不同植被對晉陜蒙礦區(qū)排土場土壤養(yǎng)分16 a恢復(fù)程度的影響

王曉琳，王麗梅，張曉媛，馬江波，鄭紀勇,2※，張興昌,2

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100；2. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕和旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，楊凌 712100）

不同植被對晉陜蒙礦區(qū)排土場土壤養(yǎng)分16 a恢復(fù)程度的影響

王曉琳1，王麗梅1，張曉媛1，馬江波1，鄭紀勇1,2※，張興昌1,2

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，楊凌 712100；2. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕和旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，楊凌 712100）

為評價晉陜蒙礦區(qū)排土場土地復(fù)墾過程中不同植被措施對土壤肥力的恢復(fù)作用及程度，在內(nèi)蒙古準格爾旗黑岱溝煤礦東排土場，分別選取已恢復(fù)16 a的7種不同人工植被（沙打旺、長芒草、紫穗槐+長芒草、刺槐林、沙棘林、楊樹林、樟子松），并以周邊原地貌條件下兩種植被（退耕梯田長芒草、自然坡地沙棘林）為對照，分析了不同植被條件下0～10、>10～20、>20～40 cm土層土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮以及銨態(tài)氮的含量及其差異。結(jié)果表明：1）9種植被配置中除樟子松地和沙打旺草地外，土壤養(yǎng)分含量均隨深度增加而遞減。2）經(jīng)過近16 a植被修復(fù)后，7種人工植被不同程度地改善了土壤肥力狀況，其中刺槐純林配置的恢復(fù)效果最佳，土壤肥力恢復(fù)程度接近或超過原地貌條件下植被的50%，沙棘次之。楊樹和樟子松兩種配置對土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)效果相對較差，恢復(fù)程度均不超過40%。7種不同植被措施對土壤銨態(tài)氮的恢復(fù)程度相對較好，分別恢復(fù)到自然植被長芒草樣地和自然植被沙棘樣地的79.50%～93.77%，89.47%～105.70%。土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)程度則相對較低，分別恢復(fù)到自然植被長芒草樣地的24.70%～44.15%、25.09%～44.65%、47.25%～85.33%；分別恢復(fù)到自然植被沙棘樣地的33.52%～56.85%、32.83%～54.82%、47.18%～84.66%。總之，盡管經(jīng)過近16 a的復(fù)墾，7種人工植被下的土壤養(yǎng)分狀況尚未完全恢復(fù)到該地區(qū)自然水平，但仍可認為該地區(qū)進行生態(tài)修復(fù)時可優(yōu)先選擇以刺槐為主的豆科喬木、以沙棘為主的灌木、以及長芒草等草本植物，并進行適當(dāng)?shù)奶追N、間種，以增強復(fù)墾效果。

土壤；養(yǎng)分；有機碳；土地復(fù)墾；恢復(fù)程度；植被措施；土壤養(yǎng)分

0 引言

晉陜蒙接壤區(qū)既是中國重要煤炭能源基地，也是中國水土流失嚴重的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。近些年來該區(qū)大規(guī)模地表剝離式的露天開采嚴重破壞了原有地貌和生態(tài)系統(tǒng)，嚴重限制了該地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1-2]。據(jù)調(diào)查，露天開采每萬噸煤破壞土地0.24 hm2，其中直接挖掘破壞土地占33%，外排土場占用土地67%[3]。排土場是在露天煤礦開采過程中形成的巨型特殊地貌，由大量剝離物人工堆墊形成。作為新構(gòu)土體，排土場土壤與自然土壤相比，養(yǎng)分貧瘠，結(jié)構(gòu)性差，嚴重阻礙植物生長[4-6]。目前，如何快速恢復(fù)排土場植被和土壤質(zhì)量成為當(dāng)前礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和土地復(fù)墾研究中的重要內(nèi)容。

