一种基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法及应用与流程

1.本发明涉及露天矿山生态修复技术领域，特别是涉及一种基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法及应用。


背景技术：

2.矿山开采过程中破坏生态环境，造成环境污染，矿区植被遭到破坏，表土剥离，水土流失严重，且露天开采、地面塌陷及选矿的废弃物的堆积等产生了大量的矿业废弃地，对当地造成了严重的水土流失和环境污染，从而影响了当地经济建设的发展。为了改善矿区的生态环境，有效利用矿业废弃地，有必要对矿业废弃地进行生态恢复，而植被恢复在矿业废弃地生态恢复中具有极为重要的作用，目前国内外的众多学者都在矿业废弃地植被恢复领域进行了大量的研究。植被能有效地控制水土流失，被公认为水土保持最有效最根本的方法，良好的植被能够覆盖地面、拦截雨滴、调节地面径流、减缓流速、过滤淤泥和固结土壤，从而起到增加土壤渗透性、增加蓄水能力、涵养水源、防止水土流失、提高土壤肥力和改善生态环境等功能，一定覆盖度的植被就能够有效的防止表土流失。但，由于我国幅员辽阔，自然条件不同，而高寒地区矿山生态系统非常脆弱，对外界干扰非常敏感，遇有自然灾害或人为干扰，生态环境很容易破坏并很难恢复，高海拔地区气候寒冷，紫外线辐射强，昼夜温差大，温度变化强烈，干旱胁迫严重，重金属含量高，植物生长困难，该地区的土地修复更加困难，如果植物配置模式不合理，将会导致生态修复难以顺利进行。因此，人们急需一种快速实用、自维持的矿区生态环境修复的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法及应用，以解决上述现有技术存在的问题，通过草本植物的筛选配置以灌木和乔木的种植，显著提高了矿区的植被覆盖率，解决了高寒矿区植物生存困难的难题，为矿区生态治理提供了新的研究思路。
4.本发明的技术方案之一：一种基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法，包括以下步骤：
5.(1)第1年在高寒露天闭坑矿区播种草本植物；所述草本植物为矿区内距离矿区边缘1m～10m、停止采矿或排土一年的矿区区域内的草本植物；
6.(2)第2年在高寒露天闭坑矿区种植灌木和第一种补种草本植物；所述第一种补种草本植物为矿区内距离矿区边缘1m～10m、停止采矿或排土两年的矿区区域内的草本植物；
7.(3)第3～5年在高寒露天闭坑矿区种植乔木和第二种补种草本植物；所述第二种补种草本植物为矿区外围未受到干扰区域内的草本植物。
8.进一步地，步骤(1)所述区域与步骤(2)所述区域为相同区域。
9.进一步地，所述步骤(1)中的草本植物在停止采矿或排土一年的矿区外围1m～10m
区域内的重要值>0.05，生态位宽度>1，与其他物种生态位重叠值不为0；
10.所述步骤(2)中的草本植物在停止采矿或排土两年的矿区外围1m～10m区域内的重要值>0.03，生态位宽度>1，与其他物种生态位重叠值不为0；
11.所述步骤(3)中的草本植物在矿区外围未受到干扰区域内的重要值>0.03，生态位宽度>1，与其他物种生态位重叠值不为0。
12.进一步地，所述步骤(1)中的草本植物为灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅或野艾蒿；
13.所述步骤(2)中的第一种补种草本植物为高羊茅、野艾蒿、顶羽菊、灰绿藜、稗草、猪毛菜、苇子、多茎野豌豆、苋菜或蒙山莴苣；
14.所述步骤(3)中的第二种补种草本植物为顶羽菊、野艾蒿、稗草、灰绿藜、蒙山莴苣、刺菜、多茎野豌豆、猪毛菜、亚洲蒲公英或苇子。
15.进一步地，所述步骤(1)中灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅与野艾蒿的数量比依次为2:(1.2～1.5):(0.8～1):(0.2～0.8):(1～1.5)；
