APP下载

不同植被对晋陕蒙矿区排土场土壤养分16 a恢复程度的影响

2016-12-19王晓琳王丽梅张晓媛马江波郑纪勇张兴昌

农业工程学报 2016年9期
关键词:芒草纯林排土场

王晓琳,王丽梅,张晓媛,马江波,郑纪勇,2※,张兴昌,2

(1. 西北农林科技大学资源环境学院,杨凌 712100;2. 中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀和旱地农业国家重点实验室,杨凌 712100)

不同植被对晋陕蒙矿区排土场土壤养分16 a恢复程度的影响

王晓琳1,王丽梅1,张晓媛1,马江波1,郑纪勇1,2※,张兴昌1,2

(1. 西北农林科技大学资源环境学院,杨凌 712100;2. 中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀和旱地农业国家重点实验室,杨凌 712100)

为评价晋陕蒙矿区排土场土地复垦过程中不同植被措施对土壤肥力的恢复作用及程度,在内蒙古准格尔旗黑岱沟煤矿东排土场,分别选取已恢复16 a的7种不同人工植被(沙打旺、长芒草、紫穗槐+长芒草、刺槐林、沙棘林、杨树林、樟子松),并以周边原地貌条件下两种植被(退耕梯田长芒草、自然坡地沙棘林)为对照,分析了不同植被条件下0~10、>10~20、>20~40 cm土层土壤全氮、有机碳、硝态氮以及铵态氮的含量及其差异。结果表明:1)9种植被配置中除樟子松地和沙打旺草地外,土壤养分含量均随深度增加而递减。2)经过近16 a植被修复后,7种人工植被不同程度地改善了土壤肥力状况,其中刺槐纯林配置的恢复效果最佳,土壤肥力恢复程度接近或超过原地貌条件下植被的50%,沙棘次之。杨树和樟子松两种配置对土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复效果相对较差,恢复程度均不超过40%。7种不同植被措施对土壤铵态氮的恢复程度相对较好,分别恢复到自然植被长芒草样地和自然植被沙棘样地的79.50%~93.77%,89.47%~105.70%。土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复程度则相对较低,分别恢复到自然植被长芒草样地的24.70%~44.15%、25.09%~44.65%、47.25%~85.33%;分别恢复到自然植被沙棘样地的33.52%~56.85%、32.83%~54.82%、47.18%~84.66%。总之,尽管经过近16 a的复垦,7种人工植被下的土壤养分状况尚未完全恢复到该地区自然水平,但仍可认为该地区进行生态修复时可优先选择以刺槐为主的豆科乔木、以沙棘为主的灌木、以及长芒草等草本植物,并进行适当的套种、间种,以增强复垦效果。

土壤;养分;有机碳;土地复垦;恢复程度;植被措施;土壤养分

0 引言

晋陕蒙接壤区既是中国重要煤炭能源基地,也是中国水土流失严重的生态环境脆弱区。近些年来该区大规模地表剥离式的露天开采严重破坏了原有地貌和生态系统,严重限制了该地区社会经济的可持续发展[1-2]。据调查,露天开采每万吨煤破坏土地0.24 hm2,其中直接挖掘破坏土地占33%,外排土场占用土地67%[3]。排土场是在露天煤矿开采过程中形成的巨型特殊地貌,由大量剥离物人工堆垫形成。作为新构土体,排土场土壤与自然土壤相比,养分贫瘠,结构性差,严重阻碍植物生长[4-6]。目前,如何快速恢复排土场植被和土壤质量成为当前矿区生态系统恢复和土地复垦研究中的重要内容。

植被恢复与重建有利于促进土壤发育,改善土壤特性,提高土壤肥力[7-8]。不同植被类型对土地改良效果不同[9]。选择适宜的植物种类进行植被恢复,是整个生态恢复工作的一个重要环节[10]。植被系统具有较强的养分表层富集功能[11-12]。文月荣等[3]提出不同人工林地恢复模式对表层土壤有机碳提高效果明显。巩杰等[12]提出人工栽植灌木对土壤的培肥作用高于乔木。胡宜刚等[13]的研究表明黑岱沟排土场土壤养分含量受植被配置类型影响显著,并指出混播有豆科牧草的纯草本配置对土壤有机质、全氮、硝态氮恢复程度较好。Frouz等[14]发现植被在矿区生态系统演替过程中发挥着重要的作用。李鹏飞等[15]提出沙棘+锦鸡儿混交模式下土壤质量综合评价值最高。李俊超等[8]通过研究不同植被恢复模式下土壤有机碳(soil organic carbon, SOC )分布及碳储量变化,发现草地固碳速率是林地的2.2倍。

