郝　婧, 郭東罡, 上官鐵梁,,*, 劉衛(wèi)華, 張　婕, 張沛沛

1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 太原　030006 2 山西大學(xué)黃土高原研究所, 太原　030006 3 山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原　030006 4 山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司, 長(zhǎng)治　047105

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煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)

郝婧1, 郭東罡1, 上官鐵梁1,2,*, 劉衛(wèi)華2, 張婕3, 張沛沛4

1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 太原030006 2 山西大學(xué)黃土高原研究所, 太原030006 3 山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原030006 4 山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司, 長(zhǎng)治047105

摘要:以山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司煤矸石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)5年內(nèi)(2009—2013年)的植被-土壤系統(tǒng)為研究對(duì)象，在固定監(jiān)測(cè)樣地調(diào)查的基礎(chǔ)上，以空間變化代替時(shí)間變化，對(duì)煤矸石場(chǎng)人工種植喬木層條件下，草本植物自然恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：1)相較于1a恢復(fù)期，煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期植物群落基本特征、土壤物理性質(zhì)、土壤化學(xué)性質(zhì)及其綜合生態(tài)績(jī)效在5a恢復(fù)期時(shí)均達(dá)到了“優(yōu)”級(jí)水平；2)在足夠長(zhǎng)的恢復(fù)期內(nèi)，人工種植喬木層條件下，草本植物的自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的植被重建；3)基于AHP-FCE評(píng)價(jià)模型，以1a恢復(fù)期為基準(zhǔn)，通過各恢復(fù)期生態(tài)指標(biāo)與1a恢復(fù)期相比的恢復(fù)程度設(shè)定績(jī)效等級(jí)，對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免了以往選取天然次生群落為恢復(fù)目標(biāo)，但又不確定其是否為最佳恢復(fù)效果的盲目性，為生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)提供了新思路。

關(guān)鍵詞：煤矸石場(chǎng)；恢復(fù)初期；生態(tài)績(jī)效；評(píng)價(jià)

煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中居首要地位，今后仍將是能源供給的主要來源，煤礦開采產(chǎn)生的生態(tài)影響，如煤矸石占?jí)和恋夭⑽廴经h(huán)境、植被景觀被破壞、地表塌陷等，已成為制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題，再加上生態(tài)恢復(fù)所需時(shí)間較長(zhǎng)、涉及面較廣，故其重要性和緊迫性已受到社會(huì)的廣泛關(guān)注[1- 2]。

當(dāng)前，在煤礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的研究上，國(guó)外尚未提出通用于礦區(qū)損毀土地生態(tài)恢復(fù)績(jī)效的評(píng)價(jià)體系[3]，但存在某些公認(rèn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]，如生物物種數(shù)以及生物量的增加速度、土壤理化性質(zhì)、小氣候以及地下水位變化等[5- 10]。而我國(guó)在生態(tài)恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)方面的研究特點(diǎn)為：1)恢復(fù)績(jī)效的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)較多，即主要集中于植物群落、土壤理化性質(zhì)等某類生態(tài)因子恢復(fù)績(jī)效的單一現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[11- 14]，集中于定性指標(biāo)(如生境復(fù)雜性、土地資源節(jié)約利用狀況等)與少量定量指標(biāo)(如土地復(fù)墾率、植被覆蓋率等)相結(jié)合的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[4,15- 17]，注重于生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等綜合績(jī)效，卻簡(jiǎn)化了生態(tài)績(jī)效的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[18- 19]；2)恢復(fù)績(jī)效的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)不足，即雖建立了動(dòng)態(tài)綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但群落特征指標(biāo)中均缺乏，如群落物種相似性、群落物種消長(zhǎng)、群落穩(wěn)定性等能詳細(xì)描述群落整體特征的指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尚不系統(tǒng)[20- 21]。

