CN109121967A - 一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于生态修复技术领域，具体说是一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法。以待修复地矿山植物群落演替与成土过程变化(土壤营养)的响应关系为基础，筛选适宜的植物种类组合于构建的待修复地矿山中土壤微环境内，诱导植物群落的快速演替，使得待修复地矿山成土过程加速，实现矿山快速与精准的生态修复。本发明方法可实现矿山快速与精准的生态修复，以及矿山可持续性的自我恢复。

Description

一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法
技术领域
本发明适用于生态修复技术领域，具体说是一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法。
背景技术
我国的矿山土地复垦工作开始较早，大约始于20世纪50年代，但直至90年代初我国在生态修复方面的研究工作才开始起步，同时研发了一些切实可行的生态修复技术。
现有矿山生态修复技术主要分成三类。第一类，是针对矿山生态修复启动阶段土壤贫瘠的问题，进行土壤理化性质的改良，通过在土壤中添加保水剂、营养剂等(ZL201410074186.5，201610670324.5，201610363256.8，201710020819.8)，使其促进植物生长，从营养提供角度加速矿山的植被修复。第二类，是针对在矿山生态修复过程中植培育与生长的问题，通常选取耐贫瘠或者先锋植物种类(ZL 201110381203.6)，并通过修复植物的布设优化方式(ZL 201710180387.7)，提升矿山生态修复效果。第三类，是针对矿山生态修复时水土流失问题，研发了喷砼飘台、生态砖等矿山边坡的构造新方法(ZL201310506798.2，201711012345.9)，减少水土流失对适宜植物生长的土壤冲刷，实现保水保肥的目的。此外，在现有生态修复技术基础上，针对近年来金属矿的环境污染问题，在土壤改良添加钝化剂，并选用高富集重金属植物，兼顾矿山生态修复与土壤重金属污染治理(ZL 201110381202.1，ZL 201210555272.9，ZL 201210126660.5，ZL 201310177389.2)。
现有技术缺乏系统设计，修复均是依靠工程经验进行设计施工。但事实上，我国幅员辽阔，环境条件千差万别，矿山的地带性差异和非地带性差异显著。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，以待修复地矿山植物群落演替与成土过程变化(土壤营养)的响应关系为基础，筛选适宜的植物种类组合于构建的待修复地矿山中土壤微环境内，诱导植物群落的快速演替，使得待修复地矿山成土过程加速，实现矿山快速与精准的生态修复。
进一步的说
1)根据待修复地矿山植物群落谱图，以及待修复地矿山成土过程谱图，筛选并组合适宜矿山生态修复的植物种类，以非同等密度种植的方式构建植物群落；
2)根据待修复矿山成土过程谱图，人工构造土壤微环境，诱导筛选的植物种类群落的快速演替，使其快速进入稳定的阶段，实现矿山快速与精准的生态修复。
所述植物群落谱图指在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，在当地矿山能稳定生长的顶级植物群落；
所述成土过程谱图是指在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，当地矿山稳定的顶级植物群落与之对应的土壤成土过程与现有土壤类型。
所述适宜矿山生态修复的植物为植物群落谱图中获得优势度高的植物物种，包括3种类型，具体是指：
1)I类植物，可耐贫瘠且快速生长的先锋种并可加速矿山石砾和岩石成土过程，该类植物以草本为主；
2)II类植物，可起到水土保持作用，该类植物以灌木为主；
3)III类植物，稳定植物群落的物种，该类植物以乔木为主。
所述非同等密度种植是指根据植物谱图中不同种类植物的密度，从图谱中获得适宜矿山生态修复的植物，按照不同密度进行网格种植。
所述I类植物的种植的覆盖率不低于修复区的85％；II类植物的种植密度约为2500株/公顷-7000株/公顷；III类植物的种植密度约为1000株/公顷-5000株/公顷。
所述人工构造土壤微环境为以坑穴客土方式构造局部适合植物生长的土壤环境，坑穴内土壤是与种植植物相适应的当地客土；其中，种植的植物中II和III类植物以坑穴种植，I类植物以喷混植生的方式种植。