黑岱沟露天煤矿东排土场自1997年以来,采用不同人工植被配置措施开展矿区的生态恢复与重建。许多研究表明不同植被模式可不同程度地改善土壤养分状况,但不同植被配置下土壤养分恢复程度如何尚不明确。本文以排土场周边原地貌条件下土壤养分为对照,通过测定不同人工植被建设下的土壤养分(全氮、有机碳、硝态氮、铵态氮)评价黑岱沟露天煤矿东排土场经过近16 a复垦后土壤肥力恢复程度,以期从土壤养分恢复角度筛选出对土壤质量恢复最为有效的植被类型,并为露天煤矿排土场植被恢复物种配置提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黑岱沟露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔煤田中部,地处黄河西岸,地理坐标为111°13′~111°20′ E,39°43′~39°49′ N,海拔在1 025~1 302 m之间。黑岱沟露天煤矿占地5 124 hm2,其中外排土场占地629 hm2,内排土场和采场占地4 239 hm2,工业广场占地259 hm2。原地地貌类型为典型的黄土丘陵沟壑区,因受强烈侵蚀影响,矿区内土壤地带性不明显,非地带性土壤—黄绵土分布广泛,该地区地带性植被为本氏针茅(Stipa bungeana)草原,属暖温型草原带。植被稀疏、低矮,盖度一般在25%以下,天然植被破坏殆尽。目前以人工植被占主导地位,天然植被呈零散分布。主要的人工植被配置模式可分为乔木型、乔—灌型、乔—草型、乔—灌—草型和草本型共5种类型。

1.2 土样采集与分析

黑岱沟露天煤矿东排土场占地面积2.75 km2,各林地类型呈面积不等的单块状分布。土壤采样时间为2012年10月,在东排土场分别选取P1:沙打旺为主的草地(Astragalus adsurgens)、P2:长芒草为主的草地(Stipa bungeana)、P3:灌木紫穗槐和长芒草地(Amorpha fruticosa and Stipa bungeana)、P4:刺槐纯林地(Robinia pseudoacacia)、P5:沙棘纯林地(Hippophae rhamnoides)、P6:杨树纯林地(Poplar)、P7:樟子松地(Pinus sylvestris var mongolica Litv)、P8:长芒草为主的退耕梯田(natural Stipa bungeana)和P9:自然坡地沙棘林(natural Hippophae rhamnoides)9个样区作为研究区域。为保证所采样品具有代表性,每个林地随机选取3块样地,每样地设置一个20 m×20 m样方,按三角形设置三个样点。采集工具为水保所自制土钻,采集深度为40 cm,0~20 cm范围内每10 cm采集一个样品,>20~40 cm范围内采集一个样品。将采集的土样带回试验站,进行风干,风干后剔除杂质和植物根系再分别过1和0.25 mm筛,装袋贮藏备用。有机碳测定采用重铬酸钾容量法,硝态氮、铵态氮测定采用氯化钾浸提法,全氮测定采用半微量凯氏法—全自动凯氏定氮仪测定。

本试验采用SPSS19.0和Excel 2013软件进行处理与分析,各样地不同植被类型对土壤的理化性质的影响通过方差分析及Duncan多重比较分析检查在P<0.05水平下的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 植被恢复类型对土壤全氮的影响

不同植被配置下,土壤全氮含量随着土壤深度的变化特征如图1,可以看出0~40 cm层次养分含量随深度增加递减,9种植被类型对土壤全氮均有表层聚集作用。在0~10、>10~20和>20~40 cm土层,不同植被配置下土壤全氮含量与两种自然条件下的植被之间均差异显著(P<0.05)。0~10 cm土层,7种人工植被措施中,除长芒草草地外,刺槐纯林下的土壤全氮含量显著高于其他五种人工植被(P<0.05),表明刺槐纯林对表层土壤全氮有较强的改善作用。>10~20 cm土层与>20~40 cm土层,7种人工植被类型间均差异不显著。两种自然植被下土壤全氮含量在0~10 cm土层,差异不显著,在>10~20 cm土层与>20~40 cm土层,均表现出长芒草(退耕梯田)下土壤全氮含量显著高于自然坡地沙棘林。

