阜新矿区煤矸石山生境演变特征及其评价研究

论文摘要

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

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 煤矸石的组成特征
• 1.2.1 煤矸石的一般组成特征
• 1.2.1.1 煤矸石的岩石组成
• 1.2.1.2 煤矸石的矿物组成
• 1.2.1.3 煤矸石的化学组成
• 1.2.1.4 发热量
• 1.2.1.5 煤矸石活性
• 1.2.2 阜新矿区煤矸石的组成特征
• 1.2.2.1 岩石组成特征
• 1.2.2.2 矿物及化学组成特征
• 1.3 国内外煤矸石山生境演变特征及其评价研究现状
• 1.3.1 煤矸石风化物的理化性质及污染特性研究
• 1.3.1.1 煤矸石风化特征及其风化物机械组成
• 1.3.1.2 煤矸石风化物水分特性
• 1.3.1.3 煤矸石风化物盐分状况和酸碱度
• 1.3.1.4 煤矸石风化物养分状况
• 1.3.1.5 煤矸石风化物中重金属的活动性
• 1.3.1.6 煤矸石废弃地水污染研究
• 1.3.2 植被对煤矸石风化物特性影响的研究
• 1.3.2.1 植被对风化物理化性质的影响
• 1.3.2.2 植被对风化物中微生物活性的影响
• 1.3.2.3 植被对风化物中重金属的影响
• 1.3.2.4 煤矸石山复垦植物种选择研究
• 1.3.3 煤矸石山植被演替研究
• 1.3.4 煤矸石山生境质量演变评价研究
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 技术路线
• 2 研究区概况
• 2.1 研究区自然概况
• 2.1.1 地质
• 2.1.1.1 地质基础
• 2.1.1.2 矿区地质背景
• 2.1.2 地貌
• 2.1.3 气候
• 2.1.3.1 降水
• 2.1.3.2 日照
• 2.1.3.3 气温
• 2.1.3.4 风
• 2.1.3.5 农业气象灾害
• 2.1.4 水文
• 2.1.4.1 河流水系
• 2.1.4.2 水文地质
• 2.1.5 土壤
• 2.1.5.1 褐土
• 2.1.5.2 潮土
• 2.1.5.3 风沙土
• 2.1.5.4 盐渍土
• 2.1.5.5 草甸土
• 2.1.6 植被
• 2.1.7 矿产资源
• 2.2 研究区社会经济状况
• 2.2.1 人口与劳力
• 2.2.2 土地利用现状
• 2.2.3 社会经济状况
• 2.3 试验地布设
• 3 煤矸石山土壤物理性质演变研究
• 3.1 研究内容与方法
• 3.1.1 煤矸石山剖面特征及风化程度调查
• 3.1.2 土壤物理性质测定
• 3.1.2.1 土壤机械组成测定
• 3.1.2.2 土壤自然含水量测定
• 3.1.2.3 土壤容重测定
• 3.1.2.4 土壤水分物理性质参数测定
• 3.1.2.5 土壤孔隙度的计算
• 3.1.2.6 数据处理
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 煤矸石山土壤剖面特征
• 3.2.2 煤矸石山土壤机械组成演变
• 3.2.2.1 煤矸石山阴坡土壤机械组成演变
• 3.2.2.2 煤矸石山阳坡土壤机械组成演变
• 3.2.3 煤矸石山土壤水分物理性质演变
• 3.2.3.1 煤矸石山阴坡土壤水分物理性质演变
• 3.2.3.2 煤矸石山阳坡土壤水分物理性质演变
• 3.2.4 煤矸石山土壤孔隙度演变
• 3.2.4.1 煤矸石山阴坡土壤孔隙度演变
• 3.2.4.2 煤矸石山阳坡土壤孔隙度演变
• 3.2.5 煤矸石山土壤容重演变
• 3.2.5.1 煤矸石山阴坡土壤容重演变
• 3.2.5.2 煤矸石山阳坡土壤容重演变
• 3.3 小结
• 4 煤矸石山土壤化学性质演变研究
