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新疆松树头灭火区生态修复技术
1.
背景
新
疆是煤炭资源、分布大省,煤田火灾也非常严重。
2009
年完
成的新疆第三次火区普
查结果显示,新疆还有
49
处煤田火灾区,面积达
992
万
m
,多数火区已呈荒漠化和半荒漠
化的状态,
造成了大面积土地资源浪费和生态环境的恶化。
煤火燃烧造成的大气污染及动
植
物栖息地的破坏,对新疆自然、
社会和经济系统均造成了严重
的危害。
多年来,新疆对煤田
火区的研究主要集中在自燃机理、
自燃条件、
火区探测技术以及防灭火技术等方面,
对火区
环境效应研究多限于定性分析。
由于对生态修
复技术了解和应用得较少,
火灾治理后,
黄土
< br>覆盖层常常受到雨水的冲刷,从而降低了灭火效果。
2
2.
研究区
研究区位于乌鲁木齐市南郊水
西沟乡松树头灭火区,地理坐标为
87
°
25
′
47
″~
87
°
26
′
3
0″
E
,
43
°
19
′
26
″~
43
°
20
′
N
。研究区位于天山北坡中段,高度差约
50 m
,
高程
2392-2548m
,地形坡度平均为
10
°。研究区属大陆性干旱气候,区域全
年最低气温出
现在
1
~
2
月,
月均气温
-15.95
~
9.59
℃。
全年最高气温出现在
7-8
月,
月均
气温
23.1-25.8
℃,
昼夜温差
10
℃以上。风速较弱,一般为
1.
57
~
3.49m
/
< br>s,
相对湿度为
42.02
%~
65.75
%。
火区表层土为灭火后覆
盖的生土,土质疏松,多石块,养分低下,受水蚀作用明显,多有冲
沟,植被很难生长,
其土壤特点在新疆煤矿灭火区是有一定的代表性。
3.
研究方法
3.1
植被调查和先锋种的选取
在进行样方
调查前,
对研究区周围环境进行考察,
总体上了解研究区周围环
境的植被群
落状况。根据调查知,研究区沿东西南北四个方向的植被群落差别明显,因此
,在进行样方
调查时,
以研究区为中心,
以其
1000m
的缓冲范围为参照标准,
沿东西南北四个方向设置四
个样带或样区,分别标号
A
p>
(南)
、
B
(东)
、
C
(北)
、
D
(西)
、
E
(研究区内部)
,在每个样
带中根据情
况设置相应的样方进行植被调查,
于研究区内部有植被生长的区域设置样方进行
植被调查。共调查样方
28
个,其中
A
区设置七个样方、
BCD
区分别设置五个样方,
E
区(研
究区
内部)设置六个样方,同是在距离研究区
35km
设置五个样方
,作为对比,对比样方的
海拔高度范围为
1750
—
1860m
。研究区样方分布见图
3-1
,样方大小为
1×1m,分别调查样
方内植被的种数、多度、盖度,并同时记录每个样方的经纬度和海拔高度。
本研究对研究区
(覆土区)
生态恢复中
先锋物种的确定主要本着以下三个原则:
植被数
量多、
分布广、
优势度大。
结合覆土区中自然定居的植
被状况,
最终确定了研究区
(覆土区)
生态恢复过程中的先锋物种。总体上,针茅、苔草、黄芪三种在四个区域中都有分布,分布
较广,而且在
A
区中,针茅作为优势种,苔草为亚优势种,<
/p>
D
区中针茅和黄芪作为优势种,
苔草作为
亚优势种,综合
AD
两区域,针茅、苔草、黄芪都是作为优势种
的,数量大,且分
布广,
在自然状态下,
这三种植被定居到研究区
(覆土区)
的几率也是较大的。
p>
通过调查知,
E
区自然定居的植被有针茅、
黄芪、苔草、天山蓟、老鹳草、蒲公英、早熟禾、角果藜,其
中针茅、黄芪、苔草在研究
区(覆土区)的数量较大,分布较广,优势度较大,与以上分析
结果相吻合。
因此,
针茅、
黄芪、
苔草
可以作为研究区
(覆土区)
生态恢复中的第一优势种。
另外,
A
区中优势度较大的植被还有苦豆子、繁
缕和火绒草,
D
区中优势度较大的植被还有
披碱草、角果藜、天山蓟,这几种植被都可作为半生先锋物种进行适当引种种植。
3.2
土壤改良
选用粘合剂、保水剂、有机肥、复合肥、秸秆和铺设厚度作为试验因素,各因素的水
平设置根据经验值设定,各设置
5
个水平,试验材料及其水平设
置表见表
1
。其中粘合剂采