图1 不同植被类型下不同土壤层次的全氮含量Fig.1 Total nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

在0~40 cm土层,自然长芒草(退耕梯田)与自然坡地沙棘林的土壤全氮含量显著高于其他7种人工植被类型下的土壤全氮含量。与自然植被相比,复垦区不同人工植被措施下的土壤全氮尚未恢复到该地区自然水平,其中刺槐纯林对排土场土壤改良效果相对较好。

2.2 不同植被类型对土壤有机碳的影响

由图2可以看出,0~10 cm土层,不同植被恢复模式下,土壤有机碳含量表现为自然坡地沙棘林>长芒草为主的退耕梯田>刺槐纯林>长芒草草地>灌木紫穗槐和长芒草地>沙棘纯林>沙打旺草地>杨树纯林>樟子松地,7种人工植被下土壤有机碳含量均显著低于两种自然条件下的植被。沙打旺为主的草地、长芒草为主的草地、灌木紫穗槐和长芒草地、刺槐纯林地、沙棘纯林地五种植被配置下土壤有机碳差异不显著,长芒草草地、灌木紫穗槐与长芒草和刺槐纯林三种植被类型下土壤有机碳含量显著高于杨树纯林与樟子松,这表明除刺槐外,灌木、草以及灌木+草的恢复模式对比单一乔木种植对表层土壤有机碳的修复效果较好。>10~20 cm土层和>20~40 cm土层,7种人工植被下土壤有机碳含量差异并不显著,但均显著低于两种自然条件下的植被。在0~10 cm土层,两种自然植被配置下土壤有机碳含量差异不显著,在>10~20 cm土层与>20~40 cm土层,均表现出长芒草(退耕梯田)下土壤有机碳含量显著高于自然坡地沙棘林。

图2 不同植被类型下不同土壤层次的有机碳含量Fig.2 Soil organic carbon in different soil layers under different types of vegetation

9种人工植被对土壤有机碳存在不同程度的表层聚集作用,排土场人为建设植被对土壤有机碳含量的恢复尚未达到自然条件下(即P8、P9)的土壤。综合来看,7种人工植被对有机碳含量提高效果较好的是刺槐纯林、长芒草、灌木紫穗槐与长芒草。两种自然条件下的植被在>10~20 cm土层与>20~40 cm土层也表现出长芒草地(退耕梯田)土壤有机碳含量显著高于自然坡地沙棘林。说明刺槐和长芒草对排土场土壤改良效果较好,同时灌木+草(灌木紫穗槐与长芒草)混交模式改良效果也较好。

2.3 不同植被类型对土壤硝态氮的影响

由图3可以看出,0~10 cm土层,灌木紫穗槐与长芒草、刺槐纯林和沙棘林对排土场土壤改良效果相对较好,刺槐纯林下土壤硝态氮含量与自然植被长芒草无显著差异。>10~20 cm土层,刺槐纯林下土壤硝态氮的含量显著高于其他六种人工植被,并与两种自然条件下植被土壤硝态氮无显著差异,表明刺槐纯林对土壤改良效果较好。>20~40 cm土层,刺槐纯林下土壤的硝态氮含量与自然坡地沙棘林差异不显著,但显著低于自然条件下长芒草植被配置。0~10 cm土层,自然植被长芒草下土壤硝态氮含量显著低于自然坡地沙棘林;>10~20 cm土层与>20~40 cm土层,均表现出长芒草地(退耕梯田)土壤硝态氮含量与自然坡地沙棘林无显著差异。0~40 cm土层7种人工植被配置中,刺槐纯林对土壤硝态氮的修复基本上恢复到了自然条件下的样地水平。

图3 不同植被类型下不同土壤层次的硝态氮含量Fig.3 Nitrate nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

2.4 不同植被类型对土壤铵态氮的影响

由图4可知,除>10~20 cm土层外,0~10 cm土层与>20~40 cm土层,9种植被配置下土壤铵态氮含量无显著性差异,这表明7种人工植被措施下黑岱沟东排土场经过近16 a的修复,土壤铵态氮基本得到恢复。>10~20 cm土层,除樟子松外,其他6种人工植被与两种自然植被下土壤铵态氮含量无显著差异,樟子松下土壤铵态氮含量则显著高于自然坡地沙棘林,说明樟子松对土壤铵态氮的修复效果较好。