• 4.1 研究内容与方法
• 4.1.1 取样方法
• 4.1.2 分析内容和方法
• 4.1.3 数据处理
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 煤矸石山土壤有机质演变
• 4.2.1.1 煤矸石山阴坡土壤有机质演变
• 4.2.1.2 煤矸石山阳坡土壤有机质演变
• 4.2.2 煤矸石山土壤速效养分演变
• 4.2.2.1 煤矸石山土壤水解N 演变
• 4.2.2.2 煤矸石山土壤速效P 演变
• 4.2.2.3 煤矸石山土壤速效K 演变
• 4.2.3 煤矸石山土壤酸碱度演变
• 4.2.3.1 煤矸石山阴坡土壤酸碱度演变
• 4.2.3.2 煤矸石山阳坡土壤酸碱度演变
• 4.2.4 煤矸石山土壤电导率演变
• 4.2.4.1 煤矸石山阴坡土壤电导率演变
• 4.2.4.2 煤矸石山阳坡土壤电导率演变
• 4.3 小结
• 5 煤矸石山土壤入渗性能演变研究
• 5.1 研究内容与方法
• 5.1.1 野外土壤入渗观测方法
• 5.1.2 数据处理
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 煤矸石山阴坡土壤入渗性能演变
• 5.2.1.1 土壤入渗速率
• 5.2.1.2 土壤累计入渗量
• 5.2.2 煤矸石山阳坡土壤入渗性能演变
• 5.2.2.1 土壤入渗速率
• 5.2.2.2 土壤累计入渗量
• 5.3 小结
• 6 煤矸石山生境小气候演变研究
• 6.1 研究内容与方法
• 6.1.1 野外观测
• 6.1.1.1 地温观测
• 6.1.1.2 气温和空气相对湿度观测
• 6.1.1.3 水面蒸发量观测
• 6.1.1.4 风速观测
• 6.1.2 数据处理
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 煤矸石山空气温度变化
• 6.2.1.1 煤矸石山阴坡气温变化
• 6.2.1.2 煤矸石山阳坡气温变化
• 6.2.2 煤矸石山空气相对湿度变化
• 6.2.2.1 煤矸石山阴坡空气相对湿度变化
• 6.2.2.2 煤矸石山阳坡空气相对湿度变化
• 6.2.3 煤矸石山风速变化
• 6.2.3.1 煤矸石山阴坡风速变化
• 6.2.3.2 煤矸石山阳坡风速变化
• 6.2.4 煤矸石山水面蒸发变化
• 6.2.4.1 煤矸石山阴坡水面蒸发变化
• 6.2.4.2 煤矸石山阳坡水面蒸发变化
• 6.2.5 煤矸石山地温变化
• 6.2.5.1 煤矸石山阴坡地温变化
• 6.2.5.2 煤矸石山阳坡地温变化
• 6.3 小结
• 7 煤矸石山植被演替过程中物种多样性变化研究
• 7.1 研究内容与方法
• 7.1.1 样地调查
• 7.1.2 分析计算
• 7.1.2.1 群落重要值
• 7.1.2.2 α多样性指数
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 煤矸石山阴坡物种多样性变化
• 7.2.1.1 阴坡不同样地植物群落组成变化
• 7.2.1.2 阴坡不同样地草本层α多样性变化
• 7.2.2 煤矸石山阳坡物种多样性变化
• 7.2.2.1 阳坡不同样地植物群落组成变化
• 7.2.2.2 阳坡不同样地草本层α多样性变化
• 7.3 小结
• 8 煤矸石山生境质量演变综合评价
• 8.1 研究方法
• 8.1.1 评价指标体系
• 8.1.2 主成分分析法的步骤
• 8.1.3 数据分析
• 8.2 结果与分析
• 8.3 小结
• 9 结论与建议
• 9.1 结论
• 9.2 建议
• 图版
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单（2003-2006）
• 致谢
• 博硕士学位论文同意发表声明