16.所述步骤(2)中高羊茅、野艾蒿、顶羽菊、灰绿藜、稗草、猪毛菜、苇子、多茎野豌豆、苋菜与蒙山莴苣数量比依次为(1～1.5):(1～2):(0.5～1):1.5:(0.8～1):(1.2～1.5):(0.6～0.8):(1.5～2):(0.8～1):(0.2～0.5)；
17.所述步骤(3)中顶羽菊、野艾蒿、稗草、灰绿藜、蒙山莴苣、刺菜、多茎野豌豆、猪毛菜、亚洲蒲公英与苇子的数量比依次为(1～1.5):(1～2):(1.2～1.5):(1～1.2):(0.4～0.8):(0.5～1):(1～1.5):(0.6～0.8):(0.3～0.5):(1～1.5)。
18.进一步地，所述灌木包括大果沙棘或深秋红沙棘中的一种或两种；所述乔木包括杨树、榆树中的一种或两种。
19.进一步地，所述灌木的雌雄配比为8:1；所述灌木采用沟式栽种，栽植行间距为1.5～3.0m；所述乔木种植穴深度为30cm～200cm，种植穴的空间体积至少为0.5m3。
20.更进一步地，所述乔木的种植穴规格优选为80cm
×
80cm
×
80cm。
21.进一步地，所述步骤(1)中草本植物的种子播种量为10～30kg/亩。
22.本发明的技术方案之二：一种上述的基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法在高寒露天闭坑矿区修复中的应用。
23.本发明公开了以下技术效果：
24.本发明以植物群落演替的时间变化为修复基础，通过对相关区域的植物生态位进行调查，分别筛选出适宜不同土壤条件下的本土植物，实现对矿区快速生态修复，可有效避免外来植物入侵的问题。同时，筛选生态位重叠的物种，可有效避免单一植物遭遇病虫害而导致生态系统失衡的问题。乔灌草结合的修复模式(灌草为主，乔木为辅)，可提高物种多样性从而增强生态系统的稳定性，增强该生境的经济型与美观性。该生态修复的植被配置方法可以加快生态系统的演替，有效的解决了高寒地区矿区植物种植困难的问题，有效地增加了矿区土地的植被覆盖度，为矿区生态治理提供了新的研究思路。
具体实施方式
25.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
26.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
27.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
28.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
29.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
30.实施例1
31.一种基于生态位的高寒露天闭坑矿区生态修复植被配置方法
32.以扎赉诺尔闭坑露天煤矿为例，依据周边修复区植物的生态位对修复区进行植被配置，具体为：
33.第1年播种草本植物品种的筛选：统计并计算扎赉诺尔闭坑露天煤矿未干扰区域周围停止采矿一年的区域的草本植物的重要值、生态位宽度和生态位重叠值，结果见表1～表3；
34.具体方法是：采用生态位的调查方法在每个修复区域内设置样方，采用粗放性踏查的形式或直接计数的方法来获得每个样方中物种种类、物种数、植株的个数、草本盖度、相对盖度、相对多度及相对频度等基础数据，计算物种的重要值、生态位宽度和与其他物种之间的生态位重叠值；
35.计算方法如下：
36.重要值＝(相对密度 相对频度 相对盖度)/3，
37.其中相对密度＝某一植物种的个体数/全部植物种的个体数
×
100％；
38.相对频度是指群落中某种植物出现的样方数占整个样方数的百分比；
39.相对盖度＝某一植物种地上部分垂直投影的面积/全部植物种地上部分垂直投影的面积
×
100％；
40.生态位宽度：生态位重叠值：
41.其中，代表种i在第j个样方下的个体数占该种所有个体数的比例。n
ij
数量(种群i在第j样方的重要值表示)，n
i
为种群i的总数量。
42.表1草本植物的重要值
43.品种重要值品种重要值品种重要值稗草0.1942多茎野豌豆0.0802冷蒿0.0226灰绿藜0.1926全叶马兰0.0112黑蒿0.0219猪毛菜0.1122苇子0.0474细叶蒿0.0151野艾蒿0.0838苋菜0.0466蓬草0.0122贝加尔针茅0.0802高羊茅0.0226