所述坑穴大小为0.4m-0.6m，深度为0.3m-0.5m，间距为1.5m-3.5m；所述坑穴土壤中添加缓释肥料，土壤中全氮含量保持5mg/kg-10mg/kg，有效磷含量保持10mg/kg-30mg/kg，速效钾含量保持120mg/kg-200mg/kg。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明以植物群落演替-成土过程变化(土壤肥力、土壤理化性质等)的响应关系为基础，通过适宜植物种类筛选组合与土壤微环境构建，诱导植物群落的快速演替，并加速修复区的成土过程，实现矿山快速与精准的生态修复，并保持矿山可持续性的自我恢复，为矿上的精准生态修复提供科技支撑。
附图说明
图1是本发明实施例提供的矿山生态修复的操作流程图；
图2是本发明实施例提供的矿山边坡的坑穴布设及植被种植图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法(图1)，以待修复地矿山植物群落演替与成土过程变化(土壤肥力、土壤理化性质等)的响应关系为基础，筛选适宜的植物种类组合于构建的待修复地矿山中土壤微环境内，诱导植物群落的快速演替，使得待修复地矿山成土过程加速，实现矿山快速与精准的生态修复。
所述植物群落谱图是指，在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，当地矿山稳定的顶级植物群落。
所述成土过程谱图是指，在与上述植物群落谱图相同约束条件下，与植物群落对应的土壤成土过程与现有土壤类型。
所述适宜矿山生态修复的植物包括3种类型，均是从上述植物群落谱图中选取，3种类型植物搭配构成群落，既保持植物群落的中物种的多样性，又能保证群落的稳定性，以及生态修复后期群落自我演替的可持续性。
3种类型植物具体是指：
I类植物，可耐贫瘠且快速生长的先锋种，还可加速矿山石砾和岩石成土过程，该类植物以草本为主，例如，紫花苜蓿(Medicago sativa.)、狗尾草(Setaria viridis(L.)Beauv.)等；
II类植物，可起到水土保持作用，该类植物以灌木为主，例如，荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、紫穗槐(Amorpha fruticosa Linn.)等；
III类植物，稳定植物群落的物种，该类植物以乔木为主，例如，沙棘(Hippophaerhamnoides Linn.)、刺槐(Robinia pseudoacacia L.)等；
所述非同等密度种植是指，根据植物谱图中构成中不同种类植物的密度，对筛选出的上述3类植物物种，按照不同密度进行网格种植，较为适宜的种植密度如下：
I类植物的种植的覆盖率不低于修复区的85％；
II类植物的种植密度约为2500株/公顷-7000株/公顷；
III类植物的种植密度约为1000株/公顷-5000株/公顷。
所述人工构造土壤微环境是指，以坑穴客土方式构造局部适合植物生长的土壤环境，坑穴内土壤是与种植植物相适应的当地客土；
II和III类植物以坑穴种植，I类植物以喷混植生的方式种植；
根据不同类型植物间的生态位设计坑穴，坑穴大小为0.4m-0.6m，深度为0.3m-0.5m，间距为1.5m-3.5m；
通过在坑穴土壤中添加缓释肥料，促进植物生长，诱导植物群落的快速演替，土壤中全氮含量保持5mg/kg-10mg/kg，有效磷含量保持10mg/kg-30mg/kg，速效钾含量保持120mg/kg-200mg/kg。
实施例1
本实施例所修复矿山是辽宁省东部地区某铁矿的矿山边坡，在边坡整形的基础上，按照本发明的技术流程(图1)，开展矿山生态修复，修复面积3公顷，修复时间为3年。
步骤一，根据区域生物地理气候与局地矿山自然环境调查，得到当地矿山植物群落谱图(表1)和矿山成土过程谱图(表2)，当地土壤类型主要为壤土。
所述当地矿山植物群落谱图(表1)为根据当地生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，通过对当地矿山稳定生长的顶级植物群落进行样方调查，获得主要植物物种的优势度。
所述成土过程谱图为根据当地生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，在各种成土因素的综合作用下(物理、化学和生物作用的总和)，土壤发生发育的过程。重点描述现有的未破坏地区的土壤类型及土壤肥力情况。且该过程与上述当地顶级植物群落相对应。
表1当地矿山植物群落组成谱图中主要植物物种(优势度)
表2当地矿山成土过程谱图及与植物群落的对应关系
步骤二，在在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，兼顾矿山边坡水土流失大的特点，以及经济效果，从植物群落谱图中筛选适宜矿山生态修复的植物种类中较(表3)，并进行非等密度种植(表3和图2，图中面积为100m2)。