图4 不同植被类型下不同土壤层次的铵态氮含量Fig.4 Ammonium nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

2.5 不同人工植被下土壤养分恢复程度

以两种自然条件下植被为参考,黑岱沟东排土场经过近16 a的生态恢复,各人工植被配置模式下0~40 cm土壤全氮、有机碳、硝态氮、铵态氮分别恢复到自然植被长芒草样地的24.70%~44.15%、25.09%~44.65%、47.25%~85.33%、79.50%~93.77%;分别恢复到自然植被沙棘样地的33.52%~56.85%、32.83%~54.82%、47.18%~84.66%、89.47%~105.70%。7种植被配置下土壤铵态氮的平均恢复程度分别达到自然植被长芒草样地和沙棘林样地的86.31%、96.61%,高于硝态氮(59.56%、59.06%)、有机碳(35.29%、43.97%)和全氮(32.76%、43.13%),从改善土壤铵态氮效果角度分析,0~40 cm土层,沙棘纯林、樟子松下土壤铵态氮的平均恢复程度相对较高,刺槐纯林次之。

刺槐纯林下0~40 cm土层土壤全氮、有机碳、硝态氮、铵态氮分别恢复到退耕梯田长芒草样地的44.15%、44.65%、85.33%、93.77%,以自然坡地沙棘林为参考,恢复程度分别为56.85%、54.82%、84.66%、105.70%,刺槐林下土壤肥力恢复程度接近或超过原地貌条件下两种植被的50%。沙棘林地恢复状况仅次于刺槐林地,表现为0~40 cm土层土壤全氮、有机碳、硝态氮、铵态氮分别恢复到退耕梯田长芒草样地的35.82%、42.41%、85.33%、93.64%,以自然坡地沙棘林为参考,恢复程度分别为47.81%、54.56%、60.10%、104.55%。以退耕梯田长芒草样地为对照,杨树林地和樟子松林地对0~40 cm土层土壤全氮、有机碳的恢复程度不超过30%;以自然坡地沙棘林为参考,杨树林地、樟子松林地的恢复程度均不超过40%。0~40 cm土层,7种人工植被配置下土壤硝态氮恢复程度均接近或超过50%。

以上结果表明,7种人工植被不同程度地改善了土壤肥力状况,其中刺槐纯林配置的恢复效果最佳,沙棘次之,杨树和樟子松两种模式对土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复效果相对较差。晋陕蒙矿区土地复垦过程中不同植被措施对土壤铵态氮的恢复程度相对较高。

3 讨论

研究结果显示:对黑岱沟露天煤矿东排土场进行人工植被建设近16 a后,其表层土壤全氮、硝态氮、土壤有机碳均未达到自然条件下的土壤水平,但其铵态氮恢复程度接近自然条件下的土壤水平。本研究表明,0~10 cm土层刺槐纯林中有机碳、全氮、硝态氮、含量均显著高于其他人工植被配置,表明刺槐纯林模式对改善排土场土壤质量状况效果较好,原因可能是刺槐属豆科植物,能进行生物固氮作用,从而提高了土壤中的氮素含量,且刺槐为落叶阔叶乔木,冬季落叶可作为绿肥,增加土壤中的有机碳含量。刺槐的主根不发达,水平根系分布较浅,因此土壤中有机碳和全氮均聚集在表层(0~10 cm)。0~40 cm土层,7种人工植被配置中,刺槐纯林对土壤硝态氮、铵态氮的修复效果基本上达到了自然条件下的土壤,这是因为造林后,进入土壤的新鲜凋落物矿化后可释放大量铵态氮和硝态氮,树木根系及微生物的分泌物中也含有许多易分解的简单有机态氮,因而,在土壤全氮储量明显增加的同时,碱解氮增加更为明显。本研究也表明有机碳与全氮分布具有较高的一致性,这与前人研究结果一致[16-17],原因是土壤氮素主要取决于生物量的积累和土壤有机质分解的强度[13]。0~10 cm土层,沙棘纯林对土壤有机碳、硝态氮恢复效果相对较好。从恢复程度角度分析,0~40 cm沙棘纯林对土壤养分恢复程度仅次于刺槐纯林,这是因为沙棘纯林属落叶灌木,生长迅速,适应性强,地上生长量大,根系密集于表层,根系腐烂物和分泌物较多,使得有机质含量增加,且沙棘可以共生固氮,硝化细菌含量多[18],在消耗大量的氮及其他营养元素的同时又通过固氮作用维持土壤养分平衡。长芒草为主的草地对0~10 cm土壤有机碳有着明显的改善作用,灌木紫穗槐与长芒草混交模式对改善土壤有机碳产生良好效果。胡宜刚等[13]的研究认为黑岱沟矿区排土场早期土壤恢复可以首选纯草本配置模式。张俊华等[19]研究表明,草地对有机碳的恢复效果好于灌木和乔木。本试验两种自然植被下土壤有机碳、全氮含量在0~10 cm土层差异不显著,在>10~20 cm土层与>20~40 cm土层,均表现出长芒草(退耕梯田)下土壤有机碳、全氮含量显著高于自然坡地沙棘林。这表明草本植物对土壤有机碳恢复效果好于灌木,这一结果与前人的研究结果一致,原因是草本植物长芒草,盖度相对均一,根系主要分布在浅层,根系腐殖质与凋落物分解可转化为有机碳。

