湘潭錳礦廢棄地生態(tài)修復(fù)及其生態(tài)效應(yīng)研究.pdf

1、湘潭錳礦礦區(qū)生境在錳礦開采和礦渣露天堆積過程中遭受嚴(yán)重破壞并形成殘存斑塊、地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞、生物多樣性降低、土水受到嚴(yán)重污染，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的糧食、蔬菜、水源等重金屬污染問題。為恢復(fù)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，從2010年開始實(shí)施礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)，并連續(xù)監(jiān)測生態(tài)修復(fù)效益四年。效益研究主要從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)湘潭錳礦不同時(shí)期、不同方式的人工生態(tài)修復(fù)方案和不同年代自然恢復(fù)的生態(tài)效益進(jìn)行了綜合對(duì)比研究，得出以下主要結(jié)論:
　　(1)針對(duì)不同類

2、型場地進(jìn)行相應(yīng)的生態(tài)修復(fù):緩坡場地修復(fù)主要將地形處理為3坡向2面坡，再進(jìn)行植被重建與恢復(fù);陡坡場地修復(fù)以設(shè)置生態(tài)攔截系統(tǒng)為主，并輔以梯田改造、山頂削坡等水土保持措施再進(jìn)行植被重建與恢復(fù)。同時(shí)通過建立RUSLE模型分析評(píng)估生態(tài)修復(fù)對(duì)土壤侵蝕的控制效果:修復(fù)前緩坡場地侵蝕模數(shù)為2560.01t·hm-2·a-1，屬于中度侵蝕水平;陡坡場地侵蝕模數(shù)為5504.90t·hm-2·a-1，屬于強(qiáng)度侵蝕水平。修復(fù)后緩坡場地侵蝕模數(shù)為62.19 t·

3、hm-2·a-1;陡坡場地侵蝕模數(shù)為130.61 t·hm-2·a-1，兩者都達(dá)到微水蝕水平。生態(tài)修復(fù)前，錳礦廢棄地試驗(yàn)基地的土壤侵蝕程度從微水蝕到強(qiáng)度侵蝕（203.91～5504.90 t·hm-2·a-1），而通過人工修復(fù)，侵蝕模數(shù)可以大幅降低到微水蝕水平。
　　(2)研究區(qū)域內(nèi)不同年代的自然恢復(fù)樣地中共有17種植物，隸屬15科17屬，以草本植物為主，喬灌木較少;人工生態(tài)修復(fù)的植物群落（2004年人工林、2010年新造林）中共

4、有36種植物，隸屬22科33屬，以人工種植的喬木建群種為主;a多樣性分析結(jié)果顯示:原生地次生林群落植物的多樣性指數(shù)和生態(tài)修復(fù)人工林之間差異顯著，生態(tài)修復(fù)人工林和不同年代自然恢復(fù)植物群落的多樣性指數(shù)差異顯著。β多樣性顯示:二元屬性數(shù)據(jù)βws、βR、βT、βC和數(shù)量數(shù)據(jù)Cs計(jì)算結(jié)果基本一致，顯示不同恢復(fù)模式的群落與原生地次生林群落的相似性排序?yàn)?2004年人工林＞2010年新造林＞40年自然恢復(fù)＞30年自然恢復(fù)＞20年自然恢復(fù)＞10年自然恢

5、復(fù);數(shù)量數(shù)據(jù)中的CN排序?yàn)?2004年人工林＞2010年新造林＞40年自然恢復(fù)＞10年自然恢復(fù)＞30年自然恢復(fù)＞20年自然恢復(fù);CMH排序?yàn)?20年自然恢復(fù)＞40年自然恢復(fù)＞30年自然恢復(fù)＞2004年人工林＞10年自然恢復(fù)＞2010年新造林;Cj表排序?yàn)?2004年人工林＞2010年新造林＞40年自然恢復(fù)＞10年自然恢復(fù)＞20年自然恢復(fù)＞30年自然恢復(fù)。
　　(3)土壤養(yǎng)分中的全P、全N、全K和有機(jī)質(zhì)含量在人工生態(tài)修復(fù)樣地中顯著高

6、于不同年代的自然恢復(fù)樣地，其中2004年人工林有機(jī)質(zhì)含量與原生地次生林差異不顯著;人工生態(tài)修復(fù)和40年的自然恢復(fù)都屬于粉砂質(zhì)粘壤土，比較適合植物生長。土壤物理性質(zhì)中，容重在人工生態(tài)修復(fù)和自然恢復(fù)中差異不顯著，毛管孔隙度、總孔隙度、最大持水量、田間持水量差異顯著。土壤中主要重金屬M(fèi)n、Fe、Zn含量在人工生態(tài)修復(fù)中顯著小于自然恢復(fù)。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度模型分析得出:植物多樣性與土壤物理性質(zhì)關(guān)聯(lián)排序趨勢為:田間持水量＞總孔隙度＞毛管孔隙度＞毛管持

7、水量＞最大持水量、含水量＞容重;與土壤化學(xué)性質(zhì)排序趨勢為:全N＞土壤有機(jī)質(zhì)＞全K＞全P＞pH＞全Mn、全Ca＞全Fe＞全Mg＞全Zn＞全Cu＞全Pb、全Cd。
　　(4)生態(tài)修復(fù)2004年人工林4年中林冠截留對(duì)降水的截留率在5.88％～64.28％之間，穿透水在0.81％～92.84％之間，樹干徑流在0.60％～2.31％之間，三者具有明顯的年變化和季節(jié)變化。林外降水年均pH值高低排序?yàn)?010＞2012＞2011＞2013，從林

8、外降水到穿透水再到樹干莖流，pH平均值不斷減小。林外降水、穿透水、樹干莖流的大量元素中月平均含量最高是全Ca，最低是全P，微量元素中月平均含量最高是Mn，最低是Pb。穿透水淋溶特征中:大量元素中K元素的淋溶系數(shù)最高，微量元素中Fe元素最高;土壤滲透水中，年均淋溶量最大的是Fe和Mn元素。
　　(5)2004年人工林中的欒樹不同部位的Mn含量從高到低順序如下:葉＞根＞皮＞干＞枝;杜英不同部位的Mn含量從高到低順序如下:葉＞皮＞枝＞根

9、＞干，杜英相對(duì)欒樹而言對(duì)Mn具有更強(qiáng)的富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。2010年新造林中香樟不同部位的Mn含量從高到低順序?yàn)?根＞葉＞皮＞枝＞干，泡桐不同部位的Mn含量從高到低順序?yàn)?根＞葉＞枝＞皮＞干，存活植物中泡桐的富集系數(shù)最大，香樟的轉(zhuǎn)移系數(shù)最大。濕地修復(fù)植物體內(nèi)Mn含量從高到低順序如下:紫葉美人蕉＞再力花＞苧麻＞梭魚草＞香蒲＞夾竹桃＞水蔥＞德國鳶尾＞菖蒲＞花葉蘆竹＞蘆葦;對(duì)Mn的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(BTF)從大到小的順序?yàn)?蘆葦＞香蒲＞苧麻＞水蔥＞梭