對(duì)于評(píng)價(jià)方法，國(guó)內(nèi)外通常采用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、主成分分析法、聚類分析法、灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)等方法[22- 24]，且往往選取天然次生群落或人為干擾較小的群落作為恢復(fù)目標(biāo)，但由于缺乏對(duì)生態(tài)績(jī)效進(jìn)行長(zhǎng)期、系統(tǒng)的定位觀測(cè)和研究[12]，導(dǎo)致無法確定該恢復(fù)目標(biāo)是否就是最優(yōu)生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)果造成了評(píng)價(jià)目標(biāo)選取的盲目性，尚未形成科學(xué)、系統(tǒng)、實(shí)用的礦山生態(tài)恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4,12,18,25]，對(duì)廢棄地復(fù)墾中的新方法、新技術(shù)和方案的應(yīng)用缺乏理論上的總結(jié)和提高，致使礦山生態(tài)恢復(fù)往往流于形式[15]。

司馬煤業(yè)有限公司是山西潞安礦業(yè)集團(tuán)“十五”期間新建的一座現(xiàn)代化礦井，自2006年投產(chǎn)以來，嚴(yán)格遵循“綠色開采、生態(tài)和諧”的發(fā)展理念，采取邊開采邊重建的模式，為建設(shè)國(guó)家級(jí)生態(tài)示范礦井奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，研究該礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)績(jī)效在長(zhǎng)治、山西乃至整個(gè)華北地區(qū)具有重要的典型性和代表性。

本研究基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的主要理論，以山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)5a內(nèi)(2009—2013年)的植被-環(huán)境系統(tǒng)為研究對(duì)象，在固定監(jiān)測(cè)樣地調(diào)查的基礎(chǔ)上，以空間變化代替時(shí)間變化[26- 32]，對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行時(shí)空尺度監(jiān)測(cè)、對(duì)比和判識(shí)，建立植被恢復(fù)初期生態(tài)績(jī)效分析方法，并對(duì)恢復(fù)績(jī)效進(jìn)行合理有效的評(píng)價(jià)，旨在總結(jié)適合司馬礦乃至長(zhǎng)治市煤礦廢棄地生態(tài)修復(fù)的植被構(gòu)建，提出煤礦廢棄地生態(tài)績(jī)效評(píng)估的可操作性監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，開發(fā)系統(tǒng)的煤礦廢棄地植被恢復(fù)初期生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)，對(duì)持續(xù)推進(jìn)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的科學(xué)實(shí)施、管理和評(píng)估具有積極的示范和輻射帶動(dòng)作用。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省長(zhǎng)治市西南部山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司井田東北約6 km的蘇店鎮(zhèn)南天河村東溝，該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，夏季午間較熱，早晚涼爽，晝夜溫差較大，春季多風(fēng)少雨，氣候干燥，年平均氣溫9.1℃，日最高氣溫37℃，最低氣溫-29℃，無霜期160 d，凍土深度為50—75 cm，年降水量340.3—832.9 mm，年平均蒸發(fā)量1 558 mm，雨季多集中在7、8、9三個(gè)月。該區(qū)原土壤類型屬黃土狀石灰性褐土和黃土質(zhì)石灰性褐土，植被覆蓋度低，并且處在丘陵區(qū)，水土流失較其他區(qū)嚴(yán)重，屬中度侵蝕，侵蝕模數(shù)為500—1000 t km-2a-1。原地貌主要為溝壑，天然次生植被主要為杠柳(Periplocasepium)、荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)、白刺花(Sophoradavidii)、白羊草(Bothriochloaischaemum)、野艾蒿(Artemisialavandulaefolia)、羊草(Leymuschinensis)和草木犀(Melilotuofficinalis)等。

該區(qū)煤矸石場(chǎng)的排矸工程于2009、2010、2011年分3期相繼完成。排矸場(chǎng)呈3個(gè)臺(tái)階平地，臺(tái)階高差10 m，平臺(tái)長(zhǎng)50 m，寬30 m，面積為1 500 m2，各平臺(tái)均采取排3 m厚煤矸石，壓實(shí)后覆土50 cm，最終平臺(tái)頂覆土80 cm。覆土取自周邊0—5 m深的黃土狀石灰性褐土和黃土質(zhì)石灰性褐土。各期均人工栽植規(guī)格為無冠幅、株高3.5 m的毛白楊(Populustomentosa)，并采用株距1.5 m，行距2 m的均勻模式，不采取人工施肥、澆水等管理措施，草本植物群落采取自然恢復(fù)。