本研究表明杨树、樟子松两种乔木对黑岱沟排土场土壤改良效果较差,李鹏飞等[15]认为单一乔木林对土壤肥力恢复效果稍差,这与本文研究结果一致。文月荣等[3]和王彦武等[20]研究认为灌木林地对排土场有机碳储量的提高效果明显优于乔木,但本研究发现,刺槐表现出比沙棘更好的恢复效果,这与王彦武等[20]的研究结果不一致。原因是刺槐纯林属豆科乔木,可共生固氮,因而表现出与杨树、樟子松的显著差异性,因此在复垦过程中则可采用以刺槐为主的乔木。李鹏飞等[15]指出乔木、灌木混交模式对改善土壤特性产生良好效果。胡宜刚等[13]提出采用乔、灌、草的有机结合可促进生态恢复的进程。因此在该地区进行生态修复时可选择以刺槐为主的乔木、以沙棘为主的灌木、以及长芒草等草本作物进行适当的套种、间种,以增强复垦效果。

4 结论

本文以自然条件下土壤养分含量为对照,通过调查黑岱沟东排土场植被恢复近16 a后土壤肥力状况,研究了不同植被措施土壤养分恢复程度,获得了以下研究结论:

1)7 种人工植被不同程度地改善了土壤肥力状况,其中刺槐纯林配置的恢复效果最佳,土壤肥力恢复程度接近或超过原地貌条件下两种植被的50%,沙棘次之。杨树和樟子松对土壤质量改善效果较差,对0~40 cm土层土壤全氮、有机碳、硝态氮的恢复程度均不超过40%。

2)对黑岱沟露天煤矿东排土场进行人工植被建设近16 a后,其表层土壤(0~40 cm)全氮、有机碳、硝态氮恢复程度相对较低,分别恢复到自然植被长芒草样地的24.70%~44.15%、25.09%~44.65%、47.25%~85.33%;分别恢复到自然植被沙棘样地的33.52%~56.85%、32.83%~54.82%、47.18%~84.66%。但其铵态氮恢复程度接近原地貌条件下的土壤水平,分别达到自然植被长芒草和自然坡地沙棘林的79.50%~93.77%,89.47%~105.70%。7种人工植被下的土壤养分状况尚未完全恢复到该地区自然水平。

3)0 ~40 cm土层,乔木对排土场土壤肥力改善效果较差,恢复程度小于灌木、草本,但刺槐对土壤全氮、有机碳、硝态氮恢复程度较高,其对土壤肥力恢复效果好于灌木沙棘、草本植物长芒草等。从土壤养分恢复程度分析,实际复垦时可优先选择以刺槐为主的豆科乔木、以沙棘为主的灌木、以及长芒草等草本植物,并进行适当的套种、间种,以增强复垦效果。

[1] 王金满,郭凌俐,白中科,等. 黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律[J]. 农业工程学报,2013,29(21):223-232. Wang Jinman, Guo Lingli, Bai Zhongke, et al. Succession law of reclaimed soil and vegetation on opencast coal mine dump of loess area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(21): 223-232. (in Chinese with English abstract)

