四种覆土处理对高寒煤矿区排土场渣山植被恢复的影响.pdf

D O I1 0. 1 1 6 8 6/c y x b 2 0 1 9 4 4 6 h t t p / /c y x b . m a g t e c h . c o m. c n 王锐,李希来,张静.四种覆土处理对高寒煤矿区排土场渣山植被恢复的影响.草业学报,2 0 2 0,2 97 4 0-5 1. W a n gR,L iXL,Z h a n gJ . E f f e c t so f f o u r d i f f e r e n t s o i l - c o v e r i n gm e a s u r e s o nv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o no f c o a lm i n e s p o i l s i na na l p i n e a r e a . A c t aP r a t a c - u l t u r a eS i n i c a,2 0 2 0,2 97 4 0-5 1. 四种覆土处理对高寒煤矿区排土场 渣山植被恢复的影响 王锐1, 李希来1 ,2*, 张静1 1.青海大学农牧学院,青海 西宁8 1 0 0 1 6;2.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室, 青海 西宁8 1 0 0 1 6 摘要 通过覆土措施对高寒煤矿区排土场渣山表层进行土壤重构, 加速植被生长是高寒矿区植被恢复的关键技术 问题。本研究通过在青海木里煤田圣雄煤矿建立试验小区, 比较覆土0 对照 、 覆土5F T - 5 、 覆土1 0F T - 1 0 和 覆土1 5c mF T - 1 54种不同覆土处理对高寒矿区排土场渣山植被恢复的影响, 研究高寒矿区排土场渣山表层土壤 重构技术, 为高寒矿区植被恢复提供科学依据。采用由垂穗披碱草、 中华羊茅、 青海冷地早熟禾、 青海草地早熟禾、 星星草5种牧草混播种植方案开展研究。结果表明, 垂穗披碱草盖度在所有播种牧草中最大, 是混播优势牧草, 覆 土处理小区垂穗披碱草高度逐年增加。4种覆土处理植被3年平均总盖度排序结果为覆土1 5c m 7 4. 6覆土 1 0c m7 0. 8覆土5c m6 4. 3对照5 9. 8 。随处理时间延长, 各处理间牧草植株密度差异显著性越来 越大。经过3年试验, 对照小区牧草产量同覆土小区存在极显著差异P c o n - t r o l5 8. 8.D u r i n gt h es t u d yp e r i o d,t h ed i f f e r e n c ei np l a n td e n s i t yb e t w e e nd i f f e r e n tt r e a t m e n t sb e c a m e p r o g r e s s i v e l ym o r es i g n i f i c a n t .T h e r ew a sa ne x t r e m e l ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c e i nt h ey i e l do fa b o v e g r o u n db i o - m a s sb e t w e e nt h e c o n t r o l p l o t a n d t h e s o i l - c o v e r e dp l o t sP对照5 9. 8 , 覆土厚度对牧草总 盖度影响很大, 一定范围内, 覆土越厚, 总盖度越大。 2. 2. 2 各牧草盖度的变化 2 0 1 6年, 草地早熟禾、 冷地早熟禾和星星草各处理间的盖度差异显著 图 3 ,F T - 1 0盖度最大, 分别为9. 7 33. 1 1、 9. 5 72. 5 8和6. 5 32. 8 0,F T - 5处理盖度最小, 星星草 F T - 5盖度仅为1. 0 7。2 0 1 7年仅有星星 草F T - 1 0[ 7. 5 71. 8 0] 与F T - 5[ 4. 0 31. 5 3] 、F T - 1 5 [ 3. 7 01. 0 0] 盖度分别存在显著差异P0. 0 5 , 其余牧草各处理间盖度差异均不显著。2 0 1 8年, 垂穗披碱 草、 中华羊茅和草地早熟禾各处理间的盖度存在极显著差异 P0. 