1.2樣地設(shè)置

于2011年8月在各恢復(fù)期平臺(tái)上，用全站儀建立固定監(jiān)測(cè)樣地，樣地設(shè)在各平臺(tái)中央劃分面積為20 m×20 m的區(qū)域，并在各區(qū)域中設(shè)16個(gè)5 m×5 m的樣區(qū)，3個(gè)平臺(tái)共設(shè)48個(gè)樣區(qū)。再在每個(gè)樣區(qū)的左下角與右上角分別設(shè)一個(gè)1 m×1 m的草本樣方，總共設(shè)96個(gè)。采用GPS定位，在矸石場(chǎng)北側(cè)約1 000 m處的天然次生群落設(shè)置6個(gè)面積為1 m×1 m樣方，作為對(duì)照樣方。

1.3群落基本特征調(diào)查

(1)從2011年8月至2013年9月，對(duì)各樣地進(jìn)行3期調(diào)查，記錄各樣方中草本植物物種組成、平均高度、多度、蓋度，以及毛白楊的高度、胸徑、蓋度、冠幅。

(2)群落物種消長(zhǎng)指數(shù)

群落物種消長(zhǎng)指數(shù)反映的是群落中物種遷入與遷出的動(dòng)態(tài)變化狀況，群落物種消長(zhǎng)指數(shù)越接近于1.0，說明群落物種消長(zhǎng)越呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，群落物種多樣性越趨于穩(wěn)定。本研究以1a恢復(fù)期為基準(zhǔn)群落，1a恢復(fù)期的物種消長(zhǎng)指數(shù)按凈遷入率計(jì)算，并記為100。

Ci=Ii/Ei(i=2,3,4,5；當(dāng)i=1時(shí)，C1=100)

Ii=NIi/N1×100%(i=2,3,4,5)

Ei=NEi/N1×100%(i=2,3,4,5)

式中，Ci為i群落物種消長(zhǎng)指數(shù)；Ii為i群落相對(duì)于1a恢復(fù)期的凈遷入率；Ei為i群落相對(duì)1a恢復(fù)期的凈遷出率；NIi為i群落相對(duì)于1a恢復(fù)期遷入的物種數(shù)；NEi為i群落相對(duì)于1a恢復(fù)期遷出的物種數(shù)；N1為1a恢復(fù)期的物種數(shù)。

(3)群落相似性指數(shù)

相似性指數(shù)可以用來比較各恢復(fù)期群落之間及其與天然次生群落間的物種相似性[2]，本研究采用Jaccard相似性指數(shù)[33]，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算公式如下：

SC=C/(A+B-C)×100%

式中，SC 表示兩植物群落的相似性指數(shù)，A和B分別表示2個(gè)不同植物群落中的物種總數(shù)，C表示2個(gè)植物群落中共有的物種數(shù)[2]。

(4)草本植物的重要值

草本植物的重要值[34- 35]=(相對(duì)多度+相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度)/4

(5)物種多樣性指標(biāo)

群落物種多樣性指數(shù)選取Shannon- Wiener指數(shù)[34- 36]，物種均勻度指數(shù)選取Pielou指數(shù)[34,36]，物種豐富度指數(shù)依據(jù)群落物種均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)物種的明顯程度(通過物種重要值及實(shí)際調(diào)查情況確定)，對(duì)群落物種豐富度進(jìn)行賦值(表1)。

(6)群落穩(wěn)定性指數(shù)

群落穩(wěn)定性指數(shù)采用M.Godron穩(wěn)定性測(cè)定方法[37- 38]，將各恢復(fù)期及天然次生群落物種相對(duì)頻度按由大到小的順序進(jìn)行積累排列，并將各群落物種總數(shù)取倒數(shù)，照此順序也進(jìn)行累計(jì)排列，使兩者一一對(duì)應(yīng)，做出散點(diǎn)圖及趨勢(shì)線，直線y=100-x與該趨勢(shì)線的交點(diǎn)即為所求點(diǎn)[37- 38]。Godron認(rèn)為(20,80)這一點(diǎn)為群落的穩(wěn)定點(diǎn)，故交點(diǎn)越接近點(diǎn)(20,80)，群落越穩(wěn)定[37]。