植被恢復(fù)與重建有利于促進土壤發(fā)育，改善土壤特性，提高土壤肥力[7-8]。不同植被類型對土地改良效果不同[9]。選擇適宜的植物種類進行植被恢復(fù)，是整個生態(tài)恢復(fù)工作的一個重要環(huán)節(jié)[10]。植被系統(tǒng)具有較強的養(yǎng)分表層富集功能[11-12]。文月榮等[3]提出不同人工林地恢復(fù)模式對表層土壤有機碳提高效果明顯。鞏杰等[12]提出人工栽植灌木對土壤的培肥作用高于喬木。胡宜剛等[13]的研究表明黑岱溝排土場土壤養(yǎng)分含量受植被配置類型影響顯著，并指出混播有豆科牧草的純草本配置對土壤有機質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮恢復(fù)程度較好。Frouz等[14]發(fā)現(xiàn)植被在礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)演替過程中發(fā)揮著重要的作用。李鵬飛等[15]提出沙棘+錦雞兒混交模式下土壤質(zhì)量綜合評價值最高。李俊超等[8]通過研究不同植被恢復(fù)模式下土壤有機碳(soil organic carbon, SOC )分布及碳儲量變化，發(fā)現(xiàn)草地固碳速率是林地的2.2倍。

黑岱溝露天煤礦東排土場自1997年以來，采用不同人工植被配置措施開展礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)與重建。許多研究表明不同植被模式可不同程度地改善土壤養(yǎng)分狀況，但不同植被配置下土壤養(yǎng)分恢復(fù)程度如何尚不明確。本文以排土場周邊原地貌條件下土壤養(yǎng)分為對照，通過測定不同人工植被建設(shè)下的土壤養(yǎng)分（全氮、有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮）評價黑岱溝露天煤礦東排土場經(jīng)過近16 a復(fù)墾后土壤肥力恢復(fù)程度，以期從土壤養(yǎng)分恢復(fù)角度篩選出對土壤質(zhì)量恢復(fù)最為有效的植被類型，并為露天煤礦排土場植被恢復(fù)物種配置提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黑岱溝露天煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾煤田中部，地處黃河西岸，地理坐標為111°13′～111°20′ E，39°43′～39°49′ N，海拔在1 025～1 302 m之間。黑岱溝露天煤礦占地5 124 hm2，其中外排土場占地629 hm2，內(nèi)排土場和采場占地4 239 hm2，工業(yè)廣場占地259 hm2。原地地貌類型為典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，因受強烈侵蝕影響，礦區(qū)內(nèi)土壤地帶性不明顯，非地帶性土壤—黃綿土分布廣泛，該地區(qū)地帶性植被為本氏針茅（Stipa bungeana）草原，屬暖溫型草原帶。植被稀疏、低矮，蓋度一般在25%以下，天然植被破壞殆盡。目前以人工植被占主導(dǎo)地位，天然植被呈零散分布。主要的人工植被配置模式可分為喬木型、喬—灌型、喬—草型、喬—灌—草型和草本型共5種類型。

1.2 土樣采集與分析

黑岱溝露天煤礦東排土場占地面積2.75 km2，各林地類型呈面積不等的單塊狀分布。土壤采樣時間為2012年10月，在東排土場分別選取P1：沙打旺為主的草地（Astragalus adsurgens）、P2：長芒草為主的草地（Stipa bungeana）、P3：灌木紫穗槐和長芒草地（Amorpha fruticosa and Stipa bungeana）、P4：刺槐純林地（Robinia pseudoacacia）、P5：沙棘純林地（Hippophae rhamnoides）、P6：楊樹純林地（Poplar）、P7：樟子松地（Pinus sylvestris var mongolica Litv）、P8：長芒草為主的退耕梯田（natural Stipa bungeana）和P9：自然坡地沙棘林（natural Hippophae rhamnoides）9個樣區(qū)作為研究區(qū)域。為保證所采樣品具有代表性，每個林地隨機選取3塊樣地，每樣地設(shè)置一個20 m×20 m樣方，按三角形設(shè)置三個樣點。采集工具為水保所自制土鉆，采集深度為40 cm，0～20 cm范圍內(nèi)每10 cm采集一個樣品，>20～40 cm范圍內(nèi)采集一個樣品。將采集的土樣帶回試驗站，進行風(fēng)干，風(fēng)干后剔除雜質(zhì)和植物根系再分別過1和0.25 mm篩，裝袋貯藏備用。有機碳測定采用重鉻酸鉀容量法，硝態(tài)氮、銨態(tài)氮測定采用氯化鉀浸提法，全氮測定采用半微量凱氏法—全自動凱氏定氮儀測定。

