【摘要】：煤矸石山的生態(tài)修復一直是國內外恢復生態(tài)學研究的熱點和難點。本研究以山西潞安礦區(qū)王莊煤礦和常村煤礦兩座煤矸石山復墾地植被-土壤系統(tǒng)為研究對象,選擇14個人工植被恢復樣地和2個自然恢復樣地(對照),通過植物樣方調查和土壤樣品采集,采用數量生態(tài)、土壤生化分析、高通量測序和主成分分析方法,對其植被-土壤系統(tǒng)互作關系進行研究,旨在揭示植被恢復與土壤質量改善之間的協(xié)同機制,篩選最佳植被恢復模式,為未來煤矸石山生態(tài)恢復提供科學依據。主要研究結論如下:(1)煤矸石山復墾地植物群落處于演替初、中期階段,土壤水分和坡向是影響其植物群落分布的主導因素潞安礦區(qū)煤矸石山復墾地植物共記錄97個植物種(表3.1),隸屬于33科91屬,并以菊科(23種)、禾本科(18種)和豆科(11種)植物為主;TWINSPAN等級分類將兩座煤矸石山復墾地48個樣方分為9個不同群落(群叢),DCA排序結果很好的反映了植物群落與環(huán)境的關系。不同植被恢復模式和坡向是影響煤矸石山復墾地植物群落物種組成和分布的主導因素;13個優(yōu)勢種的種間關系分析表明,各植物群叢內優(yōu)勢種呈正相關關系,關聯(lián)性強,結構較為穩(wěn)定,但各群叢之間關聯(lián)性較弱,該復墾地植物群落處于演替初、中期階段。(2)植被恢復可有效改善煤矸石山復墾地土壤理化性質和酶活性,但不同植被恢復模式的改善作用差異顯著土壤理化性質和酶活性分析表明,植被恢復可以提高土壤理化性質,土壤水分受坡向影響顯著,油松(Pinus tabuliformis)在常村矸石山對土壤理化性質有顯著改善,種植油松可以提高土壤肥力,而土壤肥力的改善又促進了土壤酶活性的提高,表現(xiàn)為土壤磷元素的提高導致了土壤堿性磷酸酶活性的提高,土壤脲酶和土壤堿解氮顯著相關,過氧化氫酶與群叢蓋度有明顯關系;不同植被配置模式均能不同程度提高土壤酶活性。(3)潞安礦區(qū)煤矸石山復墾地典型植被恢復模式的土壤細菌群落組成和多樣性差異顯著常村煤矸石山復墾地土壤細菌群落共檢測到2179個OTU。在門分類學水平上變形菌門為潞安礦區(qū)煤矸石山復墾地土壤細菌群落的主要優(yōu)勢種群,作為固氮微生物最多的菌門,為植物和土壤提供大量氮源。與對照相比,植被恢復顯著提高了土壤細菌群落的多樣性,陰坡土壤細菌群落多樣性高于陽坡。(4)潞安礦區(qū)煤矸石山復墾地不同植被恢復模式的植被-土壤系統(tǒng)生態(tài)恢復質量不同相關分析表明,植被物種多樣性與土壤物理性質呈顯著正關聯(lián)(p0.05),與土壤化學性質關系不顯著(p0.05)。植被恢復對土壤化學性質具有明顯的改良效果,表現(xiàn)為土壤有機質、全氮、堿解氮的提高;還與土壤酶活性呈顯著正關聯(lián)(p0.05)。主成分分析表明,不同植被恢復模式的植被-土壤系統(tǒng)生態(tài)恢復質量不同,常村矸石山復墾地植被-土壤系統(tǒng)生態(tài)恢復質量整體優(yōu)于王莊,側柏+油松-高羊茅+紫花苜蓿群叢(群叢Ⅷ)恢復效果最佳。綜上,植被恢復可以顯著提高植被物種多樣性,進而促進土壤理化性質以及土壤酶活性的提高,其中油松物種對土壤質量的改善效果明顯,火炬樹的改良效果較差;側柏+油松-高羊茅+紫花苜蓿恢復效果模式可用于該區(qū)及相鄰礦區(qū)未來煤矸石山生態(tài)恢復。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q948.1;X171.4
【圖文】：

第二章 研究區(qū)概況及實驗設計2.1 研究區(qū)概況2.1.1 自然地理概況潞安礦區(qū)位于山西省長治市襄垣縣西南部，太行山中段西側，沁水煤田邊緣東部，地理坐標為東經 112°32′53″-113°16′35″，北緯 35°50′9″-36°33′49″。地跨長治、襄垣、屯留和潞城等市縣[63]。礦區(qū)總面積約 4015km2，南北長約 67km，東西寬約 60km。潞安礦區(qū)包括石圪節(jié)、五陽、王莊、漳村和常村 5 個生產礦及許多整合礦，礦區(qū)地形地貌四周主要以山地、丘陵為主，而礦區(qū)中央以平原和河谷為主，整體地勢為東南高西北低。本研究區(qū)為 2009 年綠化種植的王莊礦和常村礦煤矸石山復墾地，王莊礦煤矸石山復墾地位于長治市故縣西部 309 國道，常村礦煤矸石山復墾地位于長治市屯留縣漁澤鎮(zhèn)西部 G55 二廣高速旁(如圖 2.1)。

型植被恢復模式(群叢)的土壤細菌在門、綱、目、科、屬、種水titative statistics on the level of phylum, class, order, family, genus anterial community under the five typical revegetation patterns (associa種類數 數量 綱 目 科 屬 種 門 綱 目 科 4 70 107 205 339 247 42318 42197 40448 39712 4 74 118 221 357 261 39535 39318 37073 36322 4 72 112 208 326 235 42914 42835 40148 39021 5 76 119 223 352 259 41146 41083 38214 37038 4 73 110 205 311 232 42286 42141 40249 39499 U 數目為群叢Ⅵ和群叢Ⅷ較多，對照群叢Ⅸ最少；物種>群叢Ⅴ>群叢Ⅶ>群叢Ⅸ，整體來看，群叢Ⅸ(對照)在 屬和種水平上均顯示較低，而其他群叢各水平上整體較高土壤微生物的種類和 OTU 數目；但是從數量上看，群叢該群叢位于陽坡，水分條件相對較差有關。

圖 6.2 物種豐度聚類熱圖Fig. 6.2 Species abundance clustering heatmap多樣性是對微生物群落構成進行比較，用于評估微生物群落構成 Beta 多樣性，本文采用 PCoA 方法通過降維對土壤細菌群落組行分析，得到 OTU 水平上的 PCoA 圖(見圖 6.3)。坐標圖上距離相似性，距離越近，菌群結果相似性越大；不同顏色和形狀表 PC1 方向上樣品分離開的解釋度為 22.50%，在 PC2 方向上

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本文編號：2755250