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南方稀土尾矿生态修复一直是矿山环境恢复治理的难点,研究发掘新的生态恢复途径十分重要。苔藓结皮可有效固定和改良土壤,促进植被演替。苔藓结皮广泛存在于南方稀土矿区,但对其多样性分布格局和生态效应缺少基础研究,制约了其在矿山生态恢复中的实际应用。本研究系统地调查了赣南5个稀土矿区(安远县岗下矿区和新龙矿区、定南县长坑矿区、龙南县足洞矿区和全南县长城矿区)的苔藓结皮资源状况,揭示了矿区苔藓植物的多样性分布格局形成机制,评估了苔藓结皮对水文过程和种子库的影响,为运用苔藓结皮修复南方稀土矿山生态提供科学依据。
1.基于5个矿区苔藓植物的野外调查,对赣南离子型稀土矿区的苔藓植物区系及生活型构成进行了研究。共鉴定苔藓植物36科66属118种。苔藓植物区系成分以东亚分布(28.97%)、北温带分布(26.17%)、中国特有分布(14.95%)和热带亚洲分布(14.02%)为主。在矿区苔藓的9种生活型中,矮丛集型包含的物种最丰富(29.7%)。以包括赣南稀土矿区在内的4个金属矿区和4个林区为对象,分别对其苔藓植物区系构成和生活型组成进行主成份分析(PCA)。在两个主成分分析中,4个林区位点均聚集在一起,而4个金属矿区位点均呈离散状态,这反映金属矿区环境更强的异质性。矮丛集型和开放丛集型是金属矿区优势苔藓植物类型,它们适应干旱,适合用于金属矿区的生态修复。
2.基于赣南稀土矿区5种土地使用类型(果园、原矿、堆浸地、原位浸地和农田),对苔藓植物的多样性分布格局进行了研究。结果表明:农田和果园生境中苔藓植物物种丰富度显著高于其它生境。在所有样地整合、堆浸生境和原位浸生境3类回归分析中,均发现苔藓植物物种丰富度与土壤含水量呈正相关(P<0.001)。典型对应分析(CCA)分析表明,不同生境中影响苔藓植物分布的重要因素存在差异。维管植物盖度(Cano)在原矿和堆浸生境中,土壤含水量(SM)在果园生境中,土壤的总有机碳含量(TOC)在农田生境中,Cu离子浓度和电导率在原位浸生境中,是影响苔藓植物分布的主导因素。所有样地整合的方差分析表明:土壤因素是影响赣南稀土矿区苔藓植物主要因素。
3.基于赣南稀土尾矿荒漠化背景,探索包括藻类、藻-苔藓、苔藓在内的不同演替阶段生物土壤结皮对当地水文过程的影响。主要的研究结论如下:1)生物结皮对降水截流能力显著高于裸土,截流能力依次为:藻-苔藓结皮>苔藓结皮>藻类结皮>裸土;2)生物结皮的持水能力按结皮演替顺序依次增加,苔藓结皮>藻-苔藓结皮>藻类结皮>裸土,苔藓结皮的持水量显著高于藻结皮和裸土层;3)尾矿生物土壤结皮能显著减缓土壤水分的蒸发,藻-苔藓结皮减缓作用好于裸土、藻结皮和苔藓结皮,但持续蒸发5-6d后,各类型结皮和裸土的蒸发量无显著差异。裸土导致相对较多的无效降水,导致短时间内较高的蒸发速率;生物结皮能导致相对较少的无效降水,能够维持较长的蒸发过程,有利于植被的演替。
4.基于赣南稀土矿区优势种苔藓结皮和地表植被调查,探索了东亚小金发藓(Pogonatum inflexum)、南亚小曲尾藓(Dicranella coarctata)和大灰藓(Hypnum plumaeforme)对当地种子的萌发影响。主要结果如下:1)苔藓结皮对种子萌发率和种子萌发物种丰富度均显著高于对照裸土,种子萌发数和种子萌发物种丰富度均为大灰藓>东亚小金发藓>南亚小曲尾藓>裸土;2)实验中萌发的种子基本是属于地表调查植物;3)马唐(Digitaria sanguinalis)是赣南地区地表植物优势种,并在南亚曲尾藓和东亚小金发藓中萌发数显著高于大灰藓与裸土。以其生态位广、适应力强的优势,马唐可能会在稀土矿区植被恢复中具有较好的应用前景。
