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    科學技術論文

    管道工程跡地土壤修復效果及植物多樣性特征

    時間:2021年01月05日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    摘要:以天然氣地下管道工程竣工后的砒砂巖及沙地為研究對象,探討經 4 年封育及人工種草恢復后的土壤修復效果及 植物多樣性特征。結果表明:(1)砒砂巖及沙地土地類型上共有 29 個植物種,以多年生草本植物為主。封育恢復 4 年后,砒砂 巖及沙地的植物群落均

      摘要:以天然氣地下管道工程竣工后的砒砂巖及沙地為研究對象,探討經 4 年封育及人工種草恢復后的土壤修復效果及 植物多樣性特征。結果表明:(1)砒砂巖及沙地土地類型上共有 29 個植物種,以多年生草本植物為主。封育恢復 4 年后,砒砂 巖及沙地的植物群落均處于進展演替的初級階段。相比人工種草恢復,封育恢復可更好地增加沙地植物豐富度及多樣性。 (2)砒砂巖土壤全氮及有機碳含量僅在封育恢復后高于天然草地,而沙地經封育及人工種草恢復方式后,土壤全氮及有機碳含 量均高于天然草地。封育及人工種草恢復方式有助于改善管道工程跡地土壤養分狀況及提升植物多樣性。

      關鍵詞:管道工程;植物多樣性;土地類型;恢復方式;土壤修復

    油氣田環境保護

      0 引 言 天然氣管道施工將改變地表形態、增加水土流 失風險、降低植物及生物多樣性等[1,2] 。對砒砂巖地 區及毛烏素沙地的生態環境保護及恢復是減少泥沙 入黃及弱化區域風沙活動的關鍵[3] ,而明確管道工 程跡地植被恢復效果并探討不同恢復方式對恢復效 果的影響可為保護上述地區生態環境奠定基礎并提 供依據,對于掌握地區生態環境恢復狀況頗具指示 意義。碳(C)、氮(N)狀況是表征土壤生產力及可利 用程度的重要指標,可作為土壤肥力狀況及土地沙 化、退化的主要體現因子[4] 。

      鑒于此,本文研究經兩 種恢復方式后的砒砂巖及沙地植物組成、多樣性、重 要值等生態特征值,配以相應的表層土壤 C、N 狀 況,探討工程跡地植被恢復效果及土壤養分特征,為 當地管道施工后的植被恢復、土壤狀況改善及經濟可持續發展提供參考和依據。

      1 材料與方法

      1. 1 研究區概況

      研究區位于內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗的輸 氣 管 道 沿 線 ,地 理 坐 標 39° 32'45. 93'' N,109° 36'2. 30'' E,屬中溫帶干旱大陸性氣候區,年均降水 量為 342. 8 mm,年均蒸發量為 2 471. 0 mm;典型植 被類型為溫帶草原植被。管道沿線土地類型主要為 沙地與砒砂巖,研究區內生態脆弱,風蝕沙化與水土 流失復合侵蝕明顯。

      1. 2 實驗設計及調查方法

      1. 2. 1 樣地選擇及群落特征調查

      2015 年 7 至 8 月,選擇管道施工路線上經 4 年人 工 種 草 恢 復(artificial restoration,AR)及 封 育 恢 復 (fenced restoration,FR)方式復墾后的砒砂巖(feld‐ spathic sandstone,FS)及沙地(sandy land,SL)進行 調 查 ,以 未 擾 動 草 地(natural grassland)為 對 照 (CK),采用常規生態學方法[5] ,分別在 3 個區域內隨 機設置 3 個 20 m ×20 m 的無交叉調查樣地,在每個 調查樣地內隨機布設 3 個 5 m ×5 m 的樣方,每個樣方內隨機設置 3 個 1 m × 1 m 的子樣方,3 個調查區 域內各設置子樣方 27 個,共計 81 個,2 種土地類型 下總計 162 個,調查樣方內植物群落組成與結構,記 錄植物的種名、高度(cm)、密度(每平方米株數)、蓋 度(%),確定每種植物的生活型、生態型。人工種 草、封育恢復及對照相距小于 3 km,人工種草及封 育恢復方式均采用原位土壤回填復墾,認為二者與 對照土壤養分本底值無明顯差異。

      2 結果與分析

      2. 1 不同恢復方式對植被恢復效果的影響

      2. 1. 1 植被種類與數量

      砒砂巖土地類型的封育恢復方式 下,多年生植物種數少于天然草地,一年生、兩年生 植物種類與天然草地相同,群落處于進展演替初級 階段,封育 4 年仍未恢復到天然草地水平。沙地土 地類型的封育恢復方式下,多年生植物種為 9 種, 多于天然草地,群落進展演替較為明顯。但人工種 草恢復方式下,多年生植物種數為 3,少于天然草 地 ,也 少 于 砒 砂 巖 土 地 類 型 的 2 種 恢 復 方 式 及 對 照。針對沙地土地類型的特殊環境條件[9] ,應采取 封 育 恢 復 方 式 ,使 植 物 種 類 穩 步 恢 復 到 天 然 草 地 水平。

