CN108419639A - 一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法。首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；然后呢按每6.7 m×5 m样地，把250 t/ha粉煤灰撒在调控区中与翻过的土混合均匀，填充后调控区的植被处于自然生长的状态；完成调控基质的填充后，分别于同年秋季和次年春季以及次年夏季，在基质调控区采集土壤样品进行测定。本发明利用粉煤灰对天津机场地被植物进行基质调控研究，旨在从植物方面控制鸟类食物源头和改变鸟类栖息、繁殖环境，降低物种多样性，实现植物单一化，进而减少鸟类物种及数量，降低鸟类对机场安全造成的隐患，为机场经营管理植物群落提供理论依据，同时也为机场鸟击防范工作提供科学依据。

Description

一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法

技术领域

本发明属于生态安全技术领域，涉及一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法。

背景技术

目前，国内外有关机场地被植物群落的调控研究主要分为两种：第一种是根据植物的生长情况，适时采取刈割、挖除、碾压、喷洒药剂等措施，对地被植物群落的高度、开花、结实等进行管理；第二，选择种植适口性低、不吸引鸟类或具有驱虫功效的适宜植物物种。许多研究结果证实，一定的植物群落结构特征与某种鸟的分布之间存在明显的相关性。不同的生境类型会吸引不同的鸟类及其他生物，因此要根据不同的生境类型，制定相应的植被管理策略。有人对机场植物高度进行了调查统计后也认为每个机场应因地制宜，在确保灯光的可见性的条件下，根据当地鸟类对植物的适宜度来控制机场草坪高度。其中美国机场对草地的管理更多的集中于植被的高度，认为通过刈割和化学方式调控机场植被以控制机场其他生物的食物资源，从而减少航空安全事件。有人也提出应限制机场植物群落高度，以低矮的物种为主或定期修剪，如在果实成熟前进行机械割草消除草籽等。有人不仅认为有效的植被高度管理可减少野生动物与飞机相撞，同时也提出食物的可获得性也能减少撞机，如选择吸引力较小的牧草来代替吸引力大的植被或选择营养和适口性差的物种。但有研究显示小型哺乳动物在非生长季节的丰度显著减少，每年割草是有效的但不足以降低物种的总体数量。国内对机场植物群落的调控，如北京首都国际机场飞行区原生植被平均高度达50cm以上，每年要进行2~3次割草；有人提出在机场种植具刺植物——喀西茄，能迫使鸟类迁离他处群找最适觅食地点；有人研究在关于南充高坪机场土壤及草丛动物群落特征和鸟类的关系研究中提出定期修剪草地，保证植物高度不超过10cm。但也有一些其他的调控方式，有人提出含有独特内生菌的草坪草对在机场和周边绿地上觅食的食草性、食虫性和杂食性的鸟类有影响；有人对机场草地进行了不同程度的火烧调控，降低了鸟类的密度、多样性和均匀度，但没有改变群落物种数。

随着世界各国经济的快速发展，在当前工农业生产中，各种工农业废弃物随之产生，其中工业废弃物主要有煤矸石、粉煤灰及工业废水等；农业废弃物主要为各种作物的秸秆、木材等；且随着城市化的不断发展，生活垃圾、园林落叶以及修剪废弃物的产量日趋增加，而这些废弃物有大量未能被利用而对生态环境造成严重污染，给人们的生活也造成一定的负面影响。