本試驗采用SPSS19.0和Excel 2013軟件進行處理與分析，各樣地不同植被類型對土壤的理化性質(zhì)的影響通過方差分析及Duncan多重比較分析檢查在P＜0.05水平下的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被恢復(fù)類型對土壤全氮的影響

不同植被配置下，土壤全氮含量隨著土壤深度的變化特征如圖1，可以看出0～40 cm層次養(yǎng)分含量隨深度增加遞減，9種植被類型對土壤全氮均有表層聚集作用。在0～10、>10～20和>20～40 cm土層，不同植被配置下土壤全氮含量與兩種自然條件下的植被之間均差異顯著（P<0.05）。0～10 cm土層，7種人工植被措施中，除長芒草草地外，刺槐純林下的土壤全氮含量顯著高于其他五種人工植被（P＜0.05），表明刺槐純林對表層土壤全氮有較強的改善作用。>10～20 cm土層與>20～40 cm土層，7種人工植被類型間均差異不顯著。兩種自然植被下土壤全氮含量在0～10 cm土層，差異不顯著，在>10～20 cm土層與>20～40 cm土層，均表現(xiàn)出長芒草（退耕梯田）下土壤全氮含量顯著高于自然坡地沙棘林。

圖1 不同植被類型下不同土壤層次的全氮含量Fig.1 Total nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

在0～40 cm土層，自然長芒草（退耕梯田）與自然坡地沙棘林的土壤全氮含量顯著高于其他7種人工植被類型下的土壤全氮含量。與自然植被相比，復(fù)墾區(qū)不同人工植被措施下的土壤全氮尚未恢復(fù)到該地區(qū)自然水平,其中刺槐純林對排土場土壤改良效果相對較好。

2.2 不同植被類型對土壤有機碳的影響

由圖2可以看出，0～10 cm土層，不同植被恢復(fù)模式下，土壤有機碳含量表現(xiàn)為自然坡地沙棘林＞長芒草為主的退耕梯田＞刺槐純林＞長芒草草地＞灌木紫穗槐和長芒草地＞沙棘純林＞沙打旺草地＞楊樹純林＞樟子松地，7種人工植被下土壤有機碳含量均顯著低于兩種自然條件下的植被。沙打旺為主的草地、長芒草為主的草地、灌木紫穗槐和長芒草地、刺槐純林地、沙棘純林地五種植被配置下土壤有機碳差異不顯著，長芒草草地、灌木紫穗槐與長芒草和刺槐純林三種植被類型下土壤有機碳含量顯著高于楊樹純林與樟子松，這表明除刺槐外，灌木、草以及灌木+草的恢復(fù)模式對比單一喬木種植對表層土壤有機碳的修復(fù)效果較好。>10～20 cm土層和>20～40 cm土層，7種人工植被下土壤有機碳含量差異并不顯著，但均顯著低于兩種自然條件下的植被。在0～10 cm土層，兩種自然植被配置下土壤有機碳含量差異不顯著，在>10～20 cm土層與>20～40 cm土層，均表現(xiàn)出長芒草（退耕梯田）下土壤有機碳含量顯著高于自然坡地沙棘林。

圖2 不同植被類型下不同土壤層次的有機碳含量Fig.2 Soil organic carbon in different soil layers under different types of vegetation

9種人工植被對土壤有機碳存在不同程度的表層聚集作用，排土場人為建設(shè)植被對土壤有機碳含量的恢復(fù)尚未達到自然條件下（即P8、P9）的土壤。綜合來看，7種人工植被對有機碳含量提高效果較好的是刺槐純林、長芒草、灌木紫穗槐與長芒草。兩種自然條件下的植被在>10～20 cm土層與>20～40 cm土層也表現(xiàn)出長芒草地（退耕梯田）土壤有機碳含量顯著高于自然坡地沙棘林。說明刺槐和長芒草對排土場土壤改良效果較好，同時灌木+草（灌木紫穗槐與長芒草）混交模式改良效果也較好。

