磷矿矿区废弃地植被恢复土壤质量演变及评价

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针对磷矿废弃地植被恢复过程中土壤质量变化特征及如何评价修复后土壤质量问题,本文以昆阳磷矿废弃地不同植被恢复年限土壤为研究对象,采用时空互代的方法,对不同恢复年限样地物种多样性、土壤质量的物理、化学及生物学指标特性进行了系统的测定,揭示植被恢复重建与土壤质量演变的互动关系,构建合适的土壤质量评价指标体系及评价模型,从而为磷矿矿区废弃地生态恢复重建及土壤质量的恢复保育提供科学依据。获得了如下的主要研究结论:1、不同恢复年限植被物种多样性性状。在植被恢复初期,物种多样性指数没有呈现出明显的变化规律,随着恢复年限的增长,植被恢复林的物种增加趋势不是很明显,但是物种组成质量在提高;10a、5a、2a和24a植被恢复林Simpson多样性指数(D)和Shannon-Winener多样性指数(H’)随着恢复年限增加而呈递减趋势;在恢复初期及林分稳定以后,磷矿废弃地人工林植被恢复区灌草种类都较少,随着林分逐渐郁闭和土壤理化、生物学性质的改变,林下草本组成种类由多到少、数量由少到多,并且形成向阳性草本向耐阴性草本、多年生草本向一年、二年生草本过渡的趋势。2、不同恢复年限土壤性质的变化特征。研究显示,随着恢复年限增加,土壤中石砾含量递减,砂粒、粉粒和黏粒的含量呈现逐渐递增的趋势,增加幅度相对平缓;恢复初期,土壤孔隙度和毛管孔隙度总体增大;随着恢复年限的增加,土壤容重均比对照减少,土壤含水量和pH值呈现先增后减现象;全氮和碱解氮含量总的变化趋势是先减小再增大;全磷和速效磷、全钾和速效钾含量呈增大趋势;有机质呈现递增的趋势。根据土壤养分评价方法标准,土壤的容重、总孔隙度、pH值均呈弱变异性;有机质、有效磷为强变异性的因子,变异系数较大,分布不均匀;碱解氮、全氮、全磷、速效钾为中等变异的因子,变异系数相对小些;全钾为弱变异,相对分布比较均匀;有机质含量缺乏,在整个实验区含量高低起伏较大,全氮、碱解氮含量属于缺乏和较缺乏,全磷和有效磷、全钾和速效钾含量极为丰富;植被恢复促进了土壤微生物群体的生长,也刺激了土壤p-葡萄糖苷酶、脲酶和酸性磷酸酶活性;线虫密度逐渐增加;聚类分析显示,短期修复Oa、1a和2a形成第1组群集,3a和4a形成第2组群集,恢复年限较长的5a和l0a形成第3集群。3、土壤质量的影响因子研究。土壤性质各属性指标之间、与物种多样性之间呈现显著(P≤0.05)和极显著(P≤0.01)水平的相关性;根据典型相关分析,建立土壤各属性指标之间的转换函数,结果显示,土壤质量各属性指标问存在显著的相关关系,其中引起此密切相关的指标在物理性状中起主要作用的是土壤容重、孔隙度和毛管孔隙度,化学性状中起主要作用的是有机质、碱解氮、速效钾和有效磷,生物学性质指标中起主要作用的是微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、β-葡萄糖苷酶和脲酶。为进一步筛选土壤质量评价指标提供了参考依据。4、植被恢复土壤质量评价。通过典型相关分析、敏感性分析和主成分分析对19个土壤质量指标进行筛选,最终确定并建立了由8个指标组成的土壤质量评价指标体系;采用土壤质量综合指数法对植被恢复土壤质量进行评价,发现在植被恢复过程中,SQI随植被恢复年限的增加呈上升趋势,二者之间存在显著的函数关系。7个植被恢复模式组合的土壤综合质量指数的大小顺序为:24a>10a>5a>3a>2a>1a>ck,这与在实地调查中所看到的植被生长状况基本相符。随着恢复年限的增加,矿区废弃地植被恢复土壤质量各指标呈现非常明显的提高,植被恢复和土壤质量互成正效应;各植被恢复样地的土壤综合质量指数均比对照土壤大,说明在磷矿矿区废弃地进行植被恢复对于土壤质量有极显著的改善。
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