因此，国内外对实现废弃物资源化利用越来越重视，关于废弃物的综合利用主要在提高作物花卉果蔬产量及品质、改良和修复土壤、建筑材料、园林绿化等方面，而有关利用废弃物进行基质调控地上植物群落方面的研究报道相对较少。不同的废弃物因其理化性质的不同，对植物群落的影响也不同。有人在对不同污泥添加量对植物及土壤化学性质影响的研究表明，添加废弃物使植物产量增加。有人在地中海地区的半干旱生态系统中，进行不同生物固体和城市废弃物施用量对土壤及本地植物的影响研究，结果表明：所有植物冠层和生物量都显著增加，植物物种的丰富度随着废弃物施加量增加而降低，有人以煤渣、蘑菇土、污泥、垃圾土、锯木屑等废弃物作为狗牙根无土草皮的基质的研究结果表明，5种基质的优劣顺序为污泥>蘑菇土>锯木屑>垃圾土>煤渣。有人对3种工业有机废弃物对铅锌尾矿生物化学性质及职务生长的影响研究结果表明，添加工业有机废弃物酒糟、中药渣、蘑菇渣促进了植物种子的萌发和幼苗的生长，提高了植被盖度及生物量，并显著降低了狗牙根和黑麦草地上部分的重金属含量。

目前世界各地对机场生态学相关的研究越来越重视，但基本上是围绕着撞机鸟种和机场内外鸟类群落的组成而展开。由于植被是鸟类栖息地选择的基础，同时还为鸟类直接或间接的提供食物，因而在鸟击防范的研究中对机场地被植物群落进行相关研究有助于了解机场区鸟类群落的形成，进而对合理改造或设计机场植被环境、减少机场周围鸟类数量和多样性等都具有重要的作用，从而达到更好的鸟击防范效果。然而尚未见有学者开展机场植物群落动态特征方面的报道，且仅局限于对机场植被资源的简单调查，未能针对机场植被进行更深层的研究。

因此本研究运用群落生态学中的基础理论，对天津滨海国际机场地被植物群落进行系统的研究，了解机场植物群落的基本特征、结构变化、物种多样性变化及年动态变化，并对其采用了一些人工调控措施进行研究，为构建我国机场生态系统植物群落研究提供可靠资料，进一步开展机场植物群落的结构、动态及演替规律研究奠定基础，为机场经营管理植物群落提供理论依据，从植物方面控制鸟类食物源头和改变鸟类栖息、繁殖环境，以期为机场鸟击防范工作提供科学依据，达到减少鸟害、预防鸟击的目的。

机场为一个特殊的生态系统，开放的半自然状态形成了机场特殊的植物群落。植物群落的异质性、植物与动物的多样性都对机场区域的鸟类多样性和活动模式产生重要影响，在一定程度上也决定了机场范围内飞行器的起降安全。近年来，鸟类与飞机相撞成为全球民用航空面临的重大安全问题和经济负担。目前，国内外对于机场地被植物群落的调控，最主要是控制植物群落的高度。由于不同的生境类型会吸引不同的鸟类及其他生物，根据不同的生境类型，制定相应的植被管理策略，国内大多采用低草管理策略控制鸟类数量，以减少航空安全事件。其次是选择适宜的植物物种，种植适口性低、不吸引鸟类或具有驱虫功效的植物，如喀西茄、薰衣草等。另外，也有其他的调控方式，如采用含有独特内生菌草进行调控、对机场草地进行不同程度的火烧等。而有关利用废弃物基质调控机场地被植物群落的研究报道尚未见。

粉煤灰是燃煤火力电厂在生产过程中排出的大量固体废物，国内外对其综合利用主要在建筑工程和基础工程等方面，其次是用于改良和修复土壤（涂料或填料以及污水处理等。但尚未见有关利用这种废弃物进行基质调控地被植物群落方面的研究报道。

发明内容

因此，本发明选用了粉煤灰填充到机场基质调控区的土壤后，研究了其对土壤细菌群落结构及多样性的影响，旨在对有效调控地上植被群落结构及昆虫数量特征从而减少鸟类食物来源或者切断鸟类食物链来达到机场生态治鸟的目的提出理论依据，为机场应用生态学方法进行鸟击防控积累了基础生态学资料。

