的种间关联不显著,种间联结较为松散,说明大同矿区煤矸石山自然定居植物群落结构简单,仍处于演替初、中期阶段;优势种沙生冰草、披碱草与黄刺枚,黄刺枚、灌木铁线莲与旱榆之间呈极显著或显著正相关,它们为地带性分布植物种类,耐旱、耐寒、耐贫瘠,生态适应性强,可用于该区煤矸石山人工植被恢复的优选先锋物种进行混合种植。根据Spearman秩相关系数,将15个优势种群划分为3生态种组,土壤水分条件是导致其生态种组分化的主导因子。

山西阳泉矿区煤矸石山自然定居植物群落优势种种间关系

为揭示煤矸石山自然定居植物群落优势种的种间联结性,在野外样方调查的基础上,采用χ^2检验、Pearson相关检验和Spearman秩相关检验方法,研究阳泉矿区煤矸石山自然定居植物群落16个优势种的种间关系.结果表明：（i）120个种对中,χ^2检验与Pearson相关检验的正负关联比（分别为3.0和1.80）大于1,而Spearman秩相关检验的正负关联比（0.94）小于1;（ii）与χ~2检验和Pearson相关检验相比,Spearman秩相关检验的灵敏度高于Pearson相关检验,反映种间关系更准确;（iii）120个种对中呈不显著相关种对数明显大于极显著或显著相关种对,说明阳泉矿区煤矸石山自然定居植物群落的结构简单,仍处于演替初、中期阶段;（iiii）根据Spearman秩相关系数,将16个优势种分为3个生态种组,导致生态种组分化的主导因子是土壤水分条件.因此,在阳泉矿区煤矸石山植被恢复初期应以人工恢复为主,以加快其演替进程;优势种白羊草与臭椿、荆条与刺槐、杠柳与荆条或刺槐、臭椿与刺槐等5个种对间呈极显著或显著正相关,它们为耐旱、耐贫瘠、生态适应性强的先锋物种,可用于该区煤矸石山人工植被恢复的优选先锋物种进行混合种植.

阳泉矿区煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落生态关系

为揭示煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落与环境因子的关系，采用TWINSPAN分类、DcA排序和物种多样性分析方法，对阳泉矿区五矿2座不同复垦年限（2003年、2013年）煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落60个植物样方的数据进行分类、排序与物种多样性研究．结果显示：（1）TWINSPAN分类将该复垦地不同植被下草本植物群落分为12个群丛类型，群丛Ⅰ-Ⅴ位于复垦年限（2013）较短的矸石山，群丛Ⅵ-Ⅻ位于复垦年限（2003）较长的矸石山；（2）样方的DcA排序第一轴反映了复垦年限变化，沿DcA排序第一轴从左往右煤矸石山复垦年限逐渐缩短；DCA第二轴反映了复垦地地形的变化，沿DcA排序第二轴从上到下煤矸石山复垦地由平台-边坡；（3）不同植被下草本植物群丛的物种多样性表现为平台〉边坡（即群丛Ⅴ〉群丛Ⅱ、群丛Ⅶ〉群丛Ⅶ），乔木林下〉灌草丛下（群丛Ⅻ群丛Ⅵ），复垦年限较长的群丛Ⅻ〉复垦年限较短的群丛Ⅴ．本研究表明植被类型、复垦年限、地形对煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群丛物种多样性影响明显；随着复垦年限的增长，群丛向更加稳定、多样的方向更替．（图4表2参22）

山西左云县兴隆沟煤矸石山自然定居植物群落数量分类与排序

采用空间代替时间方法获得数据,应用双向指示种分析法(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)相结合的方法,对山西左云县兴隆沟煤矸石山自然定居植物群落进行分类和排序,将54个样方划分为8个群丛,即菊叶香藜群丛(Ass.Chenopodium foetidum)、旱榆-披碱草群丛(Ass.Ulmus glaucescens-Elymus dahuricus)、铁杆蒿+沙生冰草群丛(Ass.Artemisia sacrorum-Artemisia sieversiana)、黄刺玫群丛(Ass.Rosa xanthina)、野艾蒿+蒙古蒿群丛(Ass.Artemisia lavandulaefolia-Artemisia mongolica)、二裂委陵菜+披碱草群丛(Ass.Potentilla bifurca-Elymus dahuricus)、针茅+蒙古蒿群丛(Ass.Stipa capillata-Artemisia mongolica)、益母草群丛(Ass.Leonurus artemisia),分类结果很好地反映了植物群落类型的分布与环境因子之间的关系,并在DCA二维排序图上得到较好的验证。54个样方DCA排序表明,影响左云县兴隆沟煤矿矸石山自然定居的植物群落分布的主导环境因子是土壤水分、矸石堆积时间和坡向。

阳泉矿区煤矸石山复垦地不同植被根际土壤酶活性季节变化

为探究不同植被类型根际土壤性质的差异,揭示土壤酶活性与物理性质之间的相互关系,通过田间采样,测定土壤容重、含水量和酶活性(过氧化氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脲酶)等指标,分析山西阳泉矿区煤矸石山复垦地不同植被类型根际土壤物理性质和酶活性的季节变化(1、4、7和10月)特征.结果显示:经过人工植被恢复的根际土壤物理性质与酶活性要优于未种植裸地,其中种植在平台的侧柏林的土壤容重最低(1.07 g/cm3);垂柳林根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性最强,分别为0.20、0.80 mg g-1h-1,且含水量最高.下边坡混合种植的紫穗槐-高羊茅灌丛根际土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著高于上边坡.不同植被类型根际土壤酶活性季节变化特征明显,在土壤水分充足、温度波动小的季节根际土壤酶活性较高.根际土壤酶活性主要受土壤含水量影响.本研究表明垂柳是较侧柏和毛白杨更适用于煤矸石山平台种植的树种,而紫穗槐-高羊茅灌丛在下边坡恢复效果较好,可作为未来植被恢复的参考,促进矸石山生态系统稳定性维持.(图4表4参40)

潞安矿区煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落特征

采用植被数量分析方法、物种多样性和M.Gordon群落稳定性测定等方法,对山西潞安矿区两座不同恢复年限(3年和8年)的煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落特征进行研究.结果显示:(1)TWINSPAN分类将该复垦地不同植被下草本植物群落60个样方划分为两大类11个群丛类型,群丛Ⅰ-Ⅵ位于复垦年限较短(3年)的矸石山复垦地,群丛Ⅶ-Ⅺ位于恢复年限较长(8年)的矸石山复垦地;(2)60个样方的DCA第一排序轴(x轴)反映了不同植被下草本植物群丛类型的变化,DCA第二排序轴(y轴)反映了草本植物群丛恢复年限的变化;(3)随着恢复年限的增长,不同植被下草本植物群落物种多样性增加,但各群丛物种多样性因植被类型不同而异,以侧柏、刺槐、火炬为主的植被类型下草本植物恢复效果较好;(4)不同植被下草本植物群丛稳定性与其所在植被类型有关,11个草本植物群丛还不稳定.本研究表明潞安矿区煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落仍处于演替初期阶段,恢复年限、植被类型是影响其草本植物群落组成的主要因子,未来应加强对煤矸石山复垦地不同植被下草本植物群落演替动态的研究.