中国北方煤矸石堆积地生态环境特征与植被建设研究

论文摘要

纵观国内外研究现状,尚无对煤矸石地植被演替规律的研究报道。本文以阜新、郑州、兖州和铜川矿务局矸石地为研究对象,以植被发生与演替理论、土壤发生理论为依据,通过资料查询、野外调查、室内分析测定相结合的方法,研究了矸石地生态环境特点、植被类型、改土效应及人工植被建设技术,揭示了矸石地植被演替规律。在矸石地类型划分、土壤重金属元素的污染评价、植被演替规律等方面进行了创新性探索。主要研究结果如下:（1）查明了我国北方四个煤矿区13个煤矿矸石堆积地的气候、土壤等自然条件特征,包括pH值、温度、湿度、有机质、N、P、K、S等理化性质和As、Hg、Cu、Zn、Cr、Pb元素含量等;分析了研究地区矸石堆积地生态环境的基本特点是气候干、土层薄、地温高、水分少、养分缺、重金属污染严重;指出各地矸石土壤均有不同程度的重金属污染,其中,铜川王家河矸石山Pb污染为3级;超化和米村As的污染为2级;除裴沟外,其它矸石地Hg均达到中度或强度污染。（2）采用模糊聚类方法将所有研究地矸石堆积地划分为七类,并查明了各类型的植被类型。同时,划分了立地类型,阐明了各类型植被分布的规律。（3）草本植物群落在矸石地上的演替过程,随时间推移一般要经历五个阶段:110 a为刺儿菜+早熟禾+反枝苋+车前群丛;1020 a为狗尾草+猪毛菜+马唐+打碗花+披碱草群丛;2030 a为紫草+香茅+狗尾草+萝摩+青蒿群丛;3040 a为黄蒿+苜蓿+稗+地锦草+蒺藜+艾蒿+早熟禾+夏枯草+苦荬菜群丛。40 a以上为狗尾草+狗牙根+苔草+大豆+番茄群丛。排矸终止30年后,群落开始趋于稳定。（4）在矸石地上植被的自然演替过程中,禾本科、菊科、豆科、蔷薇科、蓼科、十字花科植物起着巨大作用。物种丰富度指数、多样性指数以及均匀度指数达到最大值的时间,不同植被有很大差别。草本群落约为2030a,灌木群落为3040a,乔木群落估计约在100a左右。榆树和杠柳是植被自然演替过程中出现最早而且持续时间较长的木本植物,刺槐、侧柏、楝树、臭椿、紫穗槐、沙棘等是矸石山人工造林获得成功的树种。（5）植被恢复下的矸石堆积地的土壤养分含量基本上符合全国土壤养分五级标准的要求（速效N除外）;土壤中As、Hg、Cu、Zn、Cr、Pb的含量均低于裸露矸石地,且随着植被覆盖度增大而减少。植物吸收土壤中有毒元素的数量与植物种类、土壤中有毒元素含量、贮存状态、植物生长发育阶段等因素有关。以楝树和侧柏吸收量最大,其次是刺槐,再次是臭椿和白榆。（6）人工植被建设应先选择一些豆科类植物作为先锋植物;随着土壤肥力的提高和水分状况的改善,可逐步增植一些耐旱、耐瘠薄、抗污染性较强的多年生宿