本发明公开了一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；

（2）在调控区的实验区按每6.7 m×5 m样地，把250 t/ha粉煤灰撒在调控区中与翻过的土混合均匀，填充后调控区的植被处于自然生长的状态；

（3）完成调控基质的填充后，分别于同年秋季和次年春季以及次年夏季，在基质调控区采集土壤样品进行测定。其中所述的采集土壤样品进行测定指的是：采集前，去除土壤表层杂草，采用S型取样法，在每个试验小区随机选取20个取样点，用土钻钻取0 ~ 20 cm 深度的表层土，挑捡出土壤中大的根系，然后掰碎大的土块后，将土样均匀混合后置于冰盒放入密封袋，记上标签，带回实验室做后期处理。

本发明进一步公开了采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法在降低植物群落总物种数方面的应用。同时也公开了该方法在降低植物群落多样性方面的应用。

本发明主要考察了机场土壤的生物多样性特征，重点是解决机场鸟击问题，本发明的难点在于：目前尚无通过食物链调节机场鸟击的技术，本发明的创新点在于：通过调整机场土壤的理化性质，达到改变机场生物多样性特征的目的。

本发明更加详细的研究方法与结论如下：

1研究区自然概况

研究区天津滨海国际机场位于天津市东丽区机场大道（机场立交南侧），地理坐标为39°07′ N、117°20′ E，距天津市中心直线距离13 km，距天津港30 km，距北京134 km，总占地面积760 hm²，裸地面积460 hm²。天津机场飞行区等级4E级，目前有两条跑道，分别为3600 m和3200 m，可满足各类大型飞机全载起降，是中国主要的航空货运中心之一。该地区四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪，属暖温带半湿润性大陆季风气候。天津机场年平均气温约为12.6 ℃；无霜期一般为188 d；年平均风速为2–4 m/s，多为西南风；年降水量520–660 mm，降水日数为63–70 d，主要集中在6、7、8三个月，占全年降水量76%左右；年日照时数2500–2900 h。

天津机场地貌主要是以平原和洼地为主，复杂的地质构造，大部分为新生代沉积物覆盖。机场内及其周边生态环境复杂，土壤主要有褐土、潮土和水稻土等，植被大致可分为落叶阔叶林、灌草丛、草甸、人工林、种植植物等。天津机场内植物资源丰富，植被覆盖率高，主要植物种为夏至草（Lagopsissupina)、芦苇( Phragmitesaustralis) 、虎尾草(Chloris virgata ) 、纤毛鹅观草（Roegneriaciliaris) 、泥胡菜( Hemisteptalyrata)、阿尔泰狗娃花( Heteropappusaltaicus) 、中华小苦荬(Ixeridiumchinense)、灰绿藜(Chenopodiumglaucum) 、巴天酸模(Rumexpatientia) 和独行菜( Lepidiumapetalum)等。

2 研究方法

2.1样地设置

研究样地设在天津滨海国际机场的试验田中，首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；

土壤类型为沙壤土，其理化性质为：pH 7.95，含水量11.7%，容重1.46 g/cm3，有机质28.7 g/kg，全氮2.37 g/kg，速效磷21.43 mg/kg。

试验地分为废胶粒调控区、污泥堆肥调控区、粉煤灰调控区和对照区四块，总面积约为60 m×20 m，每块调控区平分成三块，大小约为6.7 m×15 m。废胶粒施加量分别为1t、0.67 t、0.34 t，分别以LWP、MWP和HWP表示；污泥堆肥施加量分别为2.5 t、1.67 t、0.83t，分别以LSC、MSC和HSC表示；粉煤灰施加量分别为2.5 t、1.67 t、0.83 t，分别以LFA、MFA和HFA表示；以不添加废弃物的为对照区（CK）。整个试验区的植被均为自然生长状态。

其中废胶粒主要是由各种废旧橡胶加工生产而来，如旧车胎、橡胶鞋底、电缆皮、边脚料等；污泥堆肥是污水处理过程中得到的固体有机物质，其中大部分污水来源于居民生活废水和小企业排放的污水，且污水经过处理可以作为肥料，其理化性质如表所示；粉煤灰含有大量碱性氧化物，如SiO2（40%–60%）、Fe2O3（2%–15%）、MgO、CaO（1%–10%）、Al2O3（17%–35%）等，其理化性质如表1所示。