表3适宜当地矿山生态修复的植物种类
植物类型 主要植物(比重70％) 辅助植物(比重30％) 种植密度
I类植物 紫花苜蓿 猪毛蒿、狗尾草 覆盖率90％
II类植物 紫穗槐 荆条 5000株/公顷
III类植物 刺槐 沙棘 3000株/公顷
步骤三，以坑穴客土增肥的方式，人工构造土壤微环境，在坑穴土壤中添加缓释肥料，对上述选择的植物诱导，使植物群落快速演替，并加速修复区的成土过程，实现矿山快速与精准的生态修复，进而保持矿山可持续性的自我恢复(参见表4)。其中，II和III类植物以坑穴种植，I类植物以喷混植生的方式种植。
根据上述筛选的植株，坑穴大小为0.4m，深度为0.4m，间距约为2.5m；同时向坑穴内添加的缓释肥料(缓释肥料可选用市面现有的各自缓释肥料)，使土壤中全氮含量保持为6mg/kg-8mg/kg，有效磷含量为20mg/kg-25mg/kg，速效钾含量为120mg/kg-150mg/kg。
表4本实施例的矿山生态修复效果
时间 植被覆盖率 生物多样性(Shannon指数)
第一年 92％ 0.52
第二年 90％ 1.37
第三年 90％ 2.02
以上内容是结合具体的优先实施案例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于此。在不脱离本发明构思的前提下，还可做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：以待修复地矿山植物群落演替与成土过程变化(土壤营养)的响应关系为基础，筛选适宜的植物种类组合于构建的待修复地矿山中土壤微环境内，诱导植物群落的快速演替，使得待修复地矿山成土过程加速，实现矿山快速与精准的生态修复。
2.按权利要求1所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：
1)根据待修复地矿山植物群落谱图，以及待修复地矿山成土过程谱图，筛选并组合适宜矿山生态修复的植物种类，以非同等密度种植的方式构建植物群落；
2)根据待修复矿山成土过程谱图，人工构造土壤微环境，诱导筛选的植物种类群落的快速演替，使其快速进入稳定的阶段，实现矿山快速与精准的生态修复。
3.按权利要求1或2所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述植物群落谱图指在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，在当地矿山能稳定生长的顶级植物群落；
所述成土过程谱图是指在区域生物地理气候与局地矿山自然环境双重条件约束下，当地矿山稳定的顶级植物群落与之对应的土壤成土过程与现有土壤类型。
4.按权利要求1或2所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述适宜矿山生态修复的植物为植物群落谱图中获得优势度高的植物物种，包括3种类型，具体是指：
1)I类植物，可耐贫瘠且快速生长的先锋种并可加速矿山石砾和岩石成土过程，该类植物以草本为主；
2)II类植物，可起到水土保持作用，该类植物以灌木为主；
3)III类植物，稳定植物群落的物种，该类植物以乔木为主。
5.按权利要求1或2所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述非同等密度种植是指根据植物谱图中不同种类植物的密度，从图谱中获得适宜矿山生态修复的植物，按照不同密度进行网格种植。
6.按权利要求5述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述I类植物的种植的覆盖率不低于修复区的85％；II类植物的种植密度约为2500株/公顷-7000株/公顷；III类植物的种植密度约为1000株/公顷-5000株/公顷。
7.按权利要求1或2所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述人工构造土壤微环境为以坑穴客土方式构造局部适合植物生长的土壤环境，坑穴内土壤是与种植植物相适应的当地客土；其中，种植的植物中II和III类植物以坑穴种植，I类植物以喷混植生的方式种植。
8.按权利要求7所述的基于植物群落诱导演替的矿山生态修复方法，其特征在于：所述坑穴大小为0.4m-0.6m，深度为0.3m-0.5m，间距为1.5m-3.5m；所述坑穴土壤中添加缓释肥料，土壤中全氮含量保持5mg/kg-10mg/kg，有效磷含量保持10mg/kg-30mg/kg，速效钾含量保持120mg/kg-200mg/kg。
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