群落物種均勻度指數(shù)小于0.95，則認(rèn)為物種均勻度較差，反之，物種均勻度較好

(7)草本植物生物量測(cè)定

在各恢復(fù)期樣地及天然次生群落中均選取3個(gè)1 m×1 m的典型小樣方，采用完全收獲法，將樣品裝入袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行洗沙，清水沖洗干凈后，將根系樣品與地上樣品分別在80℃恒溫箱內(nèi)烘至恒重，然后在電子天平(精度達(dá)0.01)上稱其干重，測(cè)定地下和地上生物量[2]。

作者簡(jiǎn)介：張喜玲，女，黑龍江密山人，蘇州國(guó)際外國(guó)語學(xué)校，初中英語教師，二級(jí)教師，碩士研究生，研究方向：英語教育。

1.4土壤取樣與測(cè)定

從2011年8月至2013年9月，用GPS定位，在各平臺(tái)分別設(shè)置3個(gè)典型取樣點(diǎn)，先清除表層植被枯落物，在采樣點(diǎn)周圍20cm處使用直徑為5cm的土鉆取3個(gè)土樣，取樣深度為20cm，最終以3個(gè)土樣的混合土樣作為該典型取樣點(diǎn)的土樣，并將樣品裝入自封袋中，3個(gè)平臺(tái)共設(shè)置9個(gè)典型樣點(diǎn)，每年進(jìn)行一次重復(fù)取樣。并在矸石場(chǎng)北側(cè)約1 000 m處的天然次生群落設(shè)置3個(gè)典型樣點(diǎn)，作為對(duì)照樣點(diǎn)。

1.4.1土壤物理性質(zhì)的測(cè)定

土壤含水量采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7172-87進(jìn)行測(cè)定[39- 40]；土壤田間持水量采用農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NYT 1121.1-2006進(jìn)行測(cè)定[39- 40]；土壤密度采用農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)注NYT 1121.4-2006進(jìn)行測(cè)定[39- 40]；土壤總孔隙度通過土壤容重和土壤比重計(jì)算獲得[41]。

1.4.2土壤化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定

土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》(魯如坤(1999)主編)和《土壤農(nóng)化分析》(鮑士旦(2001)主編)[42]，具體如下：有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法[43- 44]，pH值的測(cè)定采用電位法[45]，全氮的測(cè)定采用半微量開氏法[45]，速效磷的測(cè)定采用0.5mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法[45]，速效鉀的測(cè)定采用1mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法[42]。

1.5評(píng)價(jià)方法

依據(jù)司馬礦煤矸石場(chǎng)各恢復(fù)期所形成的群落基本特征、土壤理化性質(zhì)，建立層次分析法-模糊綜合評(píng)價(jià)(AHP-FCE)模型[11,18,46- 47]。

(1) 構(gòu)建指標(biāo)體系

將績(jī)效評(píng)價(jià)問題分為3個(gè)層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層[46- 47]。

目標(biāo)層本研究的目標(biāo)層為對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行評(píng)價(jià)。

準(zhǔn)則層本研究以煤矸石場(chǎng)各生態(tài)恢復(fù)期的群落基本特征、土壤物理性質(zhì)、土壤化學(xué)性質(zhì)為準(zhǔn)則層。

指標(biāo)層經(jīng)過文獻(xiàn)查閱和專家咨詢，按照科學(xué)性、目標(biāo)性、獨(dú)立性、全面性和可操作性的原則，本研究選取了群落基本特征、土壤理化性質(zhì)兩大方面共26個(gè)指標(biāo)。但由于煤矸石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)初期各群落垂直結(jié)構(gòu)僅含喬木層和草本層，故在研究中群落基本特征準(zhǔn)則層下所含的灌木平均基徑、灌木平均高冠比兩項(xiàng)指標(biāo)在此不做考慮(表2)。

(2) 構(gòu)造判斷矩陣并進(jìn)行層次排序及一致性檢驗(yàn)

