北京铁矿废弃地植被恢复技术与效应研究

论文摘要

北京铁矿开采形成的废弃地水土流失严重、生态系统退化,直接影响了矿山及周边居民的生产生活,严重制约了区域经济可持续发展,对铁矿废弃地进行植被恢复是首都生态涵养发展带生态环境建设的迫切需要。通过对具有典型代表性的北京首云铁矿的地形、地貌、植被、土壤等进行调查,采用空间代替时间的方法,对矿山废弃地的植被、土壤理化性质及植被恢复生态效应进行分析,了解矿山废弃地植被恢复的演替动态,研究适宜土壤改良和乡土植物品种选配技术,结果表明:（1）在尾矿砂阳坡缓坡、碎石夹微土阳坡缓坡、土石混合物阳坡缓坡覆盖10cm山皮土结合栽种适生植物,在裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡采用合理配置基质和植物种子进行挂网喷播,使得各立地类型土壤结构和土壤肥力状况均有不同程度的改善。随着植物生长对土壤肥力的消耗,需要结合适当的培肥措施促进植被恢复。（2）土壤种子库特征分析表明,尾矿砂阳坡缓坡和碎石夹微土阳坡缓坡土壤种子库植物种类均较少,均为草本植物,且地上植被与土壤种子库之间差异较大。（3）不同立地类型矿山废弃地的人工恢复植被主要包含禾本科、豆科和菊科,一二年生草本植物所占比例较大。碎石夹微土阳坡缓坡自然恢复20年内,由优势种不明显的灌草群落演替为以荆条为优势种的灌草群落。裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡自然恢复10年和自然恢复20年群落,喜阳、耐旱的乔木是群落中优势物种。自然恢复30年群落,荆条为群落优势物种。土石混合物阳坡缓坡自然定居的植物中草本植物较多。（4）尾矿砂阳坡缓坡人工恢复1年植物群落与棕壤阳坡缓坡植物群落物种丰富度差异显著,人工恢复3年植物群落与棕壤阳坡缓坡植物群落物种丰富度差异极显著,人工恢复4年植物群落与棕壤阳坡缓坡植物群落Simpson多样性指数差异显著。以棕壤阳坡缓坡植物群落为参照,尾矿砂阳坡缓坡植物群落β多样性指数大小顺序为:人工恢复4年＞人工恢复3年＞人工恢复1年＞人工恢复10年。人工植被恢复10年内7个主要物种分组结果为:波斯菊、稗草2个物种为衰退种组;沙打旺为过渡种组;黄花蒿、狗尾草、紫穗槐、荆条4个物种为进展种组。碎石夹微土阳坡缓坡自然恢复和人工恢复植物群落物种丰富度指数随恢复时间增加而减小,其它3个多样性指数随恢复时间增加而增加。以棕壤阳坡缓坡植物群落为参照,碎石夹微土阳坡缓坡植物群落β多样性指数大小顺序为:人工恢复1年＞自然恢复10年＞人工恢复2年＞自然恢复20年。人工和自然植被恢复20年内8个主要物种分组结果为:波斯菊、苋草、猪毛蒿3个物种为衰退种组;紫花苜蓿、稗草、狗尾草、籽蒿4个物种为过渡种组;荆条为进展种组。裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡自然恢复群落α多样性随恢复时间增加而呈波动变化。人工恢复植被的多项多样性指数均明显高于棕壤阳坡缓坡植物群落多样性水平。以棕壤阳坡缓坡植物群落为参照,裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡植物群落β多样性指数大小顺序为:自然恢复10年＞人工恢复2年＞自然恢复20年＞自然恢复30年。人工和自然植被恢复30年内11种主要物种分组结果为:马唐、苋草、籽蒿、狗尾草、苍耳5个物种为衰退种组;白蒿、青杨2个物种为过渡种组;臭椿、猪毛蒿、榆树、荆条4个物种为进展种组。土石混合物阳坡缓坡植物群落α多样性明显高于棕壤阳坡缓坡植物群落多样性。以棕壤阳坡缓坡植物群落为参照,土石混合物阳坡缓坡β多样性指数大小顺序为:人工恢复2年＞自然恢复10年＞人工恢复1年。人工和自然植被恢复10年内7种主要物种分组结果为:狗尾草、紫花苜蓿2个物种划为衰退种组;铁杆蒿划为过渡种组;荆条、侧柏、藜、油松4个物种划为进展种组。