0 1 ,F T - 1 0盖度最大, 分别达到3 1. 5 3、 3. 5 3和9. 0 7。 进一步分析可以得到, 除中华羊茅平均盖度逐年减少外, 其他牧草均出现先上升后下降的趋势, 2 0 1 7年平均 盖度最大。垂穗披碱草盖度明显高于其他牧草。2 0 1 6年, 除F T - 1 0处理中华羊茅略高外, 对照、 F T - 5和F T - 1 5 垂穗披碱草平均盖度均为最大, 且具有明显优势。2 0 1 7年, 垂穗披碱草的平均盖度为3 5. 0, 是2 0 1 6年的1. 6 7 倍, 明显高于其他4类牧草。2 0 1 8年, 垂穗披碱草的盖度2 6. 4 低于2 0 1 7年, 但相对于其他牧草优势越来越 明显, 分别是中华羊茅、 冷地早熟禾、 草地早熟禾、 星星草平均盖度的1 1. 1 0、 9. 7 1、4. 3 7和1 5. 3 6倍。从植被盖度 恢复的角度来看, 垂穗披碱草是混播品种中的优势牧草, 适合在矿区植被恢复中推广种植。 2. 3 4种覆土处理对牧草密度的影响 从图4可以看出, 2 0 1 6年8月, 冷地早熟禾、 草地早熟禾和星星草各处理间的密度差异显著,F T - 1 0冷地早 熟禾密度最小, 为每样区 5 1. 4 39. 9 7 株, 而F T - 5则达到了9 1. 7 71 2. 4 0 株。F T - 1 0草地早熟禾和星星草 的密度均为最大, 分别为 3 9. 5 35. 8 5 和2 3. 5 74. 8 7 株, 与对照和F T - 5均存在显著差异P0. 0 5 。说明 在植被恢复初期, 不同牧草品种对覆土措施响应不同。2 0 1 7年垂穗披碱草、 星星草各处理间密度出现显著差异 P0. 0 5 , 中华羊茅和草地早熟禾密度出现极显著差异P0. 0 1 ,F T - 1 0小区密度最大, 分别达到每样区 9. 5 72. 3 8 和2 2. 9 74. 0 4 株。2 0 1 8年, 除星星草密度差异显著外, 其余4种牧草品种密度差异均为极显著 P0. 0 1 。以0. 2 5m 2 为单位面积, 覆土1 5c m小区垂穗披碱草、 冷地早熟禾单位面积密度平均分别可达 8 2. 0 0和3 4. 0 0株, 而对照处理仅分别为5 1. 3 0和5. 2 0株。中华羊茅F T - 1 0密度最大, 达6. 6 71. 5 3 株。 垂穗披碱草密度先上升后下降, 2 0 1 8年单位面积密度6 7. 7 3株 仍明显高于2 0 1 6年4 0. 7 5株 。中华羊茅 和星星草密度逐年急剧下降, 从2 0 1 6年的3 5. 0 5和1 7. 7 2株下降到2 0 1 8年的4. 4 5和2. 1 1株。结合高度、 盖度 变化趋势分析得到, 中华羊茅不适合进行覆土措施处理。冷地早熟禾和草地早熟禾则出现先下降后升高的趋势, 但冷地早熟禾2 0 1 8年单位面积密度1 2. 9 4株 远小于2 0 1 6年7 0. 6 7株 。尤其是除垂穗披碱草外其余4种牧 草从2 0 1 6-2 0 1 7年密度均出现大幅度的下降, 2 0 1 7年中华羊茅、 冷地早熟禾、 草地早熟禾、 星星草的密度仅分别 为2 0 1 6年的1 3. 6、 1 3. 7、4 8. 5和3 3. 7。密度快速下降的原因可能与表层土壤基质的肥力下降有关, 还 有待进一步研究。 44A C T AP R A TA C U L TUR A ES I N I C A2 0 2 0V o l . 2 9,N o . 7 图3 2 0 1 6-2 0 1 8年混播牧草盖度变化 F i g . 3 C o v e r a g ev a r i a t i o no f m i x e dh e r b a g e i n2 0 1 6-2 0 1 8 图4 2 0 1 6-2 0 1 8年混播牧草密度变化 F i g . 4 D e n s i t yv a r i a t i o no f m i x e dh e r b a g e i n2 0 1 6-2 0 1 8 2. 4 4种覆土处理对牧草产量的影响 图5 2 0 1 8年不同覆土处理小区产量比较 F i g . 5 C o m p a r i s o no fp l o t y i e l do fd i f f e r e n t s o i l c o v e r t r e a t m e n t s i n2 0 1 8 从图5可以看出, 经过3年的生长, 对照小区的牧 草产量同覆土小区存在极显著差异 P0. 