风化矸石山不同侵蚀微生境的基质理化性质与水分特征.pdf
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1、第4 3卷第4期2 0 2 3年8月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 5 修回日期:2 0 2 2-1 2-0 6 资助项目:辽宁省自然资源科技创新项目“辽西矿区土壤基质改良与生物修复技术及应用研究”;辽宁工程技术大学学科创新团队项目(L N TU 2 0 T D-0 1,L N TU 2 0 T D-2 5)第一作者:王东丽(1 9 8 6),女(汉族),山西省怀仁市人,博士,副教授,主要从事
2、植被恢复与生态修复研究。E m a i l:s t a r h o m e 0 5 2 21 6 3.c o m。通讯作者:赵晓亮(1 9 8 1),男(汉族),安徽省淮北市人,博士,副教授,主要从事矿区环境治理与修复研究。E m a i l:z h a o x i a o l i a n g 2 0 0 8 1 2 6.c o m。风化矸石山不同侵蚀微生境的基质理化性质与水分特征王东丽1,刘 艺1,张子倩1,赵晓亮1,王 东2,杨 光3(1.辽宁工程技术大学 环境科学与工程学院,辽宁 阜新1 2 3 0 0 0;2.辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新1 2 3 0 0 0;3.辽宁省阜新市
3、产业技术创新推广中心,辽宁 阜新1 2 3 0 0 0)摘 要:目的研究不同侵蚀微生境下基质的理化性质与水分特征,为揭示其植被定居与恢复的驱动与限制机制提供理论基础,为北方早期矿区废弃地植被重建的实践提供科学参考。方法以裸坡、细沟、浅沟与堆积体为研究对象,研究其基质的机械组成、容重、毛管孔隙度、p H值、电导率与水分特征及其相互关系。结果各粒径基质在不同侵蚀微生境间变化各异,而且不同土层间存在差异。不同侵蚀微生境基质容重大小表现为:浅沟细沟裸坡堆积体,而毛管孔隙度大小表现为:堆积体裸坡浅沟细沟。不同侵蚀微生境基质的p H值无显著性差异,但其在不同土层变化有所差异;电导率均表现为:堆积体裸坡浅沟
4、细沟,且在1 02 0c m土层高于01 0c m土层。不同侵蚀微生境的基质含水率与毛管持水量均表现为:堆积体裸坡浅沟细沟,裸坡与浅沟的基质含水率与毛管持水量均在上坡位最低,而细沟的在中坡位最低。结论风化矸石山基质水分特征主要受容重和毛管孔隙度影响显著,裸坡和堆积体砂粒和中粗粒相对较多,水分较好,可为植被定居与恢复提供安全生境。关键词:风化矸石山;侵蚀微生境;机械组成;理化性质;水分特性文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 4-0 0 2 4-0 7 中图分类号:S 1 5 2.3文献参数:王东丽,刘艺,张子倩,等.风化矸石山不同侵蚀微生境的基质理化性质
5、与水分特征J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(4):2 4-3 0,5 2.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 4.0 0 4;W a n gD o n g l i,L i uY i,Z h a n gZ i q i a n,e t a l.P h y s i c a l-c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dm o i s t u r e c h a r a c t e r i s t i c so f s u b s t r a t e s i nd i
6、f f e r e n t e r o d e dm i c r o h a b i t a t so fw e a t h e r e dg a n g u ed u m p sJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(4):2 4-3 0,5 2.P h y s i c a l-c h e m i c a lC h a r a c t e r i s t i c sa n dM o i s t u r eC h a r a c t e r i s t i c so fS u b
7、 s t r a t e s i nD i f f e r e n tE r o d e dM i c r o h a b i t a t so fW e a t h e r e dG a n g u eD u m p sW a n gD o n g l i1,L i uY i1,Z h a n gZ i q i a n1,Z h a oX i a o l i a n g1,W a n gD o n g2,Y a n gG u a n g3(1.C o l l e g eo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r
8、i n g,L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y,F u x i n,L i a o n i n g1 2 3 0 0 0,C h i n a;2.C o l l e g eo fM i n e s,L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y,F u x i n,L i a o n i n g1 2 3 0 0 0,C h i n a;3.I n d u s t r i a lT e c h n o l o g yI n n o v a t i o na n dP r
