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植被-土壤系统的协同恢复是煤矸石山生态恢复的核心,也是决定矸石山生态恢复成功与否的关键。本研究在对山西潞安矿区两座不同复垦年限(分别为2009a和2014a)的煤矸石山人工植被进行调查的基础上,采用数量生态、土壤生化分析等方法,研究了人工植物群落与环境因子的关系、优势种种间联结性;分析了不同人工植物群落土壤养分、土壤酶活性;采用主成分分析法,评价了其生态效应,并提出了其生态恢复策略,旨在为该区快速建立自我维持的煤矸石山人工植被-土壤生态系统提供科学依据和技术指导。主要研究结果如下: (1)潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落分别处于生态恢复的初期阶段 TWINSPAN植被分类将煤矸石山人工植被60个样方划分为6个群丛,分类结果很好的反映了植物群落与环境因子之间的关系,并在DCA二维排序图上得到了较好的验证;DCA排序轴反映了矸石山复垦时间、土壤含水量、土壤有机质的梯度变化,表明矸石山复垦时间、土壤含水量是影响人工植物群落组成和群落结构的主导因子;随矸石山植被恢复时间的增长,矸石山人工植物群落土壤水分条件和土壤有机质逐渐改善。 (2)潞安矿区煤矸石山人工植物群落优势种种间关联程度低 煤矸石山人工植物群落优势种种间联结性研究表明,13个优势种间大部分种对的种间关联不显著,种间联结较为松散,说明矸石山人工植物群落整体关联性较弱,群落的成熟程度较低,群落结构不完善、稳定性较差,仍处于演替的初期阶段。根据Spearman秩相关系数,将13个优势种划分为2个生态组,导致其生态组群分化的主导因子是土壤水分条件。 (3)随复垦年限的增长,潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落土壤质量改善 煤矸石山不同人工植物群落土壤理化性质的分析表明,与未复垦地(对照)相比,土壤水分受坡向和植被配置模式的影响显著,表现为由阴坡向阳坡方向逐渐降低,混交林比纯林更有利于水分的保持;土壤养分随恢复时间的增加呈上升趋势,豆科植物在土壤肥力改善上作用更为显著,火炬树对土壤养分的维持效果不如侧柏明显。随复垦年限的增长,人工植被恢复能有效改善土壤质量。 (4)随复垦年限的增长,潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落土壤酶活性提高 与对照相比,不同人工植物群落类型均能提高土壤酶活性(土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶),且随恢复时间的增加土壤酶活性呈上升趋势,混交林土壤酶活性高于纯林,配置有紫穗槐的林型土壤酶整体水平较其他林型高。 (5)潞安矿区煤矸石山6个人工植物群落生态效应差异明显,豆科植物在其生态恢复过程中的作用突出 生态效应评价结果表明,与对照相比,不同人工植物群落类型对矸石山生态环境的改善效果差异显著,混交林恢复效果优于纯林,且豆科植物种类多的人工植物群落类型生态恢复效果更好;随恢复时间增长,人工植物群落的生态效应越显著。 综上,本研究提出潞安矿区煤矸石山生态恢复策略:在土壤基质的改良上,要采用合理措施调节土壤理化性质的均衡;在植物种类的选择上,要综合考虑植物的生态特性及矸石山的特殊立地条件,植物种的配置要依据植物种间联结性,采取乔灌草多层次结合的立体配置模式,并结合矿区环境条件合理设计矸石山绿化景观。