在所確定的評(píng)價(jià)體系層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，按照專家打分法構(gòu)建判斷矩陣。本研究邀請(qǐng)了10位土壤及生態(tài)學(xué)方面的專家(副教授及以上)，6位從事司馬礦煤矸場(chǎng)恢復(fù)工程的技術(shù)人員(高級(jí)工程師及以上)，在向其詳細(xì)解釋各指標(biāo)的具體含義、矩陣的概念、打分的目的和方法后，發(fā)放打分表，并按照Santy的1—9標(biāo)度[11,18,46- 47]對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較、打分。

基于判斷矩陣，得出各指標(biāo)及各層次的權(quán)重，并將指標(biāo)層、準(zhǔn)則層分別進(jìn)行層次單排序及一致性檢驗(yàn)，最后進(jìn)行層次總排序及一致性檢驗(yàn)[11,18,46- 47](表3—表7)，分析發(fā)現(xiàn)群落穩(wěn)定性指數(shù)、垂直結(jié)構(gòu)完整性、物種多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、物種消長(zhǎng)指數(shù)在群落基本特征的評(píng)價(jià)中起到重要作用(表3)；土壤田間持水量在土壤物理性質(zhì)的評(píng)價(jià)中占主導(dǎo)地位(表4)；土壤有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、全氮含量會(huì)對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響(表5)；而相對(duì)于生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)，群落基本特征對(duì)其的貢獻(xiàn)度較土壤理化性質(zhì)高(表6)，其中群落穩(wěn)定性指數(shù)、群落垂直結(jié)構(gòu)完整性、群落物種多樣性指數(shù)對(duì)生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)的貢獻(xiàn)度位居前三位，其權(quán)重共計(jì)占總權(quán)重值的32.32%(表7)。

表 3群落基本特征各指標(biāo)層相對(duì)于群落基本特征準(zhǔn)則層單排序、一致性檢驗(yàn)及權(quán)重

Table 3The single sorting, consistency check and weight of the index layer relative to the rule layer of basic community characteristic

一致性檢驗(yàn)，CI=0.134；RI=1.54，CR=0.08

1.5.2模糊綜合評(píng)價(jià)(FCE)

依據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重，對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)體系進(jìn)行建模[11,18,46- 47]。參考專家及技術(shù)人員的意見，結(jié)合各指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(表8)，將本研究的生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)層次定為“優(yōu)、良、中、較差、差”五個(gè)等級(jí)，并選取1a恢復(fù)期為評(píng)級(jí)基準(zhǔn)，將以后各恢復(fù)期的評(píng)價(jià)指標(biāo)均與1a恢復(fù)期相比，并依據(jù)恢復(fù)程度評(píng)判績(jī)效等級(jí)(表9)。即該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所針對(duì)的評(píng)價(jià)對(duì)象是植被恢復(fù)初期的2a恢復(fù)期至5a恢復(fù)期以及天然次生群落的生態(tài)績(jī)效，評(píng)價(jià)指標(biāo)是依據(jù)各指標(biāo)在恢復(fù)初期5a內(nèi)的實(shí)際變化趨勢(shì)以及期望變化趨勢(shì)相結(jié)合而設(shè)定的，評(píng)價(jià)指標(biāo)具體等級(jí)數(shù)據(jù)除群落垂直結(jié)構(gòu)完整性、群落物種豐富度指數(shù)、物種消長(zhǎng)指數(shù)有專門賦值或賦特殊意義外，其余指標(biāo)等級(jí)數(shù)據(jù)均依據(jù)各恢復(fù)期與1a恢復(fù)期相比的恢復(fù)程度設(shè)定，恢復(fù)程度越好，評(píng)價(jià)等級(jí)越高，反之，評(píng)價(jià)等級(jí)越低。

一致性檢驗(yàn)，CI=0.007；RI=0.89，CR=0.008

一致性檢驗(yàn)，CI=0.081；RI=1.41，CR=0.058

一致性檢驗(yàn)，CI=0.037；RI=0.52，CR=0.071

一致性檢驗(yàn)，CI=0.105；RI=1.44，CR=0.073

由于天然次生群落中無喬木層，故其無喬木層指標(biāo)值

“A—B”代表的取值范圍為包括A，不包括B

評(píng)價(jià)指標(biāo)具體含義的設(shè)定主要包括以下幾類:

(1) 期望與實(shí)際變化趨勢(shì)基本一致的指標(biāo)

1)期望增長(zhǎng)，實(shí)際基本呈增長(zhǎng)趨勢(shì)的指標(biāo)

如喬木平均胸徑，草本層蓋度、平均高度、總生物量，群落蓋度，土壤田間持水量、總孔隙度、有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)碳、易氧化有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀，這些指標(biāo)期望增長(zhǎng)，而且實(shí)際也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，故評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中以各指標(biāo)的增長(zhǎng)率或增加值來設(shè)定等級(jí)，即增長(zhǎng)率或增加值越大，評(píng)價(jià)等級(jí)越高；

2)期望減小，實(shí)際基本呈減小趨勢(shì)的指標(biāo)

如群落穩(wěn)定性指數(shù)，即趨勢(shì)線與直線y=100-x的交點(diǎn)越接近點(diǎn)(20,80)，則群落越穩(wěn)定[37- 38],所以標(biāo)準(zhǔn)中以距該點(diǎn)的距離設(shè)定評(píng)價(jià)等級(jí)。由于一年恢復(fù)期距該點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，故此后各恢復(fù)期所得的交點(diǎn)距該點(diǎn)的距離越近，評(píng)價(jià)等級(jí)越高。土壤密度與其相似，因此兩者均以減小值來設(shè)定評(píng)判等級(jí)，即減小值越大，評(píng)價(jià)等級(jí)越高；

(2) 期望與實(shí)際變化趨勢(shì)不一致的指標(biāo)

如群落物種多樣性指數(shù)、土壤平均含水量、土壤顆粒有機(jī)碳含量，這3個(gè)指標(biāo)實(shí)際呈減小的趨勢(shì)，與期望不符，但為避免在標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)負(fù)值，故評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中以各指標(biāo)的減小值來設(shè)定，即減小值越小，評(píng)價(jià)等級(jí)越高；

(3) 期望趨勢(shì)尚未明確的指標(biāo)

如喬木平均高冠比，由于研究區(qū)毛白楊在生長(zhǎng)過程中，高度與冠幅的生長(zhǎng)速度彼此間會(huì)產(chǎn)生影響，而且根據(jù)5年的持續(xù)觀測(cè)，其高度、冠幅在各恢復(fù)期均有不同程度的增長(zhǎng)，可是目前尚未有對(duì)毛白楊高冠比隨著其生長(zhǎng)期增加的變化趨勢(shì)研究，但可以肯定的是，在其高度、冠幅均隨著恢復(fù)期增加時(shí)，高冠比的變化值越大，說明毛白楊的生長(zhǎng)越旺盛，故該變化值越大，評(píng)價(jià)等級(jí)越高；群落相似性指數(shù)變化值，即各恢復(fù)期與1a恢復(fù)期的相似性數(shù)值，又與完全相似值(1.000)相差的數(shù)值，該變化值說明了各恢復(fù)期與1a恢復(fù)期相似性的變化幅度，可以預(yù)測(cè)，隨著恢復(fù)期的增加，各恢復(fù)期與1a恢復(fù)期相似性的變化幅度有可能會(huì)保持在某一數(shù)值范圍內(nèi)，故將恢復(fù)初期該變化值比較集中的數(shù)值范圍設(shè)定為最優(yōu)等級(jí)，以此類推。

(4) 被賦值或被賦特殊意義的指標(biāo)

如對(duì)于群落垂直結(jié)構(gòu)完整性，將喬-灌-草、喬-草或灌-草、草三類垂直結(jié)構(gòu)分別賦值為3、2、1，對(duì)應(yīng)等級(jí)“優(yōu)”、“良”、“中”；并依據(jù)群落物種均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)物種的明顯程度，將群落物種豐富度賦值為4、3、2、1(表1)；對(duì)于特殊意義的指標(biāo)，即群落物種消長(zhǎng)指數(shù)，它可以用來描述群落物種多樣性穩(wěn)定程度，物種消長(zhǎng)指數(shù)越接近1.0，說明群落物種多樣性越穩(wěn)定，故較接近1.0的數(shù)值設(shè)定為“優(yōu)”，并依據(jù)恢復(fù)初期5a內(nèi)出現(xiàn)的數(shù)值設(shè)定其他等級(jí)。