表1 粉煤灰和污泥堆肥的理化性质

2.2 植物群落调查

对试验区植物的调查于2016年4月至9月进行，每个月调查两次。采用样方法，根据群落以低矮草本植物为主的特点，选取面积为1 m×1 m的样方分别在废胶粒调控区、污泥堆肥调控区和粉煤灰调控区的高、中、低含量以及对照区各布设3个样方，共30个，记录每个样方内的植物种类、高度、株数以及盖度。由于4月份植物刚开始返青，4、5月植被盖度不足50%，因此生物量从6月份开始测定，采用完全收获法，于80℃条件下烘至恒重，称其干重。

植物群落调查

于2015–2017年对研究样地的植物群落进行调查，每月上下旬各调查一次。采用样方法，在每个样地随机设置面积为1 m×1 m的样方3个，调查各样方内植物的种类、高度、株数（丛）盖度以及频度。

植物多样性的计算方法

选用4种常用的物种多样性指数，即Simpson多样性指数（D）、Shannon-Wiener多样性指数（H）、Pielou均匀度（J）和Margalef丰富度（R）。其计算公式如下：

D=1−∑(Pi^2)

H= -∑(Pi×lnPi)

J=H/lnS

R=(S-1)/lnN

式中，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例Ni/N，Ni为i物种个体数，N为群落中全部物种的个体数，S为物种数目。

数据分析

采用Excel 2010 软件进行实验数据整理及制作图表，利用SPSS 22.0软件的单因素方差分析（One-Way ANOVA）和Duncan多重比较分析方法对不同样地和年份的地被植物群落多样性进行差异显著性分析和LSD检验。

3、研制结果与分析

3.1粉煤灰调控区植物群落多样性的变化

粉煤灰调控区的植物群落多样性变化如图1所示. 在所有月份中，对照区植物群落的丰富度均显著高于粉煤灰调控区（图1A）。4月份，中、高添加量的粉煤灰调控区植物群落的丰富度差异不显著，但显著低于低添加量的粉煤灰调控区，分别降低了55.4%、60.8%；5–7月份，不同添加量粉煤灰调控区的丰富度差异不显著；8、9月份，植物群落的丰富度随粉煤灰添加量的升高而降低，高添加量的粉煤灰调控区和对照区相比，分别降低了78.8%和78.5%。

4–7月份，对照区与低添加量的粉煤灰调控区植物群落的均匀度差异不显著，其中4–6月份均显著高于中、高添加量的粉煤灰调控区。而高添加量的粉煤灰调控区在整个调查期间均匀度均达到最低（图1B），4–9月份分别较对照区显著降低了30.4%、29.4%、33.2%、38.2%、59.5%和60.3%。

植物群落Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随粉煤灰添加量的增加而降低，且粉煤灰各添加量调控区的多样性均显著低于对照区（图1C和图1D）。在粉煤灰调控区中，中、高添加量调控区的植物群落多样性低于低添加量调控区，其中4–6月差异显著；7月的Shannon-Wiener指数与6、9月的Simpson指数均随含量的增加而显著降低；8、9月高添加量调控区的多样性最低，其中Shannon-Wiener指数低于0.3600，与对照区相比分别降低了81.5%和81.8%，Simpson指数低于1.700，较对照区分别降低了79.1%和81%。