9、o m o t i o nC e n t e ro fF u x i nC i t yi nL i a o n i n gP r o v i n c e,F u x i n,L i a o n i n g1 2 3 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n dw a t e rc h a r a c t e r i s t i c so fs u b s t r a t e su n d e rd i f f e
10、r e n t e r o d e dm i c r o h a b i t a t sw e r es t u d i e dt op r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o ru n d e r s t a n d i n gt h ed r i v i n ga n dl i m i t i n gm e c h a n i s m so fv e g e t a t i o ns e t t l e m e n ta n dr e s t o r a t i o n,a n dt op r o v i d es c i e n t i
11、 f i cr e f e r e n c e sf o rt h ep r a c t i c eo fv e g e t a t i o nr e c o n s t r u c t i o ni ne a r l ya b a n d o n e dm i n i n ga r e a si nt h eN o r t hC h i n a.M e t h o d sT h em e c h a n i c a l c o m p o s i t i o n,b u l kd e n s i t y,c a p i l l a r yp o r o s i t y,p H v a l u
12、 e,e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y,a n d m o i s t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fb a r es l o p e s,r i l l s,s h a l l o wg u l l i e s,a n dd e p o s i tb o d i e sw e r es t u d i e d,a n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e m w e r ea n a l y z e d.R e s u l t sP a
13、 r t i c l es i z em a t r i c e sv a r i e da m o n gd i f f e r e n te r o d e dm i c r o h a b i t a t s,a n dt h e r ew e r ed i f f e r e n c e sa m o n gd i f f e r e n t s o i l l a y e r s.T h eb u l kd e n s i t yo f t h es u b s t r a t e s i nd i f f e r e n t e r o d e dm i c r o h a b i
14、 t a t s f o l l o w e dt h eo r d e ro f s h a l l o wg u l l yr i l l b a r es l o p e d e p o s i tb o d y,w h i l ec a p i l l a r yp o r es i z ef o l l o w e dt h eo r d e ro fd e p o s i tb o d y b a r es l o p e s h a l l o wg u l l y r i l l.T h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e
15、 r e n c e s i nt h ep Hv a l u eo fd i f f e r e n te r o d e dm i c r o h a b i t a t s,b u tt h e r ew e r ed i f f e r e n c e si nt h ec h a n g e si nd i f f e r e n ts o i ll a y e r s.E l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t yf o l l o w e dt h eo r d e ro fd e p o s i tb o d yb a r es l o
16、p e s h a l l o wg u l l yr i l l,a n dw a sh i g h e r i nt h e1 02 0c ms o i l l a y e r t h a n i nt h e01 0c ms o i l l a y e r.T h em a t r i xm o i s t u r e c o n t e n t a n dc a p i l l a r yw a t e rc a p a c i t yo fd i f f e r e n te r o d e dm i c r o h a b i t a t sf o l l o w e dt h e
17、o r d e ro fd e p o s i tb o d yb a r es l o p es h a l l o wg u l l y r i l l.T h em a t r i xm o i s t u r ec o n t e n t a n dc a p i l l a r yw a t e rc a p a c i t yo f t h eb a r es l o p ea n dt h es h a l l o wg u l l yw e r e t h e l o w e s t o n t h eu p p e r s l o p e,w h i l et h e yw
