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.

土壤重金属污染是矿区土壤复垦的关键限制因子,而复垦地利用类型会对土壤重金属累积状况产生影响.因此,研究不同利用类型复垦煤矸山土壤重金属累积状况并进行生态风险评价,可以查明土地利用类型对复垦地重金属污染的影响,也有助于指导煤矸山“因地制宜”的进行植被复垦.以山西省霍州市曹村煤矿煤矸山复垦耕地、人工林地、草地为研究对象,分析了3种利用类型复垦煤矸山土壤中Hg、As、Pb、Cd和Ni含量和污染程度.结果表明:(1)3种利用类型复垦地土壤重金属积累程度存在差异,并且不同土层情况也不同,具体为,在0-20 cm土层,耕地中Hg和Pb含量高于人工林地和草地,但Ni含量低于人工林地和草地;在20-40 cm土层中,耕地中Pb含量低于人工林地和草地,人工林地中Ni含量高于耕地和草地;并且与普通农田相比,3种复垦地20-40 cm土层中重金属含量明显偏高.(2)单因子潜在生态危害系数Fr表明,整体来看3种复垦地中Hg和Cd的生态危害较重,其余较轻;并且不同利用类型复垦地土壤重金属污染风险存在差异,Hg、Cd和As在草地中的生态风险高于耕地和人工林地,Pb和Ni在耕地和人工林地高于草地.综合污染指数表明,3种复垦样地土壤重金属均达到了严重危害程度,且各样地危害程度存在着差异,具体表现为草地＞人工林地＞耕地.

煤矿开采导致地表塌陷,并改变原有土壤肥力性质.为了更好地开展矿区土地复垦,进行土壤重构和植被重建工作,必须要对塌陷区土壤养分状况进行分析.本研究以山西省朔州市平鲁区安家岭3号井工矿塌陷稳沉区为对象,分层采集原地貌、塌陷区1、塌陷区2和塌陷复垦区的土壤样品,测定不同区域土壤全氮和有机质含量,采用经典统计学和地统计学方法研究了土壤全氮和有机质含量的空间变异性.结果表明:垂直方向上,塌陷区表层0～ 20 cm土壤全氮和有机质含量小于原地貌,但20 cm以下土壤,塌陷区全氮含量大于原地貌,塌陷区有机质含量小于原地貌.塌陷复垦区的有机质含量大于塌陷区,但塌陷复垦区各层次土壤全氮含量与塌陷区相比,没有呈现一定规律.塌陷增加了土壤有机质和全氮含量在水平方向的分异程度,而土地复垦则降低了土壤有机质和全氮含量在水平方向的变异性.本研究可以为黄土区采煤塌陷地复垦提供一定的理论依据和技术支持.

利用1981-2010年连续30 a的GIMMS AVHRR NDVI 3g数据,应用最小二乘法线性拟合,分析了30年间呼伦贝尔市(呼盟)与锡林郭勒盟(锡盟)的地表植被覆盖绿度的变化,并在研究区内选取了24个煤矿产区,分析了矿区及其周围10、20 km和50 km的缓冲区的绿度变化趋势,通过分析矿区及对应缓冲区生长季NDVI (GNDVI)的相关性,揭示如下规律:(1)30年间,呼盟和锡盟绿度减少的区域分别为59.16％和73.13％;(2)呼盟植被绿度减少的像元散落在呼盟各个方位,增加的像元主要分布在东北部;锡盟植被绿度减少的像元分布在锡盟东部和西南部,植被绿度增加的像元分布在锡盟西北部;(3)矿区及缓冲区的GNDVI整体呈下降趋势,且锡盟的下降速度更快;(4)不管煤矿露天还是井工开采,对矿区及周边植被绿度都有影响,矿区及缓冲区GNDVI两组变量在0.05水平上显著相关;(5) GNDVI能反映植被复垦状况.

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％).

以山西介休金山坡煤矿采煤塌陷土壤为对象, 通过接种幼套球囊霉 (Glomus etunicatum, G.e) 、根内球囊霉 (G.intraradice, G.i) 和摩西球囊霉 (G.mosseae, G.m) 3种丛枝菌根 (Arbuscular mycorrhiza, AM) 真菌, 研究不同菌种对采煤塌陷区土壤生物学特性及玉米生产性能的影响.利用主成分-数值聚类方法对土壤和玉米的9个指标 (脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、AM真菌丛枝丰度、总球囊霉素和易提取球囊霉素相关土壤蛋白以及玉米株高、茎粗和地上部干重) 进行综合评价, 筛选适合该矿区土壤复垦的最优菌种.结果表明, 通过主成分分析方法对9个指标进行降维, 共提取2个主成分, 累计贡献率达81.04％.其中第1主成分以AM真菌丛枝丰度、球囊霉素相关土壤蛋白、脲酶、蔗糖酶及玉米株高、茎粗、地上部干重贡献最大, 达到66.68％.第2主成分以磷酸酶活性贡献最大, 达到14.36％.以两个主成分得分为新指标进行聚类得到接种不同AM真菌对塌陷矿区土壤培肥效果次序为G.e＞G.i、G.m＞CK.因此接种G.e是改善该采煤塌陷区土壤质量和提高玉米生产性能的最优菌种.

