植被盖度反映植被质量,是评价矿区复垦土地植被重建效果的重要指标.该文选择安太堡矿区为案例区,基于高空间分辨率WorldView 2(WV 2)影像新波段,使用混合像元模型和实地数据验证相结合的方法计算得到研究区的植被盖度,并对植被重建效果进行了评估,主要得到以下结论:(1)基于WV2影像的近红外2波段和红波段,采用混合像元法得到的植被盖度反演值Fc2与实测值最为接近,相关性最强(R2=0.934),均方根误差最小(RMSE=0.048);(2)研究区植被重建效果整体较好,中等、较高和高植被盖度区域占研究区的60％以上,低植被盖度仅占22.09％.受植被重建年限和管理措施的影响,不同复垦区域植被重建状况之间存在着差异,内排土场、西排土场、南排土场的植被重建效果较好,而西排土场扩大区植被状况相对较差,其中等及以上植被盖度所占比例依次为75.24％、68.35％、68.20％、22.29％.(3)就植被组合模式看,乔灌草模式重建效果(按冠层盖度)最好,其次是乔草模式,其他模式如灌草、草地、自然恢复地依次降低.土壤表层水分含量随着复垦地植被盖度的增大而增大,说明植被重建状况对土壤表层的水分保持具有重要作用.

为探明煤矿复垦地不同植被类型下草本植物群落优势种种间关系和生态位特征,采用x2检验、Pearson相关系数、Spearman秩相关系数、生态位宽度与重叠指数,研究安太堡露天煤矿复垦地不同植被类型下草本植物群落13个优势种的种间关系和生态位.结果显示,13个优势种的78个种对中,3种检验方法的正负关联比分别为37.2％、28.2％和32.1％;优势种冰草/披碱草/紫花苜蓿与西北针茅、披碱革与白榆幼苗/紫花苜蓿呈正相关;13个优势种划分为3个生态种组,导致其生态种组分化的主导因子是土壤水分;13个优势种的生态位宽度与重要值呈显著正相关,而其生态位宽度与重叠之间不存在直接的线性关系.综上表明,安太堡露天煤矿复垦地不同植被类型下草本植物群落种间联结较为松散,优势种冰草/披碱草/紫花苜蓿与西北针茅、披碱草与白榆幼苗/紫花苜蓿可用于该矿区植被恢复的优选先锋草本植物种进行混合种植.

植被恢复是矿区进行生态修复的有效途径,但对于人工恢复植被生态过程的理解却非常有限.本研究基于2010和2015年对安太堡露天煤矿复垦土地1 hm2刺槐(Robinia pseudoacacia)+榆树(Ulmus pumila)+臭椿(Ailanthus altissima)混交林动态监测样地的两次调查数据,从物种组成、数量特征、径级结构等方面分析了人工植被5年间群落的动态特征.结果表明:群落的物种组成变化不大,1个树种因死亡而消失,新增1个树种;刺槐的重要值大幅下降,而榆树的重要值增长较快,群落优势种由刺槐变为榆树;样地中树木胸径(DBH)≥1 cm的独立个体数由2125株增至3531株,其中死亡768株,新增2174株;每年死亡率和增补率分别为8.97％和19.13％;死亡量最大的树种是刺槐,增补量最大的是榆树;群落总的胸高断面积由6.92 m2·hm-2增至8.63 m2·hm-2,其中刺槐的损失量和新增量均最大;树木的胸径年平均生长速率随着径级的增加呈增加的趋势;群落整体的径级结构没有发生较大变化,小径级个体死亡量较大,大径级个体死亡量较小;不同树种死亡个体的径级分布基本类似于2010年该树种的径级分布;3个主要树种的种群大小变化率都超过5％,均属于快速变动的种群,其中以刺槐的降幅最大(-10.36％),榆树的增幅最大(39.39％).

本研究利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析安太堡露天煤矿生态复垦区4种植被恢复模式(刺槐 Robinia pseudoacacia、油松 Pinus tabulaeformis、沙棘 Hippophae rhamnoides 和柠条锦鸡儿Caragana korshinskii)土壤真菌群落组成及多样性,并探究其与土壤环境因子的相关性.高通量测序结果共获得821 508条有效序列和1 841个OTUs,子囊菌门Ascomycota和担子菌门Basidiomycota为优势菌门,序列数占真菌总数的88.43％,此外还含有3.72％未被分类学鉴定的真菌.真菌a多样性分析结果表明:刺槐模式、沙棘模式和柠条锦鸡儿模式的Sobs指数、Chaol指数、Ace指数和Shannon指数均显著高于油松模式(P＜0.01),而油松模式的Simpson指数显著高于其余3种植被恢复模式(P＜0.05).真菌p多样性分析结果显示:OTU水平下4种植被恢复模式土壤真菌群落组成差异显著(R=0.709 9,P=0.005),其中,油松模式的土壤真菌群落与其他3种模式距离较远,差异显著(P＜0.01),而其余3种植被恢复模式之间两两组成相近,差异不显著(P＞0.05).通过土壤理化性质的测定、典范对应分析、冗余分析以及Spearman相关性分析,结果发现土壤有机质、全氮和有效磷是显著影响4种植被恢复模式土壤真菌群落组成的环境因子.综上所述,在矿区生态复垦过程中刺槐模式是物种相对多度最高的植被恢复模式,油松模式是优势菌群含量最高的植被恢复模式.研究结果可为植被修复煤矿复垦区土壤及真菌资源的开发利用提供理论依据.