依據(jù)此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表9)，計(jì)算2a恢復(fù)期至5a恢復(fù)期以及天然次生群落的各實(shí)際指標(biāo)數(shù)值對(duì)各等級(jí)的隸屬程度，構(gòu)建隸屬度矩陣，并依據(jù)最大隸屬度原則[46- 47]，將最大隸屬度所對(duì)應(yīng)的等級(jí)作為績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果。

2結(jié)果與分析

2.1群落基本特征恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)

相較于1a恢復(fù)期，煤矸石場(chǎng)復(fù)墾區(qū)植物群落基本特征在2a恢復(fù)期時(shí)，還處于“差”等級(jí)，隨著恢復(fù)期的增加，喬木及其林下草本植物的快速生長(zhǎng)，促使群落物種多樣性有所提高，至3a恢復(fù)期時(shí)，群落基本特征提升至“中”等水平，此后，群落物種消長(zhǎng)指數(shù)基本趨近于1.0，群落穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)，至4a、5a恢復(fù)期時(shí)，群落基本特征均達(dá)到了“優(yōu)”等級(jí)，天然次生群落基本特征評(píng)價(jià)結(jié)果也為“優(yōu)”(表10)，可見人工種植喬木層條件下，草本植物的自然恢復(fù)可以對(duì)群落基本特征起到一定的改善作用。

2.2土壤理化性質(zhì)恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)2.2.1土壤物理性質(zhì)恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)

煤矸石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)過程中，相對(duì)于1a恢復(fù)期，2、3a恢復(fù)期的土壤疏松度和通透性較差，其物理性質(zhì)還處于“差”水平，隨著恢復(fù)期的增加，土壤田間持水量有所上升，土壤密度逐漸減小，并且土壤孔隙度逐步提升，其疏松度和通透性得到了明顯改善，故在4、5a恢復(fù)期時(shí)，土壤物理性質(zhì)提升至“優(yōu)”等級(jí)，可見在人工種植喬木層的條件下，草本植物的自然恢復(fù)基本可以實(shí)現(xiàn)土壤物理性質(zhì)的較快改善(表11)。

2.2.2土壤化學(xué)性質(zhì)恢復(fù)績(jī)效評(píng)價(jià)

相對(duì)于1a恢復(fù)期，土壤化學(xué)性質(zhì)在生態(tài)恢復(fù)初期實(shí)現(xiàn)了明顯提升。在2a恢復(fù)期時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、全氮、速效磷、速效鉀的含量仍處于較低水平，評(píng)價(jià)結(jié)果為“差”。隨著恢復(fù)期的增加，植被枯落物、根系分泌物的積累量增加，導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量提高[48- 49]，同時(shí)由于豆科植物，如草木犀、紫苜蓿的入侵，促進(jìn)了土壤全氮含量的提升[50- 51]。此外，矸石風(fēng)化作用逐步加強(qiáng)，釋放的鉀、磷等鹽基物質(zhì)增多，致使土壤速效磷、速效鉀含量有所提升[50- 51]，故土壤化學(xué)性質(zhì)經(jīng)過3、4a恢復(fù)期“中”等水平的過渡，在5a恢復(fù)期時(shí)達(dá)到了“優(yōu)”等級(jí)，說明人工種植喬木與自然恢復(fù)林下植被相結(jié)合的生態(tài)恢復(fù)模式可以實(shí)現(xiàn)煤矸石場(chǎng)土壤化學(xué)性質(zhì)的改善(表12)。

2.3生態(tài)恢復(fù)績(jī)效綜合評(píng)價(jià)

基于以上群落基本特征、土壤物理性質(zhì)、土壤化學(xué)性質(zhì)逐步改善的原因，相對(duì)于1a恢復(fù)期，煤矸石場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)綜合績(jī)效亦呈逐年好轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)。即從2a恢復(fù)期的“差”等級(jí)，提升至3a恢復(fù)期的“良”水平，到4、5a恢復(fù)期時(shí)均已達(dá)“優(yōu)”等級(jí)(表13)，天然次生群落的生態(tài)績(jī)效也處于“優(yōu)”等水平，說明，在足夠長(zhǎng)的恢復(fù)期內(nèi)，人工種植喬木層條件下，草本植物的自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的植被重建。

