尾矿生态恢复中地上-地下生态过程的相互作用

生态系统地上-地下生态过程的相互作用是重金属矿业废弃地生态恢复的核心问题之一。对恢复生态系统中地上和地下过程的整合研究不仅是生态系统生态学发展的要求，也是完整地认识生态系统结构和功能的必然要求。本项目拟通过：（1）采取人工辅助手段（如添加改良剂和选择耐性植物）对尾矿废弃地进行生态恢复，监测生态恢复过程中植物群落特征、土壤理化性质、重金属形态及土壤微生物群落结构与功能的动态变化，研究各种生态因子与恢复时间之间的定量函数关系；（2）基于生态因子的动态变化采用主成分分析、判别分析找出影响尾矿生态恢复的关键因子；（3）借助多元逐级回归分析、典范相关分析、神经网络分析等手段，阐述植物群落/土壤理化性质/重金属形态/土壤微生物之间的对应关系。据此揭示尾矿生态系统恢复过程中地上、地下过程之间的相互作用关系，从而为人为干预加快重金属矿业废弃地的生态恢复提供科学依据和技术支持。

尾矿库是金属矿山最常见且最难恢复的废弃地，对尾矿生态恢复中地上和地下过程的整合研究是重金属矿业废弃地生态恢复的核心问题之一。本研究通过详尽地野外调查和理化分析，确定限制尾矿生态恢复的主要因子；借助野外监测和室内盆栽实验筛选出合适的耐性植物、改良剂及其配比；开展田间实验，采用原位基质改良模式，种植耐性植物，在裸露的尾矿库上建立起新的植被，动态监测尾矿生态恢复中植物群落特征、土壤理化性质、重金属形态及土壤微生物群落结构和功能的变化，揭示尾矿生态恢复中地上–地下生态过程的相互作用。结果表明：1）高浓度的残留重金属、大量营养元素（N、P）及有机质的缺乏、极差的土质结构和表层不稳定性是湘西尾矿库限制植物定居、生长的主要因子。2）矿区主要优势植物，如油茶、芒萁、灰白毛莓、山莓、毛萼莓、魁蒿、蕨、芒草、白茅、箬竹、飞龙掌血均能适应土壤重金属元素较高的环境，对重金属具有一定的耐性，适合用于湘西重金属尾矿废弃地的植物修复。3）添加工农业有机废弃物大大降低了尾矿重金属有效态（DTPA–提取态、水溶态、CaCl2–提取态）含量，增加了有机质和营养元素（N、P、K）含量，提高了土壤酶活性，促进了植物种子的萌发和生长，且大大降低了植物对重金属的吸收。4）在尾矿生态恢复的一年内，随着恢复时间的增加，重金属含量无明显下降趋势，有机质及营养元素呈增长趋势，土壤酶活性呈升高趋势，植被盖度达到80%以上。Person相关分析表明，尾矿重金属含量与土壤酶活性呈显著负相关，与植物地上部分重金属含量呈显著正相关；典范相关分析表明，尾矿营养状况、微生物活性、土壤酶活性关系密切，与尾矿重金属含量呈反向关系。这进一步表明，采取人工辅助手段（如添加改良剂和选择耐性植物），可有效降低尾矿重金属毒性，改善营养状况，提高土壤微生物活性，促进成土过程，有利于尾矿的生态恢复。由于时间限制，本项目对尾矿生态恢复中地上–地下生态过程相互作用的研究仅进行了两年，时间相对较短，这在一定程度上限制了对植物群落演替的分析，且重金属在土壤–植物系统中的迁移、累积规律是一个长期的过程。因此，本项目还将继续3–5年或更长时间的跟踪研究，从群落乃至生态系统水平上揭示尾矿生态恢复中地上–地下生态过程的相互作用及其机制。