1.基于5个矿区苔藓植物的野外调查,对赣南离子型稀土矿区的苔藓植物区系及生活型构成进行了研究。共鉴定苔藓植物36科66属118种。苔藓植物区系成分以东亚分布(28.97%)、北温带分布(26.17%)、中国特有分布(14.95%)和热带亚洲分布(14.02%)为主。在矿区苔藓的9种生活型中,矮丛集型包含的物种最丰富(29.7%)。以包括赣南稀土矿区在内的4个金属矿区和4个林区为对象,分别对其苔藓植物区系构成和生活型组成进行主成份分析(PCA)。在两个主成分分析中,4个林区位点均聚集在一起,而4个金属矿区位点均呈离散状态,这反映金属矿区环境更强的异质性。矮丛集型和开放丛集型是金属矿区优势苔藓植物类型,它们适应干旱,适合用于金属矿区的生态修复。
2.基于赣南稀土矿区5种土地使用类型(果园、原矿、堆浸地、原位浸地和农田),对苔藓植物的多样性分布格局进行了研究。结果表明:农田和果园生境中苔藓植物物种丰富度显著高于其它生境。在所有样地整合、堆浸生境和原位浸生境3类回归分析中,均发现苔藓植物物种丰富度与土壤含水量呈正相关(P<0.001)。典型对应分析(CCA)分析表明,不同生境中影响苔藓植物分布的重要因素存在差异。维管植物盖度(Cano)在原矿和堆浸生境中,土壤含水量(SM)在果园生境中,土壤的总有机碳含量(TOC)在农田生境中,Cu离子浓度和电导率在原位浸生境中,是影响苔藓植物分布的主导因素。所有样地整合的方差分析表明:土壤因素是影响赣南稀土矿区苔藓植物主要因素。
3.基于赣南稀土尾矿荒漠化背景,探索包括藻类、藻-苔藓、苔藓在内的不同演替阶段生物土壤结皮对当地水文过程的影响。主要的研究结论如下:1)生物结皮对降水截流能力显著高于裸土,截流能力依次为:藻-苔藓结皮>苔藓结皮>藻类结皮>裸土;2)生物结皮的持水能力按结皮演替顺序依次增加,苔藓结皮>藻-苔藓结皮>藻类结皮>裸土,苔藓结皮的持水量显著高于藻结皮和裸土层;3)尾矿生物土壤结皮能显著减缓土壤水分的蒸发,藻-苔藓结皮减缓作用好于裸土、藻结皮和苔藓结皮,但持续蒸发5-6d后,各类型结皮和裸土的蒸发量无显著差异。裸土导致相对较多的无效降水,导致短时间内较高的蒸发速率;生物结皮能导致相对较少的无效降水,能够维持较长的蒸发过程,有利于植被的演替。
4.基于赣南稀土矿区优势种苔藓结皮和地表植被调查,探索了东亚小金发藓(Pogonatum inflexum)、南亚小曲尾藓(Dicranella coarctata)和大灰藓(Hypnum plumaeforme)对当地种子的萌发影响。主要结果如下:1)苔藓结皮对种子萌发率和种子萌发物种丰富度均显著高于对照裸土,种子萌发数和种子萌发物种丰富度均为大灰藓>东亚小金发藓>南亚小曲尾藓>裸土;2)实验中萌发的种子基本是属于地表调查植物;3)马唐(Digitaria sanguinalis)是赣南地区地表植物优势种,并在南亚曲尾藓和东亚小金发藓中萌发数显著高于大灰藓与裸土。以其生态位广、适应力强的优势,马唐可能会在稀土矿区植被恢复中具有较好的应用前景。