矿区生态稳定性植被的筛选方法及其应用与流程

本发明涉及一种矿区生态稳定性植被的筛选方法及其应用。

背景技术：

1、生态系统具有保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力，主要包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性，抵抗力稳定性与恢复力稳定性一般呈相反的关系。一般情况下，环境条件好，生态系统的恢复力稳定性较高。而矿区生态系统较为脆弱，恢复力稳定性较低，应采用适当的人工干预，进行植被筛选、种植增强矿区生态系统的恢复力稳定性，从而达到矿区生态系统的良性可持续发展。

2、矿区生态辐射面积较大，会形成土质、植被、土壤微生物差异显著的不同区域，现有技术主要对某种植被筛选后进行人工种植。专利《一种露天矿排土场压实土壤的改良方法》中，利用筛选出的牧草组合对露天矿排土场的生态环境进行修复，增加区域内物种数量，改善了排土场的生态环境。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种矿区生态稳定性植被的筛选方法，不仅对区域内植被种类、数量进行调查，还将室内试验与野外调查相结合，将植物根系发育和植物根系微生物种类及数量纳入生态稳定性植被筛选的方法。

2、本发明的第一方面提供了一种矿区生态稳定性植被的筛选方法，包括以下步骤：

3、s1：确定调查范围，在确定的调查范围内布设样方；

4、s2：对步骤s1中布设的样方进行植被调查，获得调查范围的植被特征；

5、s3：采集步骤s1中布设的样方的植被根系和样方土；

6、s4：对步骤s3中采集的植物根系进行描根，确定植被根系形态；

7、s5：对步骤s3中采集的样方土进行测序，确定样方土的土壤微生物特征；并对步骤s3中采集的样方土进行实验室培养，确定土壤种子库；

8、s6：根据步骤s2获得的植被特征、步骤s4获得的植被根系形态以及步骤s5获得的土壤微生物特征和土壤种子库进行植被筛选。

9、根据本发明的一些实施方式，步骤s1中，通过遥感卫星图与实地调查相结合确定调查范围。

10、根据本发明的优选实施方式，步骤s1中，通过利用遥感卫星图绘制植被ndvi的区域分布图与实地调查相结合确定调查范围。其中，获得ndvi区域分布图的目的是为了确定辐射样线的起点位置，并做进一步向外辐射的样线。

11、根据本发明的一些实施方式，步骤s1中，所述布设样方的步骤包括：在所述调查范围的区域中心设置辐射样线，在垂直于所述辐射样线的方向设置样方布置基准线，在所述辐射样线和所述样方布置基准线交叉处和在沿样方布置基准线方向的交叉处两侧设置大样方。

12、根据本发明的一些实施方式，所述辐射样线以所述调查范围的区域中心为中心向四周呈辐射状排列，相邻两条辐射样线之间的夹角为30°-90°。

13、根据本发明的一些实施方式，所述辐射样线的条数为4-12条。

14、根据本发明的一些具体的实施方式，所述辐射样线的条数为8条，相邻两条辐射样线之间的夹角为45°。

15、根据本发明的一些实施方式，每个大样方采用阶梯式采样设计小样方。

16、根据本发明的一些实施方式，所述辐射样线的长度为2km-5km。根据本发明的一些具体实施方式，所述辐射样线的长度为2km、2.5km、3km、3.5km、4km、4.5km、5km或它们之间的任意值。

17、根据本发明的一些实施方式，辐射样线的长度或辐射距离通过遥感影像确定，确定原则为ndvi指数与达到矿区所在城市尺度下ndvi指数的平均值即为起点，并向外延伸2km-5km。

18、根据本发明的一些实施方式，所述大样方的相邻间隔为200-1000m。根据本发明的一些具体的实施方式，所述大样方的相邻间隔可以是200m、400m、500m、600m、800m、1000m或它们之间的任意值。

19、根据本发明的一些实施方式，所述大样方的面积为(40-50)m×(40-50)m。根据本发明的一些具体的实施方式，所述大样方的面积可以是40m×40m、40m×45m、45m×40m、45m×45m、50m×50m等。

20、根据本发明的一些实施方式，所述小样方的面积为(1-5)m×(1-5)m。根据本发明的一些具体的实施方式，所述小样方的面积可以是1m×1m、2m×2m、3m×3m、4m×4m、5m×5m等。

21、根据本发明的具体一些具体实施方式，步骤s1中，所述布设样方的步骤包括：在调查区域中心向东、东南、南、西南、西、西北、北、东北8个方向辐射样线，沿辐射样方起点设置大样方，大样方面积为40-50m见方，大样方的相邻间隔为500m，每个大样方位置设置垂直于辐射样线的样方布置基准线，以辐射线为中心两侧200-500m再布设大样方；每个大样方采用阶梯式采样设计小样方，小样方的面积为1-5m见方。

22、根据本发明的一些实施方式，步骤s2中，所述植被特征包括植被的株高、多样性、多度、盖度、叶色值(spad)值和叶片光合速率中的至少一种。

23、根据本发明的一些实施方式，步骤s3中，所述样方土的面积为(25-50)cm×(25-50)cm，厚度30-40cm。

24、根据本发明的一些实施方式，步骤s3中，采集植物根系和样方土后立即使用牧草、矿区采矿伴生土壤和牲畜粪便混合基质进行填埋其目的是为了填补和修复取土后造成的原草地上土壤空缺。根据本发明的优选实施方式，所述混合基质的混合量为牧草占25-40wt％，矿区采矿伴生土壤占35-40wt％，牲畜粪便占20-40wt％。

25、根据本发明的一些实施方式，步骤s4中，所述植被根系形态通过所筛选植物生长成熟后利用根系监测系统或者采用收获的方式获得。

26、根据本发明的一些实施方式，步骤s5中，所述测序为高通量测序。

27、根据本发明的一些实施方式，步骤s5中，所述土壤微生物特征包括细菌和/或真菌的种类和数量。

28、根据本发明的一些实施方式，步骤s5中，所述实验室培养的方法包括：将收集的样方土采用蒸馏水浇水，湿度保持在最大持水量的50-60％，培养1-3个月观察样方土中的种子发芽状态，确定土壤种子库。本发明中，“土壤种子库”主要指包括的植物种子的种类，其目的是为了筛选出可以人工培育的当地原生物种并进行培育，后用于排土场的复垦，保证排土场复垦使用的是原生物种。

29、根据本发明的一些实施方式，步骤s6中，根据步骤s2获得的植被特征从地上的角度选择不同条件下利于生态稳定性的植被；根据步骤s4获得的植被根系形态选择串根、多须根、根系分布交广的植物；根据步骤s5获得的土壤微生物特征选择能够与植物形成共生关系的微生物；根据步骤s5获得的土壤种子库筛选调查区域的原生物种。

30、本发明的第二方面提供了一种根据第一方面所述的方法在矿区生态稳定性恢复或改良中的应用。

31、相比于现有技术，本发明的优势在于：本发明首先利用遥感测量确定调查范围，通过实地植被、土壤、微生物调查结合遥感图形成不同的植被、土壤、微生物分布图，并将分布图叠加可以直观看到植被、土壤、微生物之间的关系，精准筛选出不同条件下利于生态稳定性的植被。不能仅对植物的地上部分进行筛选，也通过观察植物根系的发育对植物根系进行筛选。接着在室内进行土壤种子库、土壤微生物高通量测序实验，进一步筛选功能性强的植物和植物根系微生物，形成由上到下，从茎到根的矿区生态稳定性植被筛选方法。