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44.表2草本植物的生态位宽度
[0045][0046][0047]
表3草本植物的生态位重叠值
[0048]
品种稗草灰绿藜猪毛菜野艾蒿贝加尔针茅灰绿藜0.8427
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猪毛菜0.64100.5762
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野艾蒿0.89340.79010.8814
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贝加尔针茅0101 苋菜0.98520.97820.711010
[0049]
从表3可以看出，结合植物的重要值值>0.05和生态位宽度>1，选择生态位重叠值不为0的物种，选择灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅、野艾蒿等作为第1年播种的草本植物。
[0050]
第2年补种草本植物品种的筛选：统计并计算扎赉诺尔闭坑露天煤矿未干扰区域周围停止采矿两年的区域(与第一年相同的区域)的草本植物的重要值、生态位宽度和生态位重叠值，结果见表4～表6；
[0051]
表4草本植物的重要值
[0052][0053][0054]
表5草本植物的生态位宽度
[0055]
品种重要值品种重要值品种重要值高羊茅4.672897细叶蒿1.831445狼尾草1野艾蒿4.307265车前草1.719958冷蒿1顶羽菊3.781069苋菜1.692438马蔺1灰绿藜3.687798贝加尔针茅1.659675蓬草1稗草3.602434苍耳1披碱草1猪毛菜3.594816刺藜1確虱1苇子2.661785丛生隐子草1莎苔草1多茎野豌豆2.529171榆树苗1山韭1蒙山莴苣1.97561黑蒿1新麦草1刺菜1.973723芨芨草1野油菜1全叶马兰1.903445荚果蕨1硬质早熟禾1亚洲蒲公英1.889148脚苔草1榆树苗1旋复花1.859384菊花1
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[0056]
表6草本植物的生态位重叠值
[0057][0058][0059]
从表6可得知，结合植物的重要值>0.03和生态位宽度>1，与其他物种生态位重叠值不为0的高羊茅、野艾蒿、顶羽菊、灰绿藜、稗草、猪毛菜、苇子、多茎野豌豆、苋菜、蒙山莴苣等作为第2年补种的草本植物。
[0060]
第3～5年补种草本植物品种的筛选：统计并计算扎赉诺尔闭坑露天煤矿未受到干扰区域周围的草本植物的重要值、生态位宽度和生态位重叠值，结果见表7～表9；
[0061]
表7草本植物的重要值
[0062]
品种重要值品种重要值品种重要值猪毛菜0.496贝加尔针茅0.116刺菜0.052野艾蒿0.456披碱草0.111马蔺0.048灰绿藜0.302確虱0.1莎苔草0.048苇子0.274丛生隐子草0.095荚果蕨0.043顶羽菊0.241芨芨草0.088山韭0.043稗草0.218旋复花0.08硬质早熟禾0.039蒙山莴苣0.171苋菜0.072细叶蒿0.031亚洲蒲公英0.161全叶马兰0.068新麦草0.028多茎野豌豆0.136车前草0.057苍耳0.02高羊茅0.127狼尾草0.057榆树苗0.019刺藜0.125脚苔草0.056
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野油菜0.123菊花0.054
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[0063]
表8草本植物的生态位宽度
[0064]
品种重要值品种重要值品种重要值顶羽菊3.781069苍耳1確虱1野艾蒿3.329刺藜1莎苔草1稗草2.581984丛生隐子草1山韭1