用的是北京
金元易生态工程技术中心的旱宝贝粘合剂
PAM-A30
,
p>
保水剂研究采用的是北京金
元易生态工程技术中心的
3005KCE
,由法国爱森
SNF
< br>生产商提供,规格
0.3~0.5mm
,吸收倍
率
200~400
倍,
秸秆采用长度为
1~3
cm
的麦秆。
有机肥主要是
羊粪,
从当地牧民处购买。
选用
p>
L
25
(
5
)正交表,共
25
中试验方案,为无交互作用
的多指标试验设计,试验方案
情况见表
2
。为方便起见,对试验因素进行了编号粘合剂用
A
表示,保水
剂用
B
表示,羊粪
为
< br>C
,复合肥为
D
,秸秆为
E
,铺设厚度为
F
。
样方大小为
1m
×
1m
,设置三个平行。
表
1
乌鲁木齐松树头煤田灭火区混土营养基质配比试验因素及其水平设置表
< br>
Table1 Experiment factors and
their level table of the research on the substrate
ratio
of
planted
grass
seed
mixed
soil
in
Urumqi
Shongshutou
coal
field
fire-fighting
area
试验材料
粘合剂
/
(
g/m
)
保水剂
/
(
g/m
)
羊粪
/
(
kg/m
)
复合肥
/
(
g/m
)
秸秆
/
(
g/m
p>
)
铺设厚度
/<
/p>
(
cm
)
p>
2
2
2
2
2
6
水平设置
1
6
5
1
30
90
0.5-1
2
11
10
1.5
40
105
1-2
3
16
15
2
50
120
2-3
4
21
20
3
60
140
3-4
5
26
25
4
70
160
4-5
表
2
乌鲁木齐松树头煤田灭火区混
土营养基质配比试验正交试验试验方案表
Table2
Schemes
of
orthogonal
experiment
of
the
research
on
the
substrate
ratio
of
planted grass seed mixed
soil in Urumqi Shongshutou coal field fire-
fighting area
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A
粘合剂
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
B
保水剂
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
3
C
羊粪
2
5
4
1
3
3
2
5
4
1
5
D
复合肥
4
5
1
3
2
3
2
4
5
5
1
E
秸秆
3
5
4
1
2
4
1
2
3
5
2
F
铺设厚度
2
4
1
3
5
4
1
3
5
2
1
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
3
3
3
3
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
1
3
2
4
2
4
5
1
3
1
3
2
4
5
3
2
4
1
5
4
1
2
3
1
2
3
5
4
3
5
4
1
5
4
1
2
3
1
2
3
5
4
3
5
2
4
3
5
2
4
1
5
2
4
1
3
在研究区进行基质的配比和铺设,并进行基质样品采集。先加秸秆、种子、肥料、水、
保
水剂、羊粪和土壤,后加水开始搅拌,边搅拌边缓慢加入粘合剂,充分搅拌
10min<
/p>
,形成
均匀的泥浆后进行人工直接抹铺,厚度均匀,平整表面。在
添加粘合剂时需要边加边搅拌,
不可一次性倒入水中。用手握一把基质,没有水分挤出,
松开手会成团,但轻轻触碰,基质
会散开。取少量混合物装于袋子中,进行室内分析。<
/p>
一个月后对每个样方的密度,
盖度和高
度进行调查,
四个月后测定每个样方的植物生长
指标,如密度,
盖度和高度,地上生物量和地下生物量。
植物指标测定方法
密度:记数一定面
积的样方内草坪植物的个体数。通常样方面积为
50~100
cm
。
植