2.3 不同植被類型對土壤硝態(tài)氮的影響

由圖3可以看出，0～10 cm土層，灌木紫穗槐與長芒草、刺槐純林和沙棘林對排土場土壤改良效果相對較好，刺槐純林下土壤硝態(tài)氮含量與自然植被長芒草無顯著差異。>10～20 cm土層，刺槐純林下土壤硝態(tài)氮的含量顯著高于其他六種人工植被，并與兩種自然條件下植被土壤硝態(tài)氮無顯著差異，表明刺槐純林對土壤改良效果較好。>20～40 cm土層，刺槐純林下土壤的硝態(tài)氮含量與自然坡地沙棘林差異不顯著，但顯著低于自然條件下長芒草植被配置。0～10 cm土層，自然植被長芒草下土壤硝態(tài)氮含量顯著低于自然坡地沙棘林；>10～20 cm土層與>20～40 cm土層，均表現(xiàn)出長芒草地（退耕梯田）土壤硝態(tài)氮含量與自然坡地沙棘林無顯著差異。0～40 cm土層7種人工植被配置中，刺槐純林對土壤硝態(tài)氮的修復(fù)基本上恢復(fù)到了自然條件下的樣地水平。

圖3 不同植被類型下不同土壤層次的硝態(tài)氮含量Fig.3 Nitrate nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

2.4 不同植被類型對土壤銨態(tài)氮的影響

由圖4可知，除>10～20 cm土層外，0～10 cm土層與>20～40 cm土層，9種植被配置下土壤銨態(tài)氮含量無顯著性差異，這表明7種人工植被措施下黑岱溝東排土場經(jīng)過近16 a的修復(fù)，土壤銨態(tài)氮基本得到恢復(fù)。>10～20 cm土層，除樟子松外，其他6種人工植被與兩種自然植被下土壤銨態(tài)氮含量無顯著差異，樟子松下土壤銨態(tài)氮含量則顯著高于自然坡地沙棘林，說明樟子松對土壤銨態(tài)氮的修復(fù)效果較好。

圖4 不同植被類型下不同土壤層次的銨態(tài)氮含量Fig.4 Ammonium nitrogen in different soil layers under different types of vegetation

2.5 不同人工植被下土壤養(yǎng)分恢復(fù)程度

以兩種自然條件下植被為參考，黑岱溝東排土場經(jīng)過近16 a的生態(tài)恢復(fù)，各人工植被配置模式下0～40 cm土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮分別恢復(fù)到自然植被長芒草樣地的24.70%～44.15%、25.09%～44.65%、47.25%～85.33%、79.50%～93.77%；分別恢復(fù)到自然植被沙棘樣地的33.52%～56.85%、32.83%～54.82%、47.18%～84.66%、89.47%～105.70%。7種植被配置下土壤銨態(tài)氮的平均恢復(fù)程度分別達到自然植被長芒草樣地和沙棘林樣地的86.31%、96.61%，高于硝態(tài)氮（59.56%、59.06%）、有機碳（35.29%、43.97%）和全氮（32.76%、43.13%），從改善土壤銨態(tài)氮效果角度分析，0～40 cm土層，沙棘純林、樟子松下土壤銨態(tài)氮的平均恢復(fù)程度相對較高，刺槐純林次之。

刺槐純林下0～40 cm土層土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮分別恢復(fù)到退耕梯田長芒草樣地的44.15%、44.65%、85.33%、93.77%，以自然坡地沙棘林為參考，恢復(fù)程度分別為56.85%、54.82%、84.66%、105.70%，刺槐林下土壤肥力恢復(fù)程度接近或超過原地貌條件下兩種植被的50%。沙棘林地恢復(fù)狀況僅次于刺槐林地，表現(xiàn)為0～40 cm土層土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮分別恢復(fù)到退耕梯田長芒草樣地的35.82%、42.41%、85.33%、93.64%，以自然坡地沙棘林為參考，恢復(fù)程度分別為47.81%、54.56%、60.10%、104.55%。以退耕梯田長芒草樣地為對照，楊樹林地和樟子松林地對0～40 cm土層土壤全氮、有機碳的恢復(fù)程度不超過30%；以自然坡地沙棘林為參考，楊樹林地、樟子松林地的恢復(fù)程度均不超過40%。0～40 cm土層，7種人工植被配置下土壤硝態(tài)氮恢復(fù)程度均接近或超過50%。