0 1 。产量 最高的是F T - 1 0小区, 达 到 4 5 4. 0 03 8. 4 4g m-2, 比F T - 1 5和F T - 5分别高4. 0 0和7 6. 0 0g m-2, 是对照区域的1. 9 4倍。因此, 覆土对提高牧草 产量十分关键, 且本试验中覆土1 0c m更有利于牧草 产量的形成。 2. 5 相关性分析 本试验分析了2 0 1 8年矸石表层土壤基质速效养 分的情况, 如表1所示, 4种覆土处理速效氮、 速效磷、 速效钾、 有机质均存在显著差异, 对照与3个覆土处理速效氮含量差异均为极显著P0. 0 1 。 从表2可以看出, 无论是植物长势指标还是土壤养分指标, 都与 p H 呈负相关, 其中速效氮与速效钾分别与 p H相关性显著 r-0. 7 0 2 、 极显著r-0. 7 5 9 。高度、 盖度、 密度、 产量4个指标中, 高度与盖度、 密度、 产量 54第2 9卷第7期草业学报2 0 2 0年 均呈显著性正相关, 相关系数分别为0. 6 7 4、0. 5 8 5和0. 6 6 2。产量与盖度和密度呈显著正相关。高度和密度与 速效氮含量呈显著正相关, 相关系数分别为0. 5 7 8和0. 6 1 9, 产量与速效氮呈极显著正相关 r0. 8 3 9 , 速效氮 对植被盖度影响较小。4个产量指标同速效磷、 速效钾均无显著相关性, 有机质与产量显著相关 r0. 5 9 2 。各 养分指标中, 速效钾与速效氮、 速效磷显著相关, 相关系数分别为0. 6 5 8和0. 7 0 6, 有机质与速效氮呈极显著正相 关 r0. 7 6 8 。 表1 2 0 1 8年不同覆土处理矸石山表层土壤基质速效养分 T a b l e1 A v a i l a b l en u t r i e n t o f s u r f a c e s o i lm a t r i xo fg a n g u em o u n t a i nw i t hd i f f e r e n t s o i l - c o v e r i n g t r e a t m e n t i n2 0 1 8 处理 T r e a t m e n t 速效氮 A v a i l a b l en i t r o g e nc o n t e n t m g k g -1 速效磷 A v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o n t e n t m g k g -1 速效钾 A v a i l a b l ep o t a s s i u mc o n t e n t m g k g -1 有机质 O r g a n i cc o n t e n t g k g -1 p H C K3 2. 6 79. 2 9 C2. 8 00. 8 5 b1 0 8. 7 01 1. 0 2 B4 5. 1 38. 9 2 B8. 0 60. 3 7 a F T - 56 9. 6 71 0. 0 7 B7. 6 32. 4 8 a1 4 2. 7 01 2. 1 0 A4 8. 2 25. 0 7 A B7. 6 70. 0 1 a F T - 1 07 9. 3 31 1. 0 2 B3. 8 30. 6 1 b1 1 9. 3 01 0. 5 0 B5 7. 7 73. 0 6 A7. 8 00. 4 0 a F T - 1 51 0 5. 5 05. 5 0 A4. 7 51. 2 5 b1 4 1. 5 05. 5 0 A5 9. 1 34. 1 4 A7. 4 90. 0 4 a 注 同列不同大写字母表示各处理间差异极显著P0. 0 1 , 不同小写字母表示各处理间差异显著P0. 0 5 。 N o t eD i f f e r e n t c a p i t a l l e t t e r sw i h t i nt h es a m ec o l u m nm e a ne x t r e m e l ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gd i f f e r e n tt r e a t m e n t sa t0. 