18、e r e l o w e s t f o r t h er i l lo nt h em i d d l es l o p e.C o n c l u s i o nT h es u b s t r a t em o i s t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fw e a t h e r e dg a n g u ed u m p sw e r e s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yb u l kd e n s i t ya n dc a p i l l a r yp o r o s i t y.T
19、 h e r ew e r er e l a t i v e l y m o r es a n da n d m e d i u m-c o a r s eg r a i np a r t i c l e si nb a r es l o p e sa n dd e p o s i tb o d i e so fw e a t h e r e dg a n g u ed u m p s,a n dt h em o i s t u r ec h a r a c t e r i s t i c sw e r es u p e r i o r.B a r es l o p e sa n dd e p
20、 o s i tb o d i e sc a np r o v i d eas a f eh a b i t a t f o rv e g e t a t i o ns e t t l e m e n t a n dr e s t o r a t i o n.K e y w o r d s:w e a t h e r e dg a n g u ed u m p s;e r o d e dm i c r o h a b i t a t s;m e c h a n i c a l c o m p o s i t i o n;p h y s i c a l-c h e m i c a lp r o
21、p e r t i e s;m o i s t u r e c h a r a c t e r i s t i c s 生境作为生物生活的空间和全部生态因子的总和,其类型直接影响植物群落结构、物种组成和多样性1。微生境是指空间尺度一般在01m范围内的生境2。由于小尺度的环境异质性,一些微生境非常有利于种子萌发与幼苗存活,这些适宜的微生境最早被称为安全生境(s a f es i t e s)3,指的是可以满足种子萌发与幼苗建植的基本要求的生境,在立地条件恶劣的生态系统或裸地原生演替过程中对植物的定居具有重要意义4-5。煤矸石山是煤炭开采过程中大量固体废弃物排放堆积形成的,不仅占用大量的土地资源,
22、污染地下水、空气和土壤,水土流失和地质灾害频繁,严重危害矿区的生态环境6,生态恢复是解决其环境保护和综合治理的有效途径。中国矿区生态恢复3 0a来,已开展了一系列矿区土地复垦与生态修复理论和技术方面的研究与实践,涉及不同区域矸石山的整地方式7-8、基质改良9-1 0、植被恢复动态、效益、机制、模式与技术1 1-1 2等方面。辽西大部分矿区早期由于缺乏科学的复垦规划,后期资金难以保障,多数矸石山只能依靠自然恢复。它们经过长期风化作用形成粒径不一的基质。土壤侵蚀作为坡面上的一种自然过程,通常伴随着土壤养分的流失、土壤持水力的降低及冲淤微地形的形成等,影响着植物的生长、发展以及繁殖、更新1 3-1
23、5。由于矸石山坡度普遍较陡,风化物较松散,在水力作用下,坡面形成大量的侵蚀微地貌。辽西地处水土资源匮乏的生态脆弱区,矿区废弃地坡面植被定居困难,恢复缓慢,水力侵蚀形成的微生境能否为其自然植被定居提供有利的安全生境及其影响机制有待明确。本研究以辽西风化矸石山坡面不同侵蚀微生境为研究对象,通过野外调查与室内测定,研究不同侵蚀微生境下基质的理化性质与水分特征及其相互关系,旨在掌握其变化规律与作用关系,进而为揭示其植被定居与恢复的驱动与限制机制提供理论基础,为北方矿区废弃地植被重建的实践提供参考依据。1 研究区概况本研究区位于辽宁省阜新市,地处辽宁省西北部。该区北临科尔沁沙地,东接辽河平原,西靠热河山
24、地,为辽河与大凌河流域上中游浅山丘陵区。全区呈现长矩形,总面积约为1.0 51 04k m2。地势西北高,东南低;西南高,东北低。该区属北温带半干旱半湿润大陆性季风气候区,四季分明。日照丰富,干燥多风。降水时空分布不均,冬季严寒少雪,夏季炎热多雨。经常有干旱、冰雹、大风、暴雨、霜冻等不利天气,自 然 灾 害 频 繁。该 地 的 代 表 性 植 物 有:油 松(P i n u st a b u l a e f o r m i s)、蒙古栎(Q u e r c u sm o n g o l i c a)、家榆(U l m u sp u m i l a)、胡枝子(L e s p e d e z ab
25、 i c o l o r)、百里香(T h y m u sm o n g o l i c u s)、荆条(V i t e xn e g u n d o)等1 6。地带性土壤是在各种岩石风化物残积母质上以黄土、红土母质发育的淋溶褐土、褐土性土,大多分布于丘陵和低山丘陵区,土层较薄。阜新市拥有百余年的煤炭开采历史,境内广泛分布大量早期开采遗留的矿山废弃地,主要有海州露天排土场、新邱排土场、高德矸石山和孙家湾矸石山等。2 研究方法2.1 样地选择通过对 阜 新 市 周 边 煤 矸 山 进 行 充 分 探 查,于2 0 1 9年7月 选 取 位 于 城 区 南 部(4 2 0 1 5.4 1 4 2
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