（5）根据TWINSPAN对矿山废弃地自然和人工植物群落类型进行划分结果分析其生态效应:自然恢复群落与棕壤阳坡缓坡植物群落相似性大小顺序为臭椿群落＞荆条-狐尾草群落＞榆树-白蒿群落＞狗尾草-籽蒿群落＞苋草-灰绿藜群落。苋草-灰绿藜群落土壤容重和pH值最小、狗尾草-籽蒿群落土壤有机质、全氮和速效钾最大、榆树-白蒿群落土壤速效磷最大。人工恢复群落与棕壤阳坡缓坡植物群落相似性大小顺序为狗尾草-臭椿群落＞紫穗槐-锦鸡儿＞紫花苜蓿-刺槐群落＞波斯菊-狼尾草群落＞沙打旺群落＞黑麦草-萱草群落。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外矿山开采现状
• 1.3 矿山开采的生态环境影响
• 1.4 国内外矿山废弃地生态植被恢复研究概况
• 1.4.1 矿山废弃地及其生态恢复
• 1.4.2 国内外矿山废弃地生态恢复历史进程
• 1.4.3 国内外矿山废弃地生态恢复理论与技术研究进展
• 1.4.4 国内外矿业废弃地植被恢复存在问题与发展趋势
• 1.5 矿山废弃地植被恢复主要限制性因子
• 1.5.1 土壤物理结构
• 1.5.2 土壤肥力
• 1.5.3 土壤pH值
• 1.5.4 重金属含量
• 1.6 本论文解决的问题
• 2 研究区概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 水文
• 2.1.4 气象
• 2.1.5 地质
• 2.1.6 植被
• 2.1.7 土壤
• 2.2 社会经济概况
• 2.3 矿山开采及平面布局
• 2.3.1 矿山开采与建设
• 2.3.2 矿山组成与平面布局
• 3 研究方法
• 3.1 研究技术路线
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 资料收集与野外调查
• 3.2.2 数据分析处理
• 4 矿山废弃地立地类型划分与植被恢复
• 4.1 矿山废弃地立地类型划分
• 4.1.1 立地类型划分方法
• 4.1.2 立地类型划分因子
• 4.1.3 立地类型划分
• 4.2 矿山不同立地类型植被恢复
• 4.2.1 矿山不同立地类型自然植被恢复
• 4.2.2 矿山不同立地类型人工植被恢复
• 5 矿山不同立地类型土壤（母质）理化性质研究
• 5.1 棕壤阳坡缓坡土壤理化性质
• 5.2 尾矿砂阳坡缓坡土壤（母质）的理化性质
• 5.2.1 尾矿砂阳坡缓坡无客土改良土壤理化性质动态分析
• 5.2.2 尾矿砂阳坡缓坡客土改良后土壤理化性质分析
• 5.2.3 尾矿砂阳坡缓坡不同恢复方式土壤理化性质对比分析
• 5.3 碎石夹微土阳坡缓坡土壤（母质）的理化性质
• 5.3.1 碎石夹微土阳坡缓坡自然恢复土壤理化性质动态分析
• 5.3.2 碎石夹微土阳坡缓坡客土改良土壤理化性质动态分析
• 5.3.3 碎石夹微土阳坡缓坡不同恢复方式土壤理化性质对比分析
• 5.4 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡土壤（母质）的理化性质
• 5.4.1 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡自然恢复土壤理化性质动态分析
• 5.4.2 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡客土改良土壤理化性质
• 5.4.3 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡不同恢复方式土壤理化性质对比分析
• 5.5 土石混合物阳坡缓坡土壤的理化性质
• 5.5.1 土石混合物阳坡缓坡自然恢复土壤理化性质
• 5.5.2 土石混合物阳坡缓坡客土改良土壤理化性质动态分析
• 5.5.3 土石混合物阳坡缓坡不同恢复方式土壤理化性质对比分析
• 5.6 小结
