安太堡露天煤矿排土场土壤种子库特征研究

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1、安太堡露天煤矿排土场土壤种子库特征研究安太堡露天煤矿排土场土壤种子库特征研究?韩丽君1，李晋川2，白中科3，崔艳1，岳建英2（1.山西农业大学资源环境学院，太谷030801；2.山西省生物研究所，太原0300062；3.中国地质大学土地科学技术系，北京100083）　　摘要：安太堡露天煤矿地处黄土高原东部的干旱、半干旱生态脆弱区，是全国最大的露天煤矿。因露天开采、岩土排弃，原地貌形态、地层结构、生物种群已不复存在。在"气候干旱高寒、土壤极其贫瘠"的极端生境下，进行矿区废弃地的土地复垦和生态重建研究，建立较稳定的人工生态系统。土壤种子库作为原先植被的繁殖体的来源，在

2、退化土地的植被重建中具有潜在重要性。通过对排土场土壤种子库特征的系统调查和研究，可以深刻地了解和阐明植物群落结构、种类组成及植物物种多样性变化的机理，从而为矿区排土场植被的快速恢复提供依据。　　在种子尚未萌发的3月底采集土壤样品，选择9个典型采样地点，其中复垦时间分为前期（1～4年）、中期（4～7年）和后期（大于7年，即基本稳定期），复垦模式分为草本、灌木、乔木及混交模式，还有排弃3年未复垦区和排土场附近原地貌撂荒地。土壤种子库试验采用种子萌发法，有效鉴别土壤里活性种子的数量和种类。　　本文采用Margalct丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数以及

3、Peilow均匀度指数研究排土场土壤种子库的物种多样性，探讨在生态系统彻底破坏条件下植被的演替进程，进一步分析土壤种子库的自我更新能力，结果表明：　　（1）排土场复垦地有抗性强、生态适应性广的活性种子存在，土壤种子库中物种多样性远高于排土场附近的原地貌撂荒地，说明排土场复垦的确有利于植被恢复和生态环境的改善，对于黄土高原类似的大型露天矿的土地复垦和生态重建具有重要的生物学意义。　　（2）ATB矿排土场土壤种子库表现出极大的时空异质性。由于复垦时间、复垦模式或立地条件的不同，各样地土壤种子库的密度、种类和各项指数均不相同。随着复垦及人工种植植被时间的延长，选择正确的

4、复垦模式，有利于土壤种子库各项指标的增加和排土场生态系统稳定。　　（3）对排土场复垦早期和基本稳定期不同复垦模式下土壤种子库进行研究，苜蓿地、沙棘和刺槐都有良好的土壤培肥效果。未复垦的空旷区有利于外来种子侵入，但土壤微环境较差，不利于土壤种子库的形成。复垦早期豆科牧草改良土壤效果显著，活性种子密度和种类皆高于沙棘地；沙棘地培肥效果虽好，但因为后期根蘖繁殖及长势过旺，影响土壤种子库的形成和发育；基本安定期刺槐油松混交林为最佳模式，各项指标都是最高，对ATB矿排土场的土地复垦和生态重建具有重要的恢复生态学意义。　　关键词：露天煤矿排土场；土壤种子库；时空异质性；物种多

5、样性；植被恢复　　　　人类活动越来越多地干扰自然界。通过对其土壤种子库特征的系统调查和研究，可以深刻地了解和阐明植物群落结构、种类组成及植物物种多样性变化的机理[1]。种子库的研究对群落演替和植被恢复有重大意义，对植物群落的有效管理依赖于对种子库动态的理解。土壤种子库作为原先植被的繁殖体的来源，在退化土地的植被重建中具有潜在重要性[2]。我国对土壤种子库的研究起步较晚，但也作了大量的研究工作，主要集中在森林和草原等自然生态系统，对退化生态系统土壤种子库的研究还不多见。　　安太堡露天煤矿（以下简称ATB矿）地处黄土高原东部的干旱、半干旱生态脆弱区，是全国最大的露天煤

6、矿。矿区地处黄土高原东部，山西省朔州市平鲁区境内,地理坐标：东经112°11ˊ-112°30ˊ，北纬39°23ˊ-39°37ˊ，属典型的温带半干旱大陆性季风气候区，年均蒸发量为降雨量的4.6倍，是我国生态最脆弱、水土流失最严重的地区之一。该区土壤物理风化强烈，土质偏砂，土体干旱。地带性植被类型属干草原。因露天开采、岩土排弃，原地貌形态、地层结构、生物种群已不复存在[3,4]。在"气候干旱高寒、土壤极其贫瘠"的极端生境下，本文就ATB矿排土场土壤种子库的时空异质性进行物种多样性研究，探讨在生态系统彻底破坏条件下排土场植被的演替进程，进一步分析各样地土壤种子库的自我更

7、新能力，从而为矿区植被的快速恢复提供依据。同时，还可为与之毗邻的安家岭露天矿、即将投产的东露天矿及黄土高原类似的大型露天矿的土地复垦和生态重建提供示范，为人工生态系统重建提供依据。　　1试验材料和方法　　1.1土壤样品的采集　　根据土壤种子库的时空异质性，选择9个典型采样地点，将复垦时间分为前期（1～4年）、中期（4～7年）和后期（大于7年，即基本稳定期），复垦模式分为草本、灌木、乔木及混交模式，还有排弃3年未复垦区和排土场附近原地貌撂荒地，具体样地布置见表1。在种子尚未萌发的3月底采集土壤样品，选择植被均匀的黄土覆盖平台，根据立地条件（如土壤质地和植被覆盖）的差

8、异选取具有