土地复垦的覆土厚度及覆土基质确定Word文件下载.docx

1、【作 者】冯全洲;【作者单位】中国地质大学,武汉,环境学院,湖北武汉,430074;河南省地质环境监测院,河南郑州,450016;中国地质大学,武汉,环境学院,湖北武汉,430074【正文语种】中 文【中图分类】农业科学安徽农业科学 Joumal ， fAnhuiAgri Sci 2009 ，37（ 25）：12091 -12094 责任编辑陈娟 责任校对 卢瑶土 地 复 垦 的 覆 土 厚 度 及 覆 土 基 质 确 定冯全洲 1,2 ，徐 巨 力 1+ （ 1 中国地质大学（ 武汉 ） 环境学院，湖北武汉 430074 ； 2 河南省地质环境监测院，河南郑州 450016 ）摘要提 出了根

2、据植物群落地下 生境的层片结构 ，确 定不 同生活型植物土地复垦的覆土厚度，根据植物地境 内生态因子特征确定土地 复垦的覆土基质； 如此进行复垦，可保证植物物种、覆土厚度 、覆土土质三者之间的协调适应 ，建立一个能够 自 我调节的生态系统。 并通 过研究提 出了土地复垦时 ，乔木 、灌木 、草本植物的覆土厚度和覆土基质。关键词土地复垦； 地境 ； 根群图 ； 覆土厚度中图分类号S156 文献标识码 A文章编号0517-6611（2009）25- 12091-04 ThicknessandMaterial of CoveringSoil onLandReclamation FENGQuan-zh

3、ouet al（ Schoolof EnvironmentalStudies, ChinaUniversity of Geosciences,Wuhan,Hubei430074） Abstract In thiscxperiment,iLwasproposedthat the c-c）veringsoilchickness onland reclamation with differentlifeform plant wasdetermined accordingto che undergroundhabitat synusiastructureandthe coveringsoilsubst

4、rateonland reclamationwasdeterminedaccordingto ecologi-cal facLors in umlergroundhabitac.TherecWnalionwascarried outaccordingto thismethod,planL species,coveringsoilthickness and cover-ing soilwerecordinatively adaptediQ constructaecosystemwhic:licould conductself-regulation.Moreover,itwasalso propo

5、sedthe coveringsoilchickness andcoveringsoil substrate of Lrees,bushes,herhplants, whenche land wasconduc:ted reclamation. KeywordsInncl reclamation;Ceographicalenvironment;Rootgroupcircle;Coveringsoilthic:kness土壤是植物生长 的基质和养分提供者 ，复平后 的土地（或人造土地 ） 无论是用作农田 ，还是生态用地都需要一定的 土壤厚度，使根系能够正常发育，这个道理已被人们普遍接 受 ，但覆

6、土厚度的标准却不一致。 美国 、苏联 、澳大利亚 、加 拿大 、波兰等国家规定覆土厚度在 Im 以上 ，甚至 2m ，我 国 各部门和不同省区也制定了各 自的标准。 有关覆土厚度的 规定尽管有 自然地理条件 的考虑 ，但大多是农事经验的总 结 ，缺少严格的生态学论证和试验数据的支撑。 从工程学的 角度来审视 ，厚度增加或减少几十厘米，工程量和费用投入 不容小视。 该研究从植物与其地下生存环境的有机联系人 手 ，探讨了土地复垦的覆土厚度及覆土基质选择问题。 植物地境是植物生长 、繁衍所依赖的地下生存环境 ，是 生境的重要组成部分。 植物与其地境 的有机联 系是各种陆 地生态系统构成的基础 ，不同

7、生活型的植物由其生理习性和 对水肥资源分享的 自然分工 ，在长期 自然演化过程中，形成 不同的根系层位。 根群是根系吸收水分和养分的主功能区 ， 根群与其内部的土壤总称根群圈 ，同一物种的植物根群圈相 连接形成特定的层片，多个物种会有多个层片 ，有的位于浅 部，有的相对较深 ，各种植物据此分享不同圈层的水肥资源 ， 避免严重的种间冲突 卜纠 。 因此，可 以通过研究植物地境的层片结构，来确定不 同生活型植物土地复垦的覆土厚度 ，通 过研究地境内生态因子选择土地复垦的覆土基质。1研究方法1.1 研究区概况 研究区位于河南省巩义市大峪沟煤矿 ，属黄土丘陵地区 ，为较典型的半干旱气候类型。 土地复垦

