海南岛尾矿区恢复植被与土壤特性的相关性研究

来源 :海南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:baijiankai
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矿业尾矿地生态恢复是当今恢复生态学研究的热点之一。本研究以海南岛昌江县铁铜和石灰岩,以及东部沿海锆钛3类基质的尾矿地为研究对象,用空间代替时间方法,分别研究了它们的不同恢复时间的植被和土壤情况,包括植被的物种组成、植被覆盖度、物种多样性指数和群落物种均匀度,以及土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾、pH值和主要金属元素等因子。然后对尾矿区的植被和土壤因子进行相关分析,探讨了尾矿区生态恢复的内在的特点和共性规律,及适宜尾矿地生长的植物种质资源,得到如下主要结论: (1)植物组成与物种多样性分析表明,铁铜和石灰岩2类尾矿区物种科、属、种的数量均随恢复年限的增加而增加,植物生活型比例草本逐渐减少,灌木和乔木逐渐增加。Shannon-Wienner多样性指数逐渐增加。它们之间不同之处在于,铁铜尾矿区的Pielou均匀度指数没有出现随演替时间一致增加,为先升后降的趋势,而石灰岩尾矿区该指数呈逐渐下降的趋势。铁铜尾矿区植被覆盖度呈现“S”形逻辑斯蒂指数增长模式,而石灰岩和锆钛尾矿区该指标增长趋势复合对数增长的模型;锆钛尾矿区植被科属种的变化受人工干扰和木麻黄纯林的影响很大,不表现出随恢复时间有规律的变化趋势,其物种多样性指数到10年左右时达到最大值,以后又开始下降,Pielou均匀度指数逐渐上升。 在3类尾矿区内没有发现裸子植物,蕨类植物稀少,草本植物是最适合尾矿区这类特殊生境的生活型。 (2)3种基质尾矿区中铁铜和石灰岩尾矿区的土壤组成变化特点比较相似,在恢复过程中土壤有机质含量不断升高,土壤pH值不断下降,全P和全K含量变化不明显。另外,铁铜尾矿区全氮也随恢复时间增加而升高,Cu和Fe元素含量逐渐降低。铁铜尾矿区土壤含水量和石灰岩尾矿区全氮含量均表现为样地2最低,样地3最高。锆钛尾矿区的生态恢复是人工恢复为主的,其土壤组成变化复杂,锆钛尾矿区土壤全氮和有机质含量基本表现出一致的变化趋势,只是由于土壤氮素的循环周期比有机质短,使得含量排列顺序与土壤有机质稍有差别。全磷含量总体变化不大,而土壤全钾含量呈现出逐步递增的趋势。pH值水平呈现出波动性的逐渐下降,并接近于中性的趋势。 (3)土壤与植物多样性的相关分析结果表明:铁铜尾矿区植被覆盖率与土壤全氮和有机质含量间为显著正相关,与土壤pH值和Cu元素含量之间为显著负相关;生物多样性指数与尾矿土壤有机质和Cu元素的含量间存在显著相关性。Pielou均匀度指数与其它所有指标没有表现出相关性。石灰岩尾矿区植被覆盖率与土壤水分含量间存在显著正相关关系,土壤pH值之间为显著负相关关系;生物多样性指数与土壤含水量问为显著正相关关系,pH值间为显著负相关关系:Pielou均匀度指数与土壤含水量存在极显著负相关关系。锆钛尾矿区植被覆盖率和生物多样性指数均与土壤全钾之间为显著正相关关系。多元线性回归分析也证实了上述关系。 铁铜尾矿区生态恢复的主要限制因子是高浓度Fe和Cu元素含量和低土壤肥力;石灰岩尾矿区生态恢复的主要限制因子为低土壤肥力和土壤含水量;锆钛尾矿区生态恢复的主要限制因子为低土壤肥力因素,尤其是土壤全K,还有人工栽培纯木麻黄林。 (4)不同基质尾矿区植被恢复演替规律分析结果表明,3种基质尾矿区生态恢复过程中均大体表现出土壤理化性质不断改善,植被物种多样性水平不断提高,群落结构逐渐变得复杂稳定的良性演替规律。恢复到不同时期的优势物种不同,优势物种的重要值逐步下降,禾本科和莎草科植物最能适应尾矿区环境,豆科植物在每个尾矿区内都能找到,但均不为优势物种。 其中,铁铜尾矿区的次优势科为豆科,石灰岩尾矿区次优势科为菊科和旋花科。锆钛尾矿区生态恢复的过程是人工营造木麻黄林,恢复前期植被相关指标不断升高,到恢复中后期木麻黄林逐渐成熟时,群落植物种类和群落物种多样性指数都开始下降,木麻黄是绝对优势物种,禾本科的龙爪茅(Dactylocteniumaegyptium)和茜草科的顶花耳草(Hedyotisterminaliflora)等植物也是重要的物种。
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