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课题设置情况

课题六:大型煤电基地植被恢复关键技术

来源:      发布时间: 2016-09-29      作者:

本项目针对东部草原煤炭基地春季风沙大,夏季降雨量少,秋季生长期短,冬季酷寒的气候特点,其生态环境与西部有较大的区别。该地区土壤类型主要是风沙土,土层薄且肥力低,植被生长速度慢,抗逆性差。煤炭开发利用扰动了土壤自然层次结构,土壤沙化严重,肥力低下,植被生长难,草原草场的退化严重,如何重建土壤肥力及植被生态环境是本课题重要的研究内容。东部草原区煤电基地的植被恢复其实是一个土壤生态系统恢复的问题,实质是土壤生产力的恢复和生态群落的重建。植物、动物和微生物是生态群落的主体,动物的生存依赖于植物和微生物,而根系微生物又是活跃在植物根系与土壤间的活性生物。本研究从植物生长基础-土壤改良入手,系统考虑复垦土壤物理、化学及微生物变化特点与微生态系统的演替规律,以有机生物技术为突破口,通过优势物种的筛选与保育,提高植被的成活率与生态适应性。资源化综合利用生土层,提质增容改良土壤,为植物生长提供较好的生长基质。从修复土地功能的角度来综合考虑土壤生态系统的稳定性和可持续性,构建一个良好的土壤生态环境,主要包括土壤层次结构(土壤物理)、土壤肥力(土壤化学)以及有序的微生物种群(土壤微生物),提高优势植被的生态适应性,可促进碳循环的正常运转,有利于生物质的积累,使生态功能与结构更加优化,体现生态环境的良性循环,实现人与自然和谐发展。

6.1 研究目标

针对东部草原区煤炭基地的气候生态特点,从微生态的角度揭示出酷寒草原生态功能影响的各因子植物-土壤-微生物等微生态系统的联动变化特征及其演替规律;筛选出优势的生物种群,并进行生态适应性驯化与组合,获得东部草原植被恢复的生物修复综合关键技术;将本地生土资源化利用,集成草原沙地退化土壤的提质增容有机生物技术,改良沙化土壤,保水保肥;生物有机修复技术促进了生态功能优化、生物多样性持续稳定,增加草原植被的恢复,有利于有机质的积累,生态结构更加稳定持续。

6.2 主要研究内容

(1)草原煤炭基地的微生态系统功能结构的变化特征及演替规律

针对东部草原矿区植被生长难、土壤瘠薄、生态退化严重等特点,定点定位监测草原矿区植被的多样性、生物种群数量组成、优势植被的生长、根系的动态发育、土壤理化特性、根际微生物种群的数量组成、共生微生物的存活状态等,与非矿区进行对比,揭示出矿区生物种群及其微生态系统功能结构的变化特征、影响因子、相互联动响应机理,剖析现有生态演替的规律,并综合评价生态自修复的能力与程度。

(2)极端环境受损区域生物种群的筛选保育技术

东部草原气候环境及植被的分布具有较强区域性,生物多样性的变化也较大,迫切需要筛选出能够适应极端环境(耐酷寒、贫瘠、干旱等)的生物种群(优势植被及共生微生物)。借助分子生物学的测试方法,获取优势生物种群,通过耐受性驯化与促进植被生长等指标要求,探索出优势生物保育的方法与关键技术。通过物种筛选与共生培养,建立东部草原区优势生物资源库,为后期的生物菌剂开发与规模化生产奠定材料基础。

(3)极端受损迹地生物联合修复技术

草原生态系统有着丰富的植被类型与微生物资源,通过不同物种间的组合,进行生态效应的比较,获得生物种互相促进的最佳组合比例与方法,揭示在不同的逆境条件下(干旱、酷寒、贫瘠),东部草原典型植被与微生物最佳组合的生态效应;从植被的生长发育、成活率、抗逆性、耐受性、生物多样性、生态适应性、生态结构功能等方面进行综合比较,探索出了共生微生物与优势植被协同配比的最优组合模式、微生物原位修复促进根系生长发育的方法,微生态系统中土壤养分与水分的协调供应能力,形成适于东部草原矿区生物联合修复的技术与方法。

(4)大型煤电基地沙化土壤的提质增容有机生物技术

东部草原气候酷寒,植被生长较慢,根系生长发育及生态耐受力与土壤性状关系密切。本区域土壤瘠薄,易于沙化,煤炭开发进一步导致了土壤退化。针对矿区土壤的结构差、有机质低、有效养分少的特点,研究本地生(粘)土资源化利用的快速有机生物培肥技术、沙土的快速提质增容技术。采用微生物来激活生(粘)土养分的生物有效性,进行生(粘)土的资源化利用,从其保水性、养分有效性和土壤结构合理性等方面进行沙化土壤的提质增容技术研发。研究复合生物组合对土壤结构的改良作用,如植被根系和微生物对根际分泌物种类、数量的影响;不同分泌物对土壤颗粒的胶结程度与作用;土壤显微结构的变化;土壤理化性状变化规律等,揭示出沙化土壤提质增容关键的有机生物技术与方法。

(5)东部草场生物修复的生态结构优化技术

微生物及有机生物质联合修复后对生态功能与结构产生较大的效应,改变了碳的循环周期与速度,影响了区域的生态结构功能。以生态承载力及功能结构优化为目标,形成优化生态结构的有机生物修复技术与方法。为了加速矿区生态自我修复速度,在不扰动基质的条件下连续种植当地先锋豆科作物,利用优势生物组合模式与方法,研究土壤理化性状的变化、植物的生长发育规律、微生物群落的演替,土壤碳循环、生态结构功能变异等,揭示出复合生物对退化生态自修复的功能,优化其生态结构。

6.3 拟解决的重大科学问题或关键技术问题

(1)东部草原矿区生物种群演替规律

(2)沙化土壤的提质增容有机培肥与改良技术;

(3)生态功能与结构优化的综合生物修复技术。

6.4 考核指标及评测手段/方法

(1)揭示出酷寒草原生态功能退化的微生态系统各相关生态环境因子动态变化规律;

(2)通过本地优势植物与微生物的筛选与培育,获得生物联合促进植被恢复技术、土壤提质增容生物有机技术、生态功能优化的综合生物修复技术3 项关键技术;

(3)提高植被成活率,使植被覆盖率较本底值提高30-40%;

(4)发表高水平论文20 篇,其中SCI/EI 收录10 篇;申报发明专利5 项;

(5)培养博士后2~3 名,研究生10~15 名;

(6)建立生物联合促进植被恢复和土壤提质增容的生态示范试验区二个。

评测手段/方法:考核指标(1)~(2)采用专家论证会的方式进行评测;考核指标

(3)、(6)以现场验收的方式进行评测;考核指标(4)、(5)以专利证书、学术论文、专著、研究生学位论文数量进行评测。

6.5 参加单位任务分工

课题牵头单位:中国矿业大学(北京)

课题参与单位:内蒙古大学、内蒙古农业大学

课题负责人:毕银丽,中国矿业大学(北京)

任务分工:

子课题1:草原煤炭基地的微生态系统功能结构的变化特征及演替规律,由内蒙古农业大学承担;

子课题2:极端环境受损区域生物种群的筛选保育技术,由内蒙古大学承担;

子课题3:极端受损迹地生物联合修复技术,由中国矿业大学(北京)承担;

子课题4:大型煤电基地沙化土壤的提质增容有机生物技术,由中国矿业大学(北京)承担;

子课题5:东部草场生物修复的生态结构优化技术,由中国矿业大学(北京)承担。