[2] 任志胜,齐瑞鹏,王彤彤,等. 风化煤对晋陕蒙矿区排土场新构土体土壤呼吸的影响[J]. 农业工程学报,2015,31(23):230-237. Ren Zhisheng, Qi Ruipeng, Wang Tongtong, et al. Effect of weathered coal on soil respiration of reconstructed soils on mining area’s earth disposal sites in Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(23): 230-237. (in Chinese with English abstract)

[3] 文月荣,党廷辉,唐骏,等. 不同林地恢复模式下露天煤矿排土场土壤有机碳分布特征[J]. 应用生态学报,2016,27(1):1-11. Wen Yuerong, Dang Tinghui, Tang Jun, et al. Distribution characteristics of soil organic carbon under different forest restoration modes on opencast coal mine dump[J]. Chinese Journal of Applifed Ecology, 2016, 27(1): 1-11. (in Chinese with English abstract)

[4] 白中科,王文英,李晋川,等. 黄土区大型露天煤矿剧烈扰动土地生态重建研究[J]. 应用生态学报,1998,9(6):63-68. Bai Zhongke, Wang Wenying, Li Jinchuan, et al. Ecological rehabilitation of drastically disturbed land at large opencut coal mine in loess area[J]. Chinese Journal of Applifed Ecology, 1998, 9(6): 63-68. (in Chinese with English abstract)

[5] 马从安,才庆祥,王启瑞,等. 露天煤矿排土场土壤质地和肥力的分析与评价[J]. 煤炭工程,2008,40(5):77-79. Ma Congan, Cai Qingxiang, Wang Qirui, et al. Analysis and assessment on quality and fertility of soil at surface mine dumping site[J]. Coal Engineering, 2008, 40(5): 77-79. (in Chinese with English abstract)

[6] 李俊超,党廷辉,薛江,等. 植被重建下露天煤矿排土场边坡土壤碳储量变化[J]. 土壤学报,2015,52(2):453-460. Li Junchao, Dang Yanhui, Xue Jiang, et al. Variability of soil organic carbon storage in dump slope of opencast coal mine under revegetation[J]. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(2): 453-460. (in Chinese with English abstract)

[7] 赵溪,李君剑,李洪建. 关帝山不同植被恢复类型对土壤碳、氮含量及微生物数量的影响[J]. 生态学杂志,2010,29(11):2102-2110. Zhao Xi, Li Junjian, Li Hongjian. Effects of vegetation restoration type on soil carbon nitrogen and microbial quantity in Guandi Mountain[J]. Chinese Journal of Ecology, 2010, 29(11): 2102-2110. (in Chinese with English abstract)

[8] Wang K H, McSorley R, Bohlen P, et al. Cattle grazing increases microbial biomass and alters soil nematodecommunities in subtropical pastures[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2006, 38(07): 1956-1965.

[9] 吴则焰,林文雄,陈志芳,等. 武夷山国家自然保护区不同植被类型土壤微生物群落特征[J]. 应用生态学报,2013,24(8):2301-2309. Wu Zeyan, Lin Wenxiong, Chen Zhifang, et al. Characteristics of soil microbial community under different vegetation types in Wuyishan National Nature Reserve, East China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(8): 2301-2309. (in Chinese with English abstract)

[10] 杨勤学,赵冰清,郭东罡. 中国北方露天煤矿区植被恢复研究进展[J]. 生态学杂志,2015,34(4):1152-1157. Yang Qinxue, Zhao Bingqing, Guo Donggang. A review on vegetation restoration of opencast coal mine areas in northern China[J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(4): 1152-1157. (in Chinese with English abstract)

[11] 刘洁,刘小林,张兴昌,等. 水蚀风蚀交错区不同类型植被对土壤碳氮影响的研究[J]. 水土保持研究,2008,15(6):53-56. Liu Jie, Liu Xiaolin, Zhang Xingchang, et al. Influence of the different typical vegetation on the soil total nitrogen and organic matter in the wind-water erosion crisscross region, China[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2008, 15(6): 53-56. (in Chinese with English abstract)

[12] 巩杰,陈利顶,傅伯杰,等. 黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究[J]. 水土保持学报,2005,19(1):93-96. Gong Jie, Chen Liding, Fu Bojie, et al. Effects of vegetation restoration on soil nutrient in a small catchment in Hilly Loess Area[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(1): 93-96. (in Chinese with English abstract)