以上結(jié)果表明，7種人工植被不同程度地改善了土壤肥力狀況，其中刺槐純林配置的恢復(fù)效果最佳，沙棘次之，楊樹和樟子松兩種模式對土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)效果相對較差。晉陜蒙礦區(qū)土地復(fù)墾過程中不同植被措施對土壤銨態(tài)氮的恢復(fù)程度相對較高。

3 討論

研究結(jié)果顯示：對黑岱溝露天煤礦東排土場進行人工植被建設(shè)近16 a后，其表層土壤全氮、硝態(tài)氮、土壤有機碳均未達到自然條件下的土壤水平，但其銨態(tài)氮恢復(fù)程度接近自然條件下的土壤水平。本研究表明，0～10 cm土層刺槐純林中有機碳、全氮、硝態(tài)氮、含量均顯著高于其他人工植被配置，表明刺槐純林模式對改善排土場土壤質(zhì)量狀況效果較好，原因可能是刺槐屬豆科植物，能進行生物固氮作用，從而提高了土壤中的氮素含量，且刺槐為落葉闊葉喬木，冬季落葉可作為綠肥，增加土壤中的有機碳含量。刺槐的主根不發(fā)達，水平根系分布較淺，因此土壤中有機碳和全氮均聚集在表層（0～10 cm）。0～40 cm土層，7種人工植被配置中，刺槐純林對土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的修復(fù)效果基本上達到了自然條件下的土壤，這是因為造林后，進入土壤的新鮮凋落物礦化后可釋放大量銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，樹木根系及微生物的分泌物中也含有許多易分解的簡單有機態(tài)氮，因而，在土壤全氮儲量明顯增加的同時，堿解氮增加更為明顯。本研究也表明有機碳與全氮分布具有較高的一致性，這與前人研究結(jié)果一致[16-17]，原因是土壤氮素主要取決于生物量的積累和土壤有機質(zhì)分解的強度[13]。0～10 cm土層，沙棘純林對土壤有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)效果相對較好。從恢復(fù)程度角度分析，0～40 cm沙棘純林對土壤養(yǎng)分恢復(fù)程度僅次于刺槐純林，這是因為沙棘純林屬落葉灌木，生長迅速，適應(yīng)性強，地上生長量大，根系密集于表層，根系腐爛物和分泌物較多，使得有機質(zhì)含量增加，且沙棘可以共生固氮，硝化細菌含量多[18]，在消耗大量的氮及其他營養(yǎng)元素的同時又通過固氮作用維持土壤養(yǎng)分平衡。長芒草為主的草地對0～10 cm土壤有機碳有著明顯的改善作用，灌木紫穗槐與長芒草混交模式對改善土壤有機碳產(chǎn)生良好效果。胡宜剛等[13]的研究認為黑岱溝礦區(qū)排土場早期土壤恢復(fù)可以首選純草本配置模式。張俊華等[19]研究表明，草地對有機碳的恢復(fù)效果好于灌木和喬木。本試驗兩種自然植被下土壤有機碳、全氮含量在0～10 cm土層差異不顯著，在>10～20 cm土層與>20～40 cm土層，均表現(xiàn)出長芒草（退耕梯田）下土壤有機碳、全氮含量顯著高于自然坡地沙棘林。這表明草本植物對土壤有機碳恢復(fù)效果好于灌木，這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致，原因是草本植物長芒草，蓋度相對均一，根系主要分布在淺層，根系腐殖質(zhì)與凋落物分解可轉(zhuǎn)化為有機碳。