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 煤矸石的组成和性质
• 1.1.1 煤矸石的组成
• 1.1.2 煤矸石的性质
• 1.1.3 煤矸石的综合利用
• 1.2 煤矸石的危害
• 1.2.1 矸石堆积占用大量土地
• 1.2.2 矸石自燃释放有害气体污染大气环境
• 1.2.3 污染地表水和地下水
• 1.2.4 污染土壤
• 1.2.5 危害人体健康及人民生命和财产安全
• 1.2.6 危害生态环境，破坏自然景观
• 1.3 煤矸石中的微量有毒元素
• 1.3.1 煤矸石中微量元素的来源及贮存状态
• 1.3.2 煤矸石中微量有毒元素的环境效应
• 1.4 煤矸石堆积地的景观生态恢复
• 1.4.1 煤矸石堆积地复垦理论与实践
• 1.4.2 煤矸石堆积地景观与生态恢复技术
• 1.5 煤矸石堆积地的生态建设模式
• 1.5.1 矸石山
• 1.5.2 排土场
• 1.6 研究的目的意义和主要内容
• 第2章 研究区域概况
• 2.1 研究地区的自然概况
• 2.2 各研究对象的基本情况
• 2.2.1 阜新矿业集团
• 2.2.2 郑煤集团
• 2.2.3 兖矿集团
• 2.2.4 铜川矿务局
• 2.3 各调查样地立地条件
• 2.4 研究材料与方法
• 2.4.1 材料
• 2.4.2 方法
• 第3章 矸石堆积地生态环境特征
• 3.1 土壤PH 值
• 3.2 土壤温度
• 3.3 土壤水分
• 3.4 土壤养分
• 3.5 毒性重金属元素
• 3.6 小结
• 第4章 矸石堆积地植被演替规律
• 4.1 煤矸石地类型及其植被特征
• 4.1.1 立地类型划分
• 4.1.2 不同立地类型的植被特征
• 4.1.3 海州露天矿排土场植被类型
• 4.2 矸石地植被演替规律
• 4.2.1 不同排矸终止时间下的草本植物多样性
• 4.2.2 不同演替阶段矸石地植物的多样性
• 4.2.3 不同生境条件下的植物物种多样性变化
• 4.3 矸石地植被演替的时空关系
• 4.3.1 不同排终止矸时期矸石地植物总属数、总种数的分布
• 4.3.2 不同排终止矸时期矸石地主要植物属数、种数的分布
• 4.3.3 不同排终止矸时期矸石地植物科、属、种数的动态变化
• 4.3.4 海州排土场不同时期植物生物量的变化
• 4.4 矸石地植被对土壤养分的影响
• 4.4.1 植被对矸石地土壤的作用效果
• 4.4.2 不同植被覆盖程度下的矸石地土壤养分状况
• 4.5 小结
• 第5章 有毒元素的污染及植被对有毒元素的吸收
• 5.1 矸石地土壤中微量有毒元素状况
• 5.2 矸石地重金属元素污染程度评价
• 5.3 矸石地有毒元素对周边环境的影响
• 5.3.1 矸石中有害元素对周围土壤的影响
• 5.3.2 矸石中有害元素对大气环境的影响
• 5.3.3 矸石中有害元素对地下水及地表水的影响
• 5.4 矸石地植被对土壤有毒元素的影响
• 5.4.1 不同植被覆盖程度下矸石地有毒元素
• 5.4.2 同一植物在不同矿区吸收微量有毒元素的特征
• 5.4.3 不同种类植物在同一矿区吸收微量有毒元素的特征
• 5.4.4 同一植物在矸石地和本底土壤上吸收有毒元素的特征
• 5.5 小结
• 第6章 矸石堆积地植被建设
• 6.1 植物材料选择
• 6.1.1 植被选择原则
• 6.1.2 抗污染乡土植物资源
• 6.2 高效配置模式
• 6.2.1 排土场
• 6.2.2 矸石山
• 6.3 建设技术
• 6 3.1 矸石地土壤改良措施
• 6.3.2 矸石地的植被建设技术
• 6.4 小结
• 第7章 结论
• 7.1 北方矸石地生态环境基本特点
• 7.2 矸石地重金属元素污染评价
• 7.3 矸石地及其植被类型划分
• 7.4 矸石地植被演替规律
• 7.5 植被的改土效应及抗污染作用
• 7.6 矸石地植被建设技术
• 参考文献
• 个人简介
• 在读期间获得成果目录清单
• 导师简介
• 致谢
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