【摘 要】
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阜新的矿产资源丰富,矿业开采遗留了大量的矿区废弃地,如何恢复和重建矿区受损的生态系统,已经成为专家学者们亟待解决的共同课题。本文通过对新邱露天煤矿排土场不同岩石及其风化物、不同植被下土壤的研究,进行排土场土壤形成演变规律的分析,旨在为排土场生态修复提供科学依据。选取了研究区内6种不同类型岩石及其风化物、4种不同植被类型下土壤以及裸地作为五个样地;分别为P1(乔木:榆树Ulmus pumila)、P
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阜新的矿产资源丰富,矿业开采遗留了大量的矿区废弃地,如何恢复和重建矿区受损的生态系统,已经成为专家学者们亟待解决的共同课题。本文通过对新邱露天煤矿排土场不同岩石及其风化物、不同植被下土壤的研究,进行排土场土壤形成演变规律的分析,旨在为排土场生态修复提供科学依据。选取了研究区内6种不同类型岩石及其风化物、4种不同植被类型下土壤以及裸地作为五个样地;分别为P1(乔木:榆树Ulmus pumila)、P2(灌木:杠柳Periploca sepium Bunge)、P3(草本植物:狗尾草Setaria viridis)、P4(草本植物:猪毛菜Salsola collina)、P5(裸地)。使用不同p H值的溶液对6种岩石分别进行浸泡和模拟雨淋试验,以对其风化速率进行分析。开展了岩石风化物与土壤的理化性质分析,包括颗粒组成和养分含量等,结果表明:(1)在浸泡与模拟雨淋条件下,泥岩的风化速率最高;其次为粉砂岩、细砂岩、煤矸石、粗砂岩、砾岩。相对CK来说,水分条件对风化作用有重要的影响,可以加速沉积岩的崩解,水的p H值对岩石风化速率具有重要影响,酸性条件更有利于岩石风化;总体来说,排土场不同岩石在不同p H值条件下的风化速率为:酸>碱>中性。(2)岩石风化物颗粒组成以砂粒为主;而泥岩以粉粘粒及细砂粒为主。除泥岩外,粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、砾岩、煤矸石的岩石风化物颗粒组成以粗砂粒(0.1-2mm)含量最高,为49.30%~67.31%(平均为51.52%);其次是粉粒(0.002-0.05mm)含量,为13.49%~26.08%(平均为21.75%);而粘粒(<0.002mm)含量相对较低,分别为9.47%~20.95%(平均为13.14%)。不同岩石风化物颗粒分形维数表现为泥岩>细砂岩>粉砂岩>粗砂岩>砾岩>煤矸石。因此,泥岩与砂岩可以在成土过程中提供更多的粘粒和粉粒,从而提高土壤质量。(3)排土场不同植被下土壤的颗粒组成情况要优于裸地,整体来说,排土场土壤属于砂性土壤。不同植被下土壤的颗粒组成不同,P2、P4样地土壤以砂粒为主;P1、P3样地土壤以粉粘粒为主。但每种植被下土壤的粉粘粒含量均大于裸地。P5的粗砂粒体积百分含量最高,为72.95%,而狗尾草下土壤的粗砂粒含量最低,为28.39%。从粘粒含量占比来看,P3样地最高,为28.78%,其次为P4样地,为16.04%。这说明植被对露天矿排土场土壤物理性质的改善作用较为显著。从20-40 cm土层看,P1样地土壤的颗粒组成情况要明显优于其他样地。所以,乔木和草本植物可以提高土壤颗粒组成的质量。乔木对表层土壤的养分有表聚作用,根系从不同土层吸收养分后,形成茎叶。枯枝落叶归还到土壤表层后,养分富集在土壤表层。有机质的积累既能促进岩石风化,又能防止土壤侵蚀,故而土壤颗粒组成便会发生变化,粘粒的比例也随之增大。(4)岩石风化物的有机质含量大小为:2.7~155.6 g/kg;全氮含量大小为:0.12~1.6 g/kg;全磷含量大小为:0.08~0.15 g/kg;全钾含量大小为:12.08~27.39 g/kg。此外,粗砂岩的有效磷含量最高;粉砂岩的速效钾含量最高。(5)植被恢复对有机质和TN、TP、TK含量和分布具有重要的影响。不同植被下土壤有机质含量大小比较为:P4>P1>P2>P>P5;土壤全氮含量大小比较为:P1>P2>P3>P4>P5;土壤全磷含量大小比较为:P1>P4>P3>P2>P5;土壤全钾含量大小比较为:P1>P2>P3>P4>P5。随着土层的不断加深,土壤的有机质、氮、磷、钾含量整体呈下降趋势;不同岩石风化物与不同植被下土壤养分的相关性逐渐增大,主要是由于植被的影响减弱。相对来说,岩石风化物对氮、磷、钾的贡献不是很大,而植被作用对土壤中氮、磷、钾的积累与分布作用与影响更强。该论文有图37幅,表9个,参考文献96篇。
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