本研究表明楊樹、樟子松兩種喬木對黑岱溝排土場土壤改良效果較差，李鵬飛等[15]認為單一喬木林對土壤肥力恢復(fù)效果稍差，這與本文研究結(jié)果一致。文月榮等[3]和王彥武等[20]研究認為灌木林地對排土場有機碳儲量的提高效果明顯優(yōu)于喬木，但本研究發(fā)現(xiàn)，刺槐表現(xiàn)出比沙棘更好的恢復(fù)效果，這與王彥武等[20]的研究結(jié)果不一致。原因是刺槐純林屬豆科喬木，可共生固氮，因而表現(xiàn)出與楊樹、樟子松的顯著差異性，因此在復(fù)墾過程中則可采用以刺槐為主的喬木。李鵬飛等[15]指出喬木、灌木混交模式對改善土壤特性產(chǎn)生良好效果。胡宜剛等[13]提出采用喬、灌、草的有機結(jié)合可促進生態(tài)恢復(fù)的進程。因此在該地區(qū)進行生態(tài)修復(fù)時可選擇以刺槐為主的喬木、以沙棘為主的灌木、以及長芒草等草本作物進行適當(dāng)?shù)奶追N、間種，以增強復(fù)墾效果。

4 結(jié)論

本文以自然條件下土壤養(yǎng)分含量為對照，通過調(diào)查黑岱溝東排土場植被恢復(fù)近16 a后土壤肥力狀況，研究了不同植被措施土壤養(yǎng)分恢復(fù)程度，獲得了以下研究結(jié)論：

1）7 種人工植被不同程度地改善了土壤肥力狀況，其中刺槐純林配置的恢復(fù)效果最佳，土壤肥力恢復(fù)程度接近或超過原地貌條件下兩種植被的50%，沙棘次之。楊樹和樟子松對土壤質(zhì)量改善效果較差，對0～40 cm土層土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮的恢復(fù)程度均不超過40%。

2）對黑岱溝露天煤礦東排土場進行人工植被建設(shè)近16 a后，其表層土壤（0～40 cm）全氮、有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)程度相對較低，分別恢復(fù)到自然植被長芒草樣地的24.70%～44.15%、25.09%～44.65%、47.25%～85.33%；分別恢復(fù)到自然植被沙棘樣地的33.52%～56.85%、32.83%～54.82%、47.18%～84.66%。但其銨態(tài)氮恢復(fù)程度接近原地貌條件下的土壤水平，分別達到自然植被長芒草和自然坡地沙棘林的79.50%～93.77%，89.47%～105.70%。7種人工植被下的土壤養(yǎng)分狀況尚未完全恢復(fù)到該地區(qū)自然水平。

3）0 ～40 cm土層，喬木對排土場土壤肥力改善效果較差，恢復(fù)程度小于灌木、草本，但刺槐對土壤全氮、有機碳、硝態(tài)氮恢復(fù)程度較高，其對土壤肥力恢復(fù)效果好于灌木沙棘、草本植物長芒草等。從土壤養(yǎng)分恢復(fù)程度分析，實際復(fù)墾時可優(yōu)先選擇以刺槐為主的豆科喬木、以沙棘為主的灌木、以及長芒草等草本植物，并進行適當(dāng)?shù)奶追N、間種，以增強復(fù)墾效果。

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Effects of different vegetation on soil nutrients remediation degree in earth disposal site after 16 a in mining area of Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region

Wang Xiaolin1, Wang Limei1, Zhang Xiaoyuan1, Ma Jiangbo1, Zheng Jiyong1,2※, Zhang Xingchang1,2
(1. College of Natural Resources and Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Insitute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)

Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region is an important coal energy base, and also the most fragile ecological region in China. Recent years, the large-scale opencast mining has heavily destroyed the original landscape and ecosystem, and formed a large number of earth disposal sites. To guaranty the harmonious development of the local society, economy and ecosystem, the rapid artificial vegetation reconstruction in these sites is the key part of the local ecological restoration. To evaluate the effects of different vegetation measures in the process of land reclamation on the recovery of soil nutrient, the east earth disposal site in Heidaigou opencast coal mine located in Jungar Banner, Inner Mongolia was chosen as studying area, where the land reclamation was carried out with 7 different artificial vegetation configuration modes (Astragalus adsurgens, Stipa bungeana, Amorpha fruticosa, Robinia pseudoacacia, Hippophae rhamnoides, Poplar and Pinus sylvestris var mongolica Litv) since 1996. The recovery degrees of soil total nitrogen (TN), soil organic carbon (SOC), NO3––N and NH4+–N within 0-40 cm were studied by comparing with the nearby natural soil under 2 vegetation types (natural Stipa bungeana and natural Hippophae rhamnoides). The results showed that: 1) The content of TN, SOC, NO3––N and NH4+–N declined with the increase of the soil depth within 0-40 cm under different vegetation except the Pinus sylvestris var mongolica Litv and Astragalus adsurgens. 2) Within 0-40 cm, the contents of TN and SOC of 7 artificial vegetation types were significantly lower than the 2 natural vegetation types, and there was no significant difference between 7 artificial vegetation types and 2 natural vegetation types in NH4+–N within 0-10 and 20-40 cm. Seven vegetation types improved soil quality at different levels, and the remediation degree of Robinia pseudoacacia vegetation was better than other vegetation patterns. Average TN, SOC, NO3––N and NH4+–N within 40 cm soil depth were recovered to 44.15%, 44.65%, 85.33% and 93.77% of natural Stipa bungeana site and 56.85%, 54.82%, 84.66% and 105.70% of natural Hippophae rhamnoides site after nearly 16 years’ recovery. And the remediation effects of Poplar and Pinus sylvestris var mongolica Litv were no more than 40% of the 2 natural vegetation types. The remediation effect of NH4+–N was relatively better under 7 vegetation patterns. Average NH4+–N within 40 cm soil depth was recovered to 79.50%-93.77% of natural Stipa bungeana site, and 89.47%-105.7% of natural Hippophae rhamnoides site. However, the remediation degree of TN, SOC, and NO3––N were relatively lower than NH4+–N. Average TN, SOC, and NO3––N within 40 cm soil depth had recovered to 24.70%–44.15%, 25.09%–44.65%, 47.25%–85.33% of natural Stipa bungeana site, and 33.52%–56.85%, 32.83%–54.82%, 47.18%–84.66% of natural Hippophae rhamnoides site. Although soil nutrients of 7 artificial vegetation modes in land reclamation area have not reach the natural level completely after 16 years’land reclamation, artificial vegetation is an effective measure to improve soil nutrients’ recovery. Fabaceous plant vegetation (mainly Robinia pseudoacacia) was better than other vegetation patterns for soil nutrient recovery, so Robinia pseudoacacia, Hippophae rhamnoides and Stipa bungeana could be the suitable vegetation for the land reclamation in this area. The research has evaluated the soil nutrient remediation degree of different vegetation measures in the process of land reclamation and provided the theoretical basis for the vegetation measure selection during ecological restoration and land reclamation in the opencast coal mine area.

soils; nutrients; organic carbon; land reclamation; remediation degree; vegetation measures; soil nutrient

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028

S153

A

1002-6819(2016)-09-0198-06

王曉琳，王麗梅，張曉媛，馬江波，鄭紀勇，張興昌. 不同植被對晉陜蒙礦區(qū)排土場土壤養(yǎng)分16 a恢復(fù)程度的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(9)：198－203.

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028 http://www.tcsae.org

Wang Xiaolin, Wang Limei, Zhang Xiaoyuan, Ma Jiangbo, Zheng Jiyong, Zhang Xingchang. Effects of different vegetation on soil nutrients remediation degree in earth disposal site after 16 a in mining area of Shanxi-Shaanxi-Inner Monglia adjacent region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(9): 198－203. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.028 http://www.tcsae.org

2016-01-08

2016-03-14

科技部科技支撐計劃項目（2015BAC01B01）；西北農(nóng)林科技大學(xué)科研專項（2013BSJJ119,QN2013077）。

王曉琳，女，河南駐馬店人，主要從事土壤修復(fù)方面的研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100。Email：wangxiaolinky@163.com

※通信作者：鄭紀勇，男，山東聊城人，副研究員，主要從事土壤生態(tài)方面的研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100。Email：zhjy@ms.iswc.ac.cn