0 1l e v e l,d i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r sm e a ns i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gd i f f e r e n t t r e a t m e n t sa t 0. 0 5l e v e l . 表2 植被长势与土壤养分相关性分析 T a b l e2 C o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e nv e g e t a t i o ng r o w t ha n ds o i l n u t r i e n t s 指标 I n d e x 高度 H e i g h t 盖度 C o v e r a g e 密度 D e n s i t y 产量 Y i e l d 速效氮 A v a i l a b l e n i t r o g e n c o n t e n t 速效磷 A v a i l a b l e p h o s p h o r u s c o n t e n t 速效钾 A v a i l a b l e p o t a s s i u m c o n t e n t 有机质 O r g a n i c c o n t e n t 盖度C o v e r a g e 0. 6 7 4* 密度D e n s i t y 0. 5 8 5*0. 2 1 5 产量Y i e l d 0. 6 6 2*0. 5 8 3*0. 6 1 6* 速效氮A v a i l a b l en i t r o g e nc o n t e n t 0. 5 7 8*0. 2 8 00. 6 1 9*0. 8 3 9** 速效磷A v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o n t e n t0. 3 0 7 0. 1 7 4-0. 0 3 70. 2 3 10. 3 2 6 速效钾A v a i l a b l ep o t a s s i u mc o n t e n t 0. 2 7 00. 2 6 10. 1 1 70. 5 1 60. 6 5 8*0. 7 0 6* 有机质O r g a n i cc o n t e n t 0. 3 1 60. 0 1 90. 4 0 70. 5 9 2*0. 7 6 8**0. 1 8 80. 3 1 3 p H -0. 2 5 5-0. 1 0 7-0. 3 4 5-0. 3 1 9-0. 7 0 2*-0. 4 4 4-0. 7 5 9**-0. 5 3 7 注* *表示P0. 0 1水平上显著相关,*表示P0. 0 5水平上显著相关,n1 1。 N o t e* *i n d i c a t e s t h ec o r r e l a t i o n i ss i g n i f i c a n t a t t h e0. 0 1l e v e 1;*i n d i c a t e s t h ec o r r e l a t i o n i ss i g n i f i c a n t a t t h e0. 0 5l e v e 1,n1 1. 分析得出, 速效氮对植被产量的影响达到极显著差异 r0. 8 3 9,P0. 0 1 , 植被的高度、 盖度、 密度直接影 响到小区的产量。由于 p H 与速效氮呈显著的负相关 r-0. 7 0 2,P0. 0 5 , 在植被恢复中, 需要注意调节种 植小区的 p H 。 2. 6 4种覆土处理的经济效益分析 覆盖土壤达到一定厚度时, 植物产量不再显著增加, 但覆土费用与覆土厚度有直接关系, 因此, 根据覆土厚度 并结合植物生长情况、 植物产量、 土壤改良情况等来确定恢复成本是有实际意义的。 根据土地复垦成本评价指标体系, 同时参照张轩[ 3 6]在山西古交屯兰煤矿对矸石山覆土厚度进行成本核算及 64A C T AP R A TA C U L TUR A ES I N I C A2 0 2 0V o l . 2 9,N o . 7 复垦效益分析, 根据种植区土壤理化性质的改善建立了修正系数R i,M为复垦区面积, 这里以公顷为单位计算, S为当地覆土费用,R i暂且以4类地草地标准0. 8估算, 本研究参照本地覆土费用5 0元m-3为例计算, 比较了 4种覆土处理所需要的成本 表3 。 表3 各覆土处理成本比较 T a b l e3 C o m p a r i s o no nt h ec