灰绿藜2.485529高羊茅1细叶蒿1蒙山莴苣1.97561芨芨草1苋菜1刺菜1.973723荚果蕨1新麦草1多茎野豌豆1.939597脚苔草1旋复花1猪毛菜1.899591菊花1野油菜1亚洲蒲公英1.889148狼尾草1硬质早熟禾1苇子1.797367马蔺1榆树苗1车前草1.719958披碱草1
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贝加尔针茅1全叶马兰1
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[0065]
表9草本植物的生态位重叠值
[0066][0067]
从表9可知，结合植物的重要值>0.03和生态位宽度>1，与其他物种生态位重叠值不为0的顶羽菊、野艾蒿、稗草、灰绿藜、蒙山莴苣、刺菜、多茎野豌豆、猪毛菜、亚洲蒲公英、苇子等作为第3～5年补种的草本植物。
[0068]
(1)第1年：将灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅、野艾蒿的种子以数量比2:1.5:0.8:0.5:1混合均匀进行播种，播种为30kg/亩。
[0069]
(2)第2年：将高羊茅、野艾蒿、顶羽菊、灰绿藜、稗草、猪毛菜、苇子、多茎野豌豆、苋菜、蒙山莴苣的种子以数量比1.5:1.5:1:1.5:1:1.2:0.7:1.8:1:0.2混合均匀进行补种，播种为20kg/亩，并以行间距为1.5m、株间距3m种植雌性配比为8:1的大果沙棘。
[0070]
(3)第3年：将顶羽菊、野艾蒿、稗草、灰绿藜、蒙山莴苣、刺菜、多茎野豌豆、猪毛菜、亚洲蒲公英、苇子的种子以数量比1.5:1.5:1.2:1:0.5:0.8:1.2:0.8:0.5:1混合均匀进行补种，播种为10kg/亩，并挖深度为80cm、宽度为80cm的树坑种植杨树，种植量为10～15株/亩。
[0071]
(4)第4～5年，按步骤(4)补种草本植物。
[0072]
实施例2
[0073]
同实施例1，区别在于，步骤(1)中灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅、野艾蒿的种子的数量比为2:1.2:1:0.8:1.5。
[0074]
实施例3
[0075]
同实施例1，区别在于，步骤(2)中高羊茅、野艾蒿、顶羽菊、灰绿藜、稗草、猪毛菜、苇子、多茎野豌豆、苋菜、蒙山莴苣的种子的数量比1.5:2:1:1.5:1:1.5:0.8:2:1:0.5。
[0076]
实施例4
[0077]
同实施例1，区别在于，步骤(3)中顶羽菊、野艾蒿、稗草、灰绿藜、蒙山莴苣、刺菜、多茎野豌豆、猪毛菜、亚洲蒲公英、苇子的种子的数量比为1.5:2:1.5:1.2:0.8:1:1.5:0.8:0.5:1.5。
[0078]
实施例5
[0079]
同实施例1，区别在于，步骤(1)中草本植物种子的播种量为10kg/亩。
[0080]
实施例6
[0081]
同实施例1，区别在于，步骤(2)中大果沙棘的雌雄配比为4:1。
[0082]
实施例7
[0083]
同实施例1，区别在于，将步骤(2)中大果沙棘替换成深秋红沙棘。
[0084]
实施例8
[0085]
同实施例1，区别在于，将步骤(3)中的杨树替换成榆树。
[0086]
对比例1
[0087]
同实施例1，区别在于，步骤(1)～步骤(3)所采用的草本植物均为灰绿藜、猪毛菜、稗草、贝加尔针茅、野艾蒿，数量比为2:1.5:0.8:0.5:1。
[0088]
对比例2
[0089]
同实施例1，区别在于，未种植步骤(2)中大果沙棘。
[0090]
对比例3
[0091]
同实施例1，区别在于，未种植步骤(3)中杨树。
[0092]
效果例1
[0093]
统计采用实施例1～8和对比例1～3的方法进行矿区生态修复后的植被覆盖度，结果见表10。
[0094]
表10植被覆盖度
[0095]
[0096][0097]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。