研制结论

基质是植被良好生长的物质基础，其理化性质不仅影响到植物的生长发育，而且影响到植物群落的稳定发展。在基质中添加废弃物，会对植物群落产生影响，且不同的废弃物对植物群落有不同的影响。首先对植物群落的物种组成有一定的影响，本研究结果表明，粉煤灰调控区的植物群落总物种数明显少于未添加废弃物的对照区，且随添加量的增加而减少。这可能由于粉煤灰质地松散，养分含量低，保水保肥能力差。其中在高添加量粉煤灰调控区中也仅有禾本科植物碱茅、狗尾草出现，刺儿菜始终占优势，而且刺儿菜的叶缘有细密的针刺，这会影响和阻碍鸟类及其他生物的生命活动，不利于鸟类的生长发育。粉煤灰的施入对植物群落的多样性也有一定的影响。从丰富度和均匀度来看，这种废弃物对植物群落的物种丰富度影响较大，其中粉煤灰对植物群落的均匀度影响也较大。控制植物单一化可以最大限度减少鸟类的数量，植物单一，以植物为食的鸟类因觅食困难而离去，也将导致以植物为食的昆虫及其他动物单一化，从而使以昆虫等无脊椎动物为食的鸟类而离开。对试验区各个月份的物种多样性指数进行比较发现Shannon-Wiener指数和Simpson指数在全年的变化趋势基本相同，调控区的植物多样性与对照区相比均有所降低，其中粉煤灰调控区的植物群落多样性显著低于对照区。粉煤灰调控区随添加量的增加而降低，这可能由于粉煤灰中含有较高的水溶性盐和硼，随着施用量的增加，土壤的碱性和水溶性硼含量太高，土壤全氮含量下降，从而不利于植物生长

在物种组成上，粉煤灰调控区比对照区少了5科6种，其中高添加量粉煤灰调控区植物只有4科8种。随着粉煤灰添加量的增加，植物群落丰富度和多样性呈明显下降的趋势，同时植物群落生物量随之降低。因此，土壤基质中添加高量粉煤灰对机场地被植物群落的调控效果显著。

附图说明

图1粉煤灰调控区植物群落多样性特征变化；（A. 丰富度；B. 均匀度；C. 香农威纳多样性；D.辛普森多样性）；注： CK为对照区，LFA、MFA和HFA分别为低、中、高添加量的粉煤灰调控区；不同字母表示同一月份不同处理间差异显著(P<0.05).。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂均有市售。

实施例1

一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法：

（1）首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；

（2）在调控区的实验区按每6.7 m×5 m样地，把250 t/ha粉煤灰撒在调控区中与翻过的土混合均匀，填充后调控区的植被处于自然生长的状态；

（3）完成调控基质的填充后，分别于同年秋季和次年春季以及次年夏季，在基质调控区采集土壤样品进行测定。其中所述的采集土壤样品进行测定指的是：采集前，去除土壤表层杂草，采用S型取样法，在每个试验小区随机选取20个取样点，用土钻钻取10cm 深度的表层土，挑捡出土壤中大的根系，然后掰碎大的土块后，将土样均匀混合后置于冰盒放入密封袋，记上标签，带回实验室做后期处理。

在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受说明书中所举实例实施方式的限制。

Claims (4)

1.一种采用粉煤灰调控机场植物群落多样性的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；

（2）在调控区的实验区按每6.7 m×5 m样地，把250 t/ha粉煤灰撒在调控区中与翻过的土混合均匀，填充后调控区的植被处于自然生长的状态；

（3）完成调控基质的填充后，分别于同年秋季和次年春季以及次年夏季，在基质调控区采集土壤样品进行测定。

2.权利要求1所述的调控方法，其中所述的采集土壤样品进行测定指的是：采集前，去除土壤表层杂草，采用S型取样法，在每个试验小区随机选取20个取样点，用土钻钻取0 ~20 cm 深度的表层土，挑捡出土壤中大的根系，然后掰碎大的土块后，将土样均匀混合后置于冰盒放入密封袋，记上标签，带回实验室做后期处理。

3.权利要求1所述采用粉煤灰调控机场植物群落多样性在降低植物群落总物种数方面的应用。

4.权利要求1所述采用粉煤灰调控机场植物群落多样性在降低植物群落多样性方面的应用。