被高度:
在植被样方中随机测
10
株植
物个体,
用直尺抽样量度法确定,
样本数
10
。
盖度:测定时将架子放置在选定的样点上,计数草坪植物在每格中所占的比例,然后
p>
将每格的观测值统计后,用百分数表示出草坪的盖度值。
生物量:分为地上和地下
2
个部分。地下生物量
的测定通常采用土钻法,取样后用水
冲洗清除杂质,烘干称重。地上生物量的测定为:用
剪刀贴地面剪取
1m
×
1m
样方中所有地
上部分植物,装入密封塑料袋,
在室
内称鲜重:再将塑封袋中的植物倒出放于托盘,充分混
合,全部称重,再置于烘箱,在<
/p>
60~80
℃温度下烘至恒重,称干重后计算样方地上生物量。<
/p>
地上干重和地下干重之和为总生物量。
3.2.1
植物生物量极差分析
<
/p>
各基质试验中的地上鲜重、
地上干重及地下干重,
见表
3
。
对各值进行极差分析
,
极差
R
的大小反映了各试验因素对密
度作用的大小,极差大表明该因子对密度的影响大,为主要
因子。
对地上鲜重而言,
最优水平组合选
A
5
B
2
C<
/p>
5
D
4
E
5
F
3
,
R
A
=58.84
,
p>
R
B
=41.09
,
R
C
=80.20
< br>,
R
D
=90.11
,
R
E
=57.91
p>
,
R
F
=77.4
5
,所以影响因素的主次顺序为:
D>C>F>E>A>B
p>
。对地上干重而言,最优水
平组合选
A
p>
5
B
4
C
5
D
4
E
2
F
3
,
< br>R
A
=17.51
,
R
B
=23.17
,
p>
R
C
=25.40
,
R
D
=35.25
< br>,
R
E
=27.41
,
RF=30.40
,影
2
响因素的主次顺序为:
D>F>E>C>B>A
。
对地下干重而言,
最优水平组合,
所以选
A
3
B
2
C
2
D
4
E
4
F
4
,
R
A
=4
3.78
,
R
B
=30.04
,
R
C
=28.18
,
R
D
=46.07
,
R
E<
/p>
=32.29
,
R
F
=23.29
,影响因素的主次顺序为:
< br>D>A>E>B>C>F
。
表
3
各基质试验方案的生物量数据
Table3Biomass data in orthogonal
experiments
行号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
地上鲜重
/(g/m
)
135.47
166.51
141.16
124.14
173.36
121.13
227.27
268.94
123.18
205.58
175.66
155.289
214.75
217.94
117.77
234.27
138.73
124.27
219.58
215.67
108.24
107.30
126.93
170.13
2
p>
地上干重
/(g/m
)
44.91
47.31
51.58
30.28
47.87
37.82
69.72
91.08
32.87
60.09
53.83
53.86
72.93
85.68
38.12
84.06
41.77
31.83
107.47
72.67
25.73
32.47
31.00
46.61
2
地下干重
/(g/m
)
34.18
60.80
41.91
37.57
47.17
54.12
66.48
100.86
75.51
57.98
32.24
22.46
104.54
113.40
25.53
29.06
42.01
34.49
70.96
28.27
25.22
48.25
111.95
38.03
2
3.2.2
植物密度、高度和盖度的极差分析
对
植物生长
1
个月和
4
< br>个月后的密度、高度和盖度进行调查,见表
4
。
表
4
两个时期的植物
密度、高度和盖度
Table 4 Vegetation
density
,
height and cover in
two periods
行
号
盖度总和
/%
1
116
1
个月后
高度总和
/cm
27.3
密度
/
株·m
129
-2
盖度总和
/%
126
4
个月后
高度总和
/cm
23.0
密度
/
株·m
125
-2