[13] 胡宜刚,张鹏,赵洋,等. 植被配置对黑岱沟露天煤矿区土壤养分恢复的影响[J]. 草业科学,2015,32(10):1561-1568. Hu Yigang, Zhang Peng, Zhao Yang, et al. Effects of various vegetation patterns on soil nutrients recovery in Heidaigou coal mine[J]. Pratacultural Science, 2015, 32(10): 1561-1568. (in Chinese with English abstract)

[14] Frouz J, Prach K, Pizl V, et al. Interactions between soil development, vegetation and soil fauna during spontaneous succession in post mining sites[J]. EuropeanJournal of Soil Biology, 2008, 44(1): 109-121.

[15] 李鹏飞,张兴昌,朱首军,等. 植被恢复对黑岱沟矿区排土场土壤性质的影响[J]. 水土保持通报,2015,35(5):64-70. Li Pengfei, Zhang Xingchang, Zhu Shoujun, et al. Effect of vegetation restoration on soil properties in Heidaigou mine dump[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2015, 35(5): 64-70. (in Chinese with English abstract)

[16] 苏永中,赵哈林. 土壤有机碳储量、影响因素及其环境效应的研究进展[J]. 中国沙漠,2002,22(3):220-228. Su Yongzhong, Zhao Halin. Advances in researches on s oil organic carbon storages, affecting factors and its envi ronmental effects[J]. Journal of Desert Research, 2002, 2 2(3): 220-228. (in Chinese with English abstract)

[17] 解宪丽,孙波,周慧珍,等. 不同植被下中国土壤有机碳的储量与影响因子[J]. 土壤学报,2004,41(5):687-699. Xie Xianli, Sun Bo, Zhou Huizhen, et al. Soil carbon stocks and their influence factors under native vegetation in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2004, 41(5): 687-699. (in Chinese with English abstract)

[18] 杨喜田,宁国华,董惠英,等. 太行山区不同植被群落土壤微生物学特征变化[J]. 应用生态学报,2006,17(9):1761-1764. Yang Xitian, Ning Guohua, Dong Huiying, et al. Soil microbial characters under different vegetation communities in Taihang Mountain Area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(9): 1761-1764. (in Chinese with English abstract)

[19] 张俊华,常庆瑞,贾科利,等. 黄土高原植被恢复对土壤肥力质量的影响研究[J]. 水土保持学报,2003,17(4):38-41. Zhang Junhua, Chang Qingrui, Jia Keli, et al. Effect of plant restoration to soil fertility quality on Loess Plateau[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2003, 17(4): 38-41. (in Chinese with English abstract)

[20] 王彦武,廖超英,孙长忠,等. 毛乌素沙地固沙林土壤化学性质差异[J]. 土壤通报,2009,40(4):776-780. Wang Yanwu, Liao Chaoying, Sun Changzhong, et al. Soil chemical properties of sand-fixing forests in Maowusu Sandland[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2009, 40(4): 776-780. (in Chinese with English abstract)

Effects of different vegetation on soil nutrients remediation degree in earth disposal site after 16 a in mining area of Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region

Wang Xiaolin1, Wang Limei1, Zhang Xiaoyuan1, Ma Jiangbo1, Zheng Jiyong1,2※, Zhang Xingchang1,2
(1. College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Insitute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)

Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region is an important coal energy base, and also the most fragile ecological region in China. Recent years, the large-scale opencast mining has heavily destroyed the original landscape and ecosystem, and formed a large number of earth disposal sites. To guaranty the harmonious development of the local society, economy and ecosystem, the rapid artificial vegetation reconstruction in these sites is the key part of the local ecological restoration. To evaluate the effects of different vegetation measures in the process of land reclamation on the recovery of soil nutrient, the east earth disposal site in Heidaigou opencast coal mine located in Jungar Banner, Inner Mongolia was chosen as studying area, where the land reclamation was carried out with 7 different artificial vegetation configuration modes (Astragalus adsurgens, Stipa bungeana, Amorpha fruticosa, Robinia pseudoacacia, Hippophae rhamnoides, Poplar and Pinus sylvestris var mongolica Litv) since 1996. The recovery degrees of soil total nitrogen (TN), soil organic carbon (SOC), NO3––N and NH4+–N within 0-40 cm were studied by comparing with the nearby natural soil under 2 vegetation types (natural Stipa bungeana and natural Hippophae rhamnoides). The results showed that: 1) The content of TN, SOC, NO3––N and NH4+–N declined with the increase of the soil depth within 0-40 cm under different vegetation except the Pinus sylvestris var mongolica Litv and Astragalus adsurgens. 2) Within 0-40 cm, the contents of TN and SOC of 7 artificial vegetation types were significantly lower than the 2 natural vegetation types, and there was no significant difference between 7 artificial vegetation types and 2 natural vegetation types in NH4+–N within 0-10 and 20-40 cm. Seven vegetation types improved soil quality at different levels, and the remediation degree of Robinia pseudoacacia vegetation was better than other vegetation patterns. Average TN, SOC, NO3––N and NH4+–N within 40 cm soil depth were recovered to 44.15%, 44.65%, 85.33% and 93.77% of natural Stipa bungeana site and 56.85%, 54.82%, 84.66% and 105.70% of natural Hippophae rhamnoides site after nearly 16 years’ recovery. And the remediation effects of Poplar and Pinus sylvestris var mongolica Litv were no more than 40% of the 2 natural vegetation types. The remediation effect of NH4+–N was relatively better under 7 vegetation patterns. Average NH4+–N within 40 cm soil depth was recovered to 79.50%-93.77% of natural Stipa bungeana site, and 89.47%-105.7% of natural Hippophae rhamnoides site. However, the remediation degree of TN, SOC, and NO3––N were relatively lower than NH4+–N. Average TN, SOC, and NO3––N within 40 cm soil depth had recovered to 24.70%–44.15%, 25.09%–44.65%, 47.25%–85.33% of natural Stipa bungeana site, and 33.52%–56.85%, 32.83%–54.82%, 47.18%–84.66% of natural Hippophae rhamnoides site. Although soil nutrients of 7 artificial vegetation modes in land reclamation area have not reach the natural level completely after 16 years’land reclamation, artificial vegetation is an effective measure to improve soil nutrients’ recovery. Fabaceous plant vegetation (mainly Robinia pseudoacacia) was better than other vegetation patterns for soil nutrient recovery, so Robinia pseudoacacia, Hippophae rhamnoides and Stipa bungeana could be the suitable vegetation for the land reclamation in this area. The research has evaluated the soil nutrient remediation degree of different vegetation measures in the process of land reclamation and provided the theoretical basis for the vegetation measure selection during ecological restoration and land reclamation in the opencast coal mine area.

soils; nutrients; organic carbon; land reclamation; remediation degree; vegetation measures; soil nutrient

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028

S153

A

1002-6819(2016)-09-0198-06

王晓琳,王丽梅,张晓媛,马江波,郑纪勇,张兴昌. 不同植被对晋陕蒙矿区排土场土壤养分16 a恢复程度的影响[J].农业工程学报,2016,32(9):198-203.

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028 http://www.tcsae.org

Wang Xiaolin, Wang Limei, Zhang Xiaoyuan, Ma Jiangbo, Zheng Jiyong, Zhang Xingchang. Effects of different vegetation on soil nutrients remediation degree in earth disposal site after 16 a in mining area of Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(9): 198-203. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028 http://www.tcsae.org

2016-01-08

2016-03-14

科技部科技支撑计划项目(2015BAC01B01);西北农林科技大学科研专项(2013BSJJ119,QN2013077)。

王晓琳,女,河南驻马店人,主要从事土壤修复方面的研究。杨凌 西北农林科技大学资源环境学院,712100。Email:wangxiaolinky@163.com

※通信作者:郑纪勇,男,山东聊城人,副研究员,主要从事土壤生态方面的研究。杨凌 西北农林科技大学资源环境学院,712100。Email:zhjy@ms.iswc.ac.cn

猜你喜欢

芒草纯林排土场
高应力条件下排土场非线性强度参数及稳定性分析研究
排土场的安全防护对策措施与事故分析
奔跑的芒草
露天矿排土场边坡稳定性分析及评价机制
自然:风往哪边吹
水曲柳和落叶松人工纯林与混交林的碳储量
挪用公款8700万的“一把手”
10只青蛙过中秋
桉树纯林和桉-珍混交林水土流失规律的分析
山坡上的芒草