植被状况可以直接或间接地反映采煤对生态环境的影响.以长河井工煤矿、离柳井工煤矿、平朔露天煤矿3个典型矿区为研究区域.以Landsat数据为数据源,基于地形调节植被指数的像元二分模型提取植被覆盖度;采用趋势分析、线性回归斜率、稳定性分析方法,分析了3个典型矿区2001-2016年植被覆盖度的时空变化特征;运用“以时间换空间”的方法,采用相关分析方法对植被覆盖度变化的自然影响因素进行了分析.结果 表明:(1)近16年3个典型矿区植被覆盖度呈增加趋势,长河、离柳、平朔矿区的增长速率分别为0.09％/10 a、0.10％/10 a、0.08％/10 a(P＞0.05).(2)空间上,长河、离柳、平朔矿区植被覆盖度变化不明显比例分别占到66.63％,59.90％,62.25％,呈增加趋势的比例仅分别占28.14％、32.55％、27.81％,而呈减少趋势的比例分别占到5.23％、7.55％、9.94％.长河矿区明显改善的区域位于自然植被和耕作区的北部和东北部,离柳矿区明显改善的区域位于以低植被覆盖度为主的北部,平朔矿区明显改善的区域位于复垦的中西部.(3)不区分植被类型时,3个矿区的植被覆盖度变化与高程、高程与温度的交互作用表现出显著相关性(P＜0.01),与各自然因素的相关性总体表现为长河＞离柳＞平朔矿区;区分植被类型时,草地与坡度的相关性不显著(P＞0.05),与降雨量、高程存在显著正相关(P＜0.05);灌木林与温度相关性不显著,与高程和降雨量的交互作用存在显著正相关;旱地与高程、高程与温度的交互作用存在显著相关性;疏林地与坡向、降雨量与坡向坡度的交互作用均没有表现出相关性;有林地与高程降雨量的交互作用表现出显著正相关性.探讨不同植被类型对自然因素的响应,可为矿区植被结构的选择,矿区复垦提供参考依据.

以内蒙古乌海市某井工煤矿区作为研究对象,选取代表性的评价指标,利用层次分析法计算指标权重值,采用综合指数法确定评价等级,最后利用ArcGIS 10.3对研究区生态环境系统受损的程度进行分区.本研究综合考虑了针对矿山地质环境影响与土地复垦适宜性的有效评价因素,提出了更为全面的矿区生态环境系统评价体系,将研究区生态环境按受影响程度的不同分为影响严重区、影响较严重区和影响较轻区,并提出针对性防治措施.研究结果为矿山后续治理和实现矿山生态环境保护提供了科学指导.

矿区是当今世界陆地生态系统被破坏和退化最严重的区域之一,在进行露天煤矿土地复垦与生态重建时不仅要恢复地表植被和生物,还应重视地下土壤微生物生态系统的构建,而国内外相关研究多集中在植被重建及土壤理化性质监测方面,利用土壤微生物及酶活性揭示矿区重构土壤状况的研究尚不多见.通过8个样地24个土壤剖面的采样分析,采用时空替代法和单因素方差分析法对平朔矿区不同复垦年限的排土场和原地貌0-20 cm表层土壤中细菌、真菌、放线菌的数量及蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性及变化进行研究,旨在分析其特征及差异.研究结果表明:(1)从微生物数量及酶活性特征来看,无论复垦年限的时间长短,细菌数量在3类微生物中占有绝对优势,占微生物总数的99.20％以上,其次是放线菌,真菌的数量最少;脲酶活性在3种酶中活性最大,其次是蔗糖酶活性,磷酸酶活性最低.(2)从微生物数量和酶活性的变化状况来看,3类微生物数量和3种酶活性在0-20 cm 土层随复垦年限的变化趋势相一致,均随复垦年限的变化先增长后降低,而后又随着复垦年限的增长不断增加.(3)在0-20 cm 土层,复垦27年的南排土场的土壤细菌、放线菌和真菌数量在复垦后达到了189.3333× 105 cfu/g、0.1312×10s cfu/g和1.1463×105 cfu/g,复垦效果达到原地貌3类土壤微生物数量的65.88％、66.46％和67.74％;蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别达到1.9600 mg 100 g-1 h-1、6.3600 mg 100 g-1 h-1和1.4533 mg 100 g-1 h-1,复垦效果分别达到原地貌83.40％、86.30％和86.85％.因此开展矿区土地复垦后土壤微生物及酶活性的相关研究,能够在一定程度上及时反映土地复垦后的土壤质量以及生态系统的恢复状况,以便采取更加合理的复垦方法来提高矿区生态恢复的速度和效果.

我国北方草原区分布大量露天煤矿,其采损边坡土壤水蚀严重,生态修复阻力较大.为设计符合周边自然草原植被布局方式的矿山内排土场边坡,提出一种基于对象学习的植株近自然布设方法,并以内蒙古胜利矿区周边典型自然草原为例,结合CLiDE演化模型,评价不同植株布设方式下边坡样本的抗水蚀改良效果.结果 表明:1)视觉效果上,基于对象学习的植株近自然模拟结果与自然草地相似,都具有中尺度上的条带性分布特征和小尺度上的随机性分布特征;2)统计结果显示,近自然布设模拟结果与自然草地在团簇中心点数量、分布形式以及植株条带特征参数上高度吻合;3)在植株密度相同条件下,自然草原边坡的土壤抗水蚀能力最强,且近自然植株布设方法可以在边坡抗水蚀上达到与自然草原边坡极为相似的模拟结果;相较于同等条件下的传统"均匀网格"式植株布局,植株近自然布设方式能减少46.3％的边坡土壤水蚀量;4)在草原采损区边坡植被修复中,可考虑模仿周边自然草原边坡的植株分布形态来替代传统规则布局,从而有效提高边坡的抗水蚀能力.