8、的主要内容为塌陷区土地复垦和矸石山复垦。 1.2 调查方法 该研究的重点放在不同生活型植物物种与地境层片的对应关系，以及各层片的水肥条件与植物长势的 关联这两个问题上。 地面以上开展植被调查 ，地面 以下开展 地境结构及地境内生态因子调查。植被调查采用样地调查方法 ，野外工作共布设 4 个样作者简介冯全洲（ 1961- ） ， 男，河 南焦作人，在读博士 ， 高级工程师 ，从事环境地质研究。 + 通讯作者。收稿 日期200905 -13地 ，l 4样地位于早年煤矸石复垦林地 ，2” 、3 、48 样地分别选在 黄土丘陵的顶面 、坡面 、坡脚 3 处的农 田边缘处 ，调查内容包括植物种类 、密度

9、 、胸径 、高度 、间距等内容。 地境结构及地境 内生态 因子调查 ，通过样坑开挖来实 现。样坑位于样地 的中央 ，开挖深度一般保持在 1.11.2 m，样坑大小为 1.0mxl.8m 呈矩形 ，坑壁直立的一面保持 平顺 ，是取样 、根 系调查的主调查面。 该面距乔木或灌木的 基部保持 Im 左右的距离 ，以避免对其根群损伤过大 ，造成 植物死亡。 样坑开挖整形后 ，在主调查剖面上按 10cm 的间 距依次完成下述工作 ：土层岩性鉴定 、 分层 ； 土温测量 ； 取心土测定含水量 ； 再次修整剖面 ，按 10x10cm 的网 格进行根的调查统计； 取 10009土样 ，用 以室 内测定肥 分

10、、养分等物理化学指标。 2 调查结果2.1 植被 研究区以旱地作物为主 ，调查期间正值棉花 、芝麻 、高粱 、玉米 、红薯 、豆类等生长季节 ，农作物大部分以条播方式种植，长势 良好。田间地头常见的乔木为泡桐 、构树 、酸枣 、柿 、野桑等，常 见灌木有黄荆 、悬钩子 、胡枝子等，草本植物主要为田间杂草 如铁苋菜 、田旋花 、狗尾草及菊科植物。 乔木 、灌木和野生草 本植物以混生方式分布。 乔木间距不定 ，大多为单株 ，少见 人工林带。 在狭窄的农田边缘和梯 田坡壁上 ，灌木和草本茂 盛 ，呈现出一定的林冠层次。矸石山下方的人 工复垦林地 ， 多为杨树和泡桐 ，林下杂 草丛生 ，主要为飞蓬和萑

11、草 ，零散的林窗有人工种植的瓜类 、 豆类 ，生长一般。各样地植物分布情况见表 I。 2.2 根系分布 按粗根 （ 直径 1cm ） 、 中根 （直径 l 一 0.2 cm）和细根（ 直径 0.2cm ） 3 级划分，得到 4 个样坑各级根 系在垂向的分布数据（ 表 2 ） 。 由表 2 可知 ，各级根系数量具 有从上到下减少的规律 ，粗根和 中根数量较少 ，细根数量众 多； 粗根和中根的最大分布深度分别为 0.8m 和 0.9m，细根 数量从顶部到底部衰减了 5 15 倍。 在植物根系中，粗根的 作用一是圄持 ，二是输送养分和水分，真正具有吸收功能的安徽农业科学 Joumal ， f1209

12、1 - 12094责任编辑陈娟责任校对卢瑶冯全洲1,2，徐巨 力1+1中国地质大学（ 武汉 ） 环境学院，湖北武汉 430074 ； 2 河南省地质环境监测院，河南郑州 450016 ）提 出了根据植物群落地下 生境的层片结构 ，确 定不 同生活型植物土地复垦的覆土厚度，根据植物地境 内生态因子特征确定土地复垦的覆土基质； 并通过研究提 出了土地复垦时 ，乔木 、灌木 、草本植物的覆土厚度和覆土基质。S156文献标识码A0517 6611（2009）25 12091 04 ThicknessandMaterial of CoveringSoil onLandReclamation FENG Q

13、uan-zhouet al （ Schoolof EnvironmentalStudies, ChinaUniversity of Geosciences,Wuhan,Hubei430074） In thiscxperiment,iLwasproposedthat the c-c）veringsoilchickness onland reclamation with differentlifeform plant wasdetermined accordingto che undergroundhabitat synusiastructureandthe coveringsoilsubstra

14、teonland reclamationwasdeterminedaccordingto ecologi- cal facLors in umlergroundhabitac.TherecWnalionwascarried outaccordingto thismethod,planL species,coveringsoilthickness and cover- ing soilwerecolicould conductself-regulation.Moreover,itwasalso proposedthe covering soilchickness andcoveringsoil