      2. 1. 2 重要值及地上生物量

      重要值作為種群優勢度指標可以比較全面地反 映不同發育時期種群在群落中的功能地位及分布格 局,也可以反映植物對環境的適應狀況[6] 。

      3 討 論

      長期自然選擇形成穩固的植物群落,達到相對 穩定的自然狀態,但由于社會及經濟發展的需要,大 量人為活動如天然氣開發、石礦開采等使得植物群 落相對穩定的自然狀態被嚴重破壞[1,5] ,人工種草可 選擇適應性較強的優勢種針對性種植,目的性增加 植物種類與數量。封育恢復與人工種草均能使植被 得到較快恢復,但在不同土地類型下二者演替趨勢 區別較大,在砒砂巖地區,后者植物群落進展演替進 度明顯快于前者。優勢種中,油蒿十分適合在沙地 生長,在天然草地、封育恢復及人工種草條件下均表 現出高重要值,已成為典型建群種。

      砒砂巖土地類 型中,人工種草能更快地恢復植被,增加生物多樣 性;而沙地土地類型環境特殊,封育恢復是促進沙地 植物多樣性和加快植被恢復的更好方法,這 與重要值所體現的結果一致。 C/N 用以判斷土壤氮素礦化能力,受土壤有機 質腐殖化程度影響。C/N 越小,有機質在礦化作用 中釋放的有效氮(AN)越多,植物根系可獲得 N 的有 效供給就越多;C/N 越大,在有機質礦化最初階段可 用作植物生長的 AN 就越少,植物缺 N 就越嚴重[10] 。

      復墾土壤的 C/N 一般位于 7~13 之間[11] ,有學者將此區間定義為我國耕地土壤的標準 C/N 范圍[12] ,依 此標準,本研究中管道工程跡地表層土壤 C/N 均已 符合耕種標準,土壤修復效果明顯。封育及 人工種草恢復方式下,沙地表層土壤 TN 及 SOC 含 量均高于天然草地,砒砂巖土地類型僅人工種草恢 復方式的 SOC 及 TN 略低于天然草地,表 明采取植被恢復措施后,項目區土壤的 C、N 狀況有所改善,且改善效果較好,即本研究中采取的植被恢 復措施有助于改善管道工程跡地土壤養分狀況,這 與張耿杰等研究結果一致[12] 。

      環境論文投稿刊物:《油氣田環境保護》(雙月刊)于1991年10月創刊,是國家新聞出版總署正式批準的國內外公開發行的科學技術性刊物,也是中國石油集團唯一的一份環保技術期刊。重點報道油氣田及石油煉化領域的污染現狀、治理技術、管理方法、試驗研究、監測手段等方面的新成果、新技術、先進經驗以及國內外現行標準與發展動態,是中國石油對內對外進行宣傳、技術交流的重要窗口以及中國石油、中國石化、中國海洋石油、高等院校、科研院所等廣大環保工作者互相學習、互通信息的橋梁和紐帶。

      4 結 論

      (1)砒砂巖及沙地土地類型下共有 29 個植物 種,賴草及油蒿的重要值占優,封育和人工種草恢復 方式均以多年生草本植物為主。封育恢復 4 年后, 砒砂巖及沙地土地類型的植物群落均處于進展演替 的初級階段。 (2)相比天然草地,砒砂巖經人工種草恢復后的 植物種分布更均勻、種類與數量較多,而封育恢復方 式的植物種較少、分布較為集中。封育恢復是增加 沙地植物多樣性的較好方式,可同時增加群落物種 豐富度及物種多樣性,使得各物種均勻分布。 (3)砒砂巖土地類型僅封育恢復后 SOC 及 TN 高于天然草地,而沙地經封育及人工種草恢復后,表 層土壤 TN 及 SOC 含量均高于天然草地,本研究中 采取的植被恢復措施有助于改善管道工程跡地土壤 養分狀況。

      參考文獻

      [ 1 ] 范軍, 蒲繼文, 周丹, 等 . 天然氣長輸管道建設對生態 環境的影響及防范措施[J]. 油氣田環境保護, 2010, 20(3): 9‐12. Fan J, Pu J W, Zhou D, et al. Ecological impact and preventive measures of longdistance natural gas pipeline construction [J]. Environmental Protection of Oil & GasFields, 2010, 20(3): 9‐12.

      [ 2 ] 王成燕 . 氣田開發的生態環境影響及生態恢復措施研 究[D]. 呼和浩特: 內蒙古大學, 2011. Wang C Y. A research of ecological environmental im‐ pacts and ecological restoration measures on gas field de‐ velopment [D]. Huhhot: Inner Mongolia University, 2011.

      [ 3 ] Dai Y J, Dong Z, Li H L, et al. Effects of checker‐ board barriers on the distribution of aeolian sandy soil particles and soil organic carbon [J]. Geomorphology, 2019, 338: 79‐87.

      作者:周全生,李 超,葉 濤 *

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