• 6 矿山不同立地类型废弃地土壤种子库特征研究
• 6.1 不同立地类型废弃地土壤种子库种类组成和种子密度
• 6.1.1 尾矿砂阳坡缓坡土壤种子库的种类组成和种子密度
• 6.1.2 碎石夹微土阳坡缓坡土壤种子库的种类组成和种子密度
• 6.1.3 不同立地类型土壤种子库的种类组成和种子密度比较
• 6.2 不同立地类型废弃地土壤种子库垂直分布规律
• 6.2.1 尾矿砂阳坡缓坡土壤种子库垂直分布规律
• 6.2.2 碎石夹微土阳坡缓坡土壤种子库的垂直分布规律
• 6.2.3 不同立地类型废弃地土壤种子库的垂直分布比较
• 6.3 不同立地类型废弃地土壤种子库多样性
• 6.3.1 尾矿砂阳坡缓坡土壤种子库的物种多样性
• 6.3.2 碎石夹微土阳坡缓坡土壤种子库的物种多样性
• 6.3.3 不同立地类型废弃地土壤种子库的物种多样性对比
• 6.4 土壤种子库与地上植被的关系
• 6.4.1 尾矿砂阳坡缓坡土壤种子库与地上植被的关系
• 6.4.2 碎石夹微土阳坡缓坡土壤种子库与地上植被的关系
• 6.5 小结
• 7 矿山不同立地类型植被特征研究
• 7.1 棕壤阳坡缓坡植物群落植被特征
• 7.1.1 植物群落物种组成
• 7.1.2 植物群落物种多样性
• 7.1.3 植物群落物种生态位分析
• 7.2 不同立地类型废弃地植物群落物种变化分析
• 7.2.1 尾矿砂阳坡缓坡植物群落物种变化
• 7.2.2 碎石夹微土阳坡缓坡植物群落物种变化
• 7.2.3 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡植物群落物种变化
• 7.2.4 土石混合物阳坡缓坡植物群落物种变化
• 7.3 不同立地类型废弃地植物群落生物多样性变化特征
• 7.3.1 尾矿砂阳坡缓坡植物群落生物多样性变化特征
• 7.3.2 碎石夹微土阳坡缓坡植物群落生物多样性变化特征
• 7.3.3 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡植物群落生物多样性变化特征
• 7.3.4 土石混合物阳坡缓坡植物群落生物多样性变化特征
• 7.4 不同立地类型废弃地植物种群生态位分析
• 7.4.1 尾矿砂阳坡缓坡植物种群生态位分析
• 7.4.2 碎石夹微土阳坡缓坡植物种群生态位分析
• 7.4.3 裂隙裸岩及风化物阳坡陡坡植物种群生态位分析
• 7.4.4 土石混合物阳坡缓坡植物种群生态位分析
• 7.5 小结
• 8 矿山废弃地自然恢复生态效应研究
• 8.1 植物群落特征及数量分类排序
• 8.1.1 自然恢复植物群落特征
• 8.1.2 自然恢复植物群落数量分类
• 8.2 植物群落的多样性及物种生态位研究
• 8.2.1 各类群落的α多样性特征
• 8.2.2 植物群落β多样性指数分析
• 8.2.3 各类群落主要种生态位分析
• 8.3 各类群落的土壤理化性质及植物对土壤改良效应研究
• 8.3.1 各类群落的土壤理化性质
• 8.3.2 物种自然侵入对矿山废弃地土壤改良效应研究
• 8.4 小结
• 9 矿山废弃地人工恢复生态效应研究
• 9.1 植物群落特征及数量分类排序
• 9.1.1 人工恢复植物群落特征
• 9.1.2 人工恢复植物群落数量分类
• 9.2 植物群落的多样性及物种生态位研究
• 9.2.1 各类群落的α多样性特征
• 9.2.2 植物群落β多样性指数分析
• 9.2.3 各类群落主要种生态位分析
• 9.3 各类群落的土壤理化性质
• 9.4 小结
• 10 结论与讨论
• 10.1 结论
• 10.2 讨论
• 参考文献
• 附录1:样地概况
• APPENDICES 1: GENERAL SITUATIONS OF SIMPLES
• 附录2:植物名录
• APPENDICES 2: PLANT LIST
• 个人简介
• 导师简介
• 在读期间获得成果目录清单
• 致谢