15、substrate of Lrees,bushes,herhplants, whenche land wasconduc:ted reclamation. Key words Inncl reclamation;kness或人造土地 ） 无论是用作农田 ，还是生态用地都需要一定的土壤厚度，使根系能够正常发育，这个道理已被人们普遍接受 ，但覆土厚度的标准却不一致。 美国 、苏联 、澳大利亚 、加拿大 、波兰等国家规定覆土厚度在 Im 以上 ，甚至 2m ，我 国各部门和不同省区也制定了各 自的标准。 有关覆土厚度的规定尽管有 自然地理条件 的考虑 ，但大多是农事经验的总结 ，缺少严格的生态学论证

16、和试验数据的支撑。 从工程学的角度来审视 ，厚度增加或减少几十厘米，工程量和费用投入不容小视。 该研究从植物与其地下生存环境的有机联系人手 ，探讨了土地复垦的覆土厚度及覆土基质选择问题。植物地境是植物生长 、繁衍所依赖的地下生存环境 ，是生境的重要组成部分。 植物与其地境 的有机联 系是各种陆地生态系统构成的基础 ，不同生活型的植物由其生理习性和对水肥资源分享的 自然分工 ，在长期 自然演化过程中，形成不同的根系层位。 根群是根系吸收水分和养分的主功能区 ，根群与其内部的土壤总称根群圈 ，同一物种的植物根群圈相连接形成特定的层片，多个物种会有多个层片 ，有的位于浅部，有的相对较深 ，各种植物据

17、此分享不同圈层的水肥资源 ，避免严重的种间冲突卜纠。因此，可 以通过研究植物地境的层片结构，来确定不 同生活型植物土地复垦的覆土厚度 ，通过研究地境内生态因子选择土地复垦的覆土基质。 1研究方法 1.1研究区概况研究区位于河南省巩义市大峪沟煤矿 ， 1.2调查方法该研究的重点放在不同生活型植物物种与地境层片的对应关系，以及各层片的水肥条件与植物长势的关联这两个问题上。 地面以上开展植被调查 ，地面 以下开展地境结构及地境内生态因子调查。冯全洲（ 1961- ） ， 男，河 南焦作人，在读博士 ， 高级工程师 ，2009 05 -13”、3、48样地分别选在黄土丘陵的顶面 、坡面 、坡脚 3 处

18、的农 田边缘处 ，调查内容包括植物种类 、密度 、胸径 、高度 、间距等内容。地境结构及地境 内生态 因子调查 ，通过样坑开挖来实现。，样坑大小为 1.0mxl.8m 呈矩形 ，坑壁直立的一面保持平顺 ，是取样 、根 系调查的主调查面。 该面距乔木或灌木的基部保持 Im 左右的距离 ，以避免对其根群损伤过大 ，造成植物死亡。 样坑开挖整形后 ，在主调查剖面上按 10cm 的间距依次完成下述工作 ：取心土测定含水量 ； 再次修整剖面 ，按 10x10cm 的网格进行根的调查统计； 取 10009土样 ，用 以室 内测定肥分 、养分等物理化学指标。 2调查结果 2.1植被研究区以旱地作物为主 ，调

19、查期间正值棉花 、芝田间地头常见的乔木为泡桐 、构树 、酸枣 、柿 、野桑等，常见灌木有黄荆 、悬钩子 、胡枝子等，草本植物主要为田间杂草如铁苋菜 、田旋花 、狗尾草及菊科植物。 乔木 、灌木和野生草本植物以混生方式分布。 乔木间距不定 ，大多为单株 ，少见人工林带。 在狭窄的农田边缘和梯 田坡壁上 ，灌木和草本茂盛 ，呈现出一定的林冠层次。矸石山下方的人 工复垦林地 ， 多为杨树和泡桐 ，林下杂草丛生 ，主要为飞蓬和萑草 ，零散的林窗有人工种植的瓜类 、豆类 ，生长一般。 2.2根系分布按粗根 （ 直径 1cm ） 、 中根 （直径 l 一 0.2 cm）和细根（ 直径 0.2cm ） 3

20、级划分，得到 4 个样坑各级根系在垂向的分布数据（ 表 2 ） 。 由表 2 可知 ，各级根系数量具有从上到下减少的规律 ，粗根和 中根数量较少 ，细根数量众多； 粗根和中根的最大分布深度分别为 0.8m 和 0.9m，细根数量从顶部到底部衰减了 5 15 倍。 在植物根系中，粗根的作用一是圄持 ，二是输送养分和水分，真正具有吸收功能的安徽农业科学 2009 年是细根的根尖及根尖上的根毛 ，故细根具有特殊研究价值。表 l 样地植统计Tablel Statisticsof plants in different sampleplots样方植物物种高度m胸径cm密度棵/m2 Quadrats Pl

21、ant species HeightBreast diameterDensity l 乔木 泡桐11 13 75880.029小白杨 5.06.5 13N19 0.033草本 飞蓬0.8 29獯草 0.4 3瓜类、豆类 2 乔木 构树2.5 19单株灌木 酸枣0.7 一 1.2 0.15草本 三俭草0.10.2 0.1蓟 0.10.2 0.8田旋花 0 OI 0.030.4捧草 0.20.7 0.5紫花地丁 0.1 一0.3 0.13铁苋菜 0.10.30.5苦荬菜 0.1 一0.3I.l茜草 0.1 一0.4 3 乔木 构树56 12泡桐 58 10 0.2灌木 薜苈0.5 一 1 O l杠

22、柳 l一 2草本 荩革0.1 一0.3 0.1 一0.6艾属 0.080.20萑草 0.02一0.500.010.50 0 Ol0.400.4 0.04 0.60 0.050.30 1.8菟丝子 1 O 1.50.1蘼萝 0.030.600.3 4 乔木 构树l5 26 0.05 512 8100.01 草本 芝麻0.1 0.2 30小麦 衰 2 根系统计情况 Table2Statisticalsituationof root条 l2 深度m粗根 中根 细根 粗根中根细根 DepthCoarseMiddleFine CoarseMiddle Finerootrootrootroot rootO

23、 0 0.1 012220 7 930.10.2 141000 71O 2 0.3 006502 590.3 0.4 1267l 840.4 0.5 001070 51O 5 0.6 ll1150 50O 6 0.7 0088110.7 0.8 101030 0 220.8 0.9 Ol55000.9 一 1.0 005000 141.0 一 1.1 002800 150.00.1 161660 5860.1 0.2 021610 4460.2 0.3 Ol1481 2740.3 0.4 Ol1030 258 接下表接表 2 1N 2 粗根 L0aI 昌eMiddleFine Coarserl

24、ne mot O 4 0.5 O 56 2440.5 0.6 27 2050.6 一 0.7 13 1480.7 0.8 109 16 810.9 I O 1l 1051 O_1 I 2.3 土壤及肥分 大峪沟地区黄土 ，在土壤学 中定名为黄绵土 、黑垆土 ，由冲洪积和风积而成。 与一般残积土不同，黄 土形成过程中许多层位都曾暴露过地表 ，经过成壤阶段 ，经 分析 ， 大峪 沟第 四 纪 黄土 粘粒 （0.002mm） 含量 在 O 15%粉粒（0.020.002mm） 含量 45% 100% ， 为壤土类， 具有 良好的透气透水性 ，又有一定的保水保肥性能。 各样坑 土壤肥力指标特征值列于表

25、 3 。表3 肥力统计情况Table3 Statisticalsituationof fertility 阳离子 探坑有机质全氮有效磷速效钾交换量含水量 Inspec- 特征值 % mg kg mg/kg cmol/kgtionEigenvalue Organic Total Available Calion Water pits matter N P Kexchange content capacityl 最大值 2.6 0.10 12.30 169.00 89.00 17.6最小值 0.03 6.07 60.80 63.10 11 O平均值 0.7 0.04 7.39 88.70 81.7

26、0 14.52 最大值 0.06 6.23 129.40 143.70 19.5 0.3 0.02 1.69 73.00 98.70 14.2 2.98 83.30 112.10 16.83 最大值 125.70 48.11 15.0 2.74 77.90 22.70 11.2 4.79 101.90 31.90 13.64 最大值 2.8 0.09 4.51 86.70 127.00 16.1 1.40 90.00 9.3 1.4 2.08 72.61 103.90 12.5 3 结果分析3.1 地境层片结构 以两组细根频率分布曲线对本区地境结构进行分析 ：第一组是细根总频率 深度曲线 （ 图 1 ） ； 第 二组是主调查面中轴（ 左右对称轴） 两侧不 同距离处的细根 频率 深度曲线 ，右侧图例表示不同距离（m） 处的频率曲线 类型（ 图 2 5 ） 。 细根总频率 一 深度 曲线呈波状起伏 ，每个 波峰代表了 1 个生活型的根群圈范围； 主调查剖面中轴不同 距离的细根频率 深度曲线相互缠绕在一起 ，但总是规律性 的环绕某些空间分布 ，形成特定的似环状空间区域根群 圈 ，不同生活型的植物根群圈沿深度呈 串珠状分布，揭示 了 地境的层片结构 ；