3討論與結(jié)論

3.1討論

李江峰依據(jù)已有的水土流失防止標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)北京首云鐵礦尾礦庫(kù)壩面復(fù)墾區(qū)生態(tài)恢復(fù)初期的群落基本特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果為：5a恢復(fù)期>4a恢復(fù)期>自然群落>3a恢復(fù)期>2a恢復(fù)期>1a恢復(fù)期[20]，這與本研究所認(rèn)為的4、5a恢復(fù)期、天然次生群落優(yōu)于3a恢復(fù)期，更優(yōu)于2a恢復(fù)期的結(jié)論基本相似；本研究還認(rèn)為人工種植喬木層條件下，草本植物自然恢復(fù)過程中，4、5a恢復(fù)期、天然次生群落的土壤物理性質(zhì)優(yōu)于2、3a恢復(fù)期，5a恢復(fù)期、天然次生群落的土壤化學(xué)性質(zhì)優(yōu)于3、4a恢復(fù)期，更優(yōu)于2a恢復(fù)期。這與宋小園等[52]提出的經(jīng)過人工林恢復(fù)的礦區(qū)復(fù)墾地土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果：3a恢復(fù)期>2a恢復(fù)期>1a恢復(fù)期，以及樊蘭英[53]所認(rèn)為的植被恢復(fù)(2a)對(duì)煤矸石場(chǎng)土壤質(zhì)量具有改良作用的觀點(diǎn)相近，可見人工種植喬木層條件下，草本植物自然恢復(fù)初期的5a內(nèi)，隨著恢復(fù)期的增加，土壤質(zhì)量的改善程度基本呈增加的趨勢(shì)。但本研究結(jié)論與李江峰提出的鐵礦尾礦庫(kù)壩面復(fù)墾區(qū)生態(tài)恢復(fù)初期的土壤指標(biāo)評(píng)價(jià)由大到小為：3a恢復(fù)期>自然群落>4a恢復(fù)期>1a恢復(fù)期>5a恢復(fù)期>2a恢復(fù)期[20]的結(jié)論并不一致。而且對(duì)于生態(tài)恢復(fù)的綜合績(jī)效評(píng)價(jià)，北京首云鐵礦尾礦庫(kù)壩面復(fù)墾區(qū)為：5a恢復(fù)期>4a恢復(fù)期>3a恢復(fù)期>自然群落>1a恢復(fù)期>2a恢復(fù)期[20]，這與本研究所認(rèn)為的4、5a恢復(fù)期、天然次生群落的生態(tài)績(jī)效較3a恢復(fù)期好，較2a恢復(fù)期更好的結(jié)論不一致。造成以上差異的原因這可能是由于該類研究對(duì)象雖均是人工栽植喬木條件下的植被恢復(fù)，但李江峰的研究中所種植的植物是山楂(Crataeguspinnatifida)，而本研究為毛白楊，再加上指標(biāo)選取的不同也會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響。雖然本研究并未說明天然次生群落與5a恢復(fù)期相比，哪一群落的生態(tài)績(jī)效更優(yōu)，但是從李江峰[20]的研究中可以發(fā)現(xiàn)，無論是對(duì)群落基本特征、土壤理化性質(zhì)評(píng)價(jià)，還是對(duì)生態(tài)綜合績(jī)效評(píng)價(jià)，自然群落并非就是最優(yōu)的恢復(fù)目標(biāo)，隨著恢復(fù)期的增加，復(fù)墾區(qū)的生態(tài)績(jī)效有可能會(huì)優(yōu)于自然群落。

當(dāng)前，對(duì)礦區(qū)廢棄地復(fù)墾是選擇人工恢復(fù)還是自然恢復(fù)仍存在爭(zhēng)議[36,54]，本研究認(rèn)為在足夠長(zhǎng)的恢復(fù)期內(nèi)，人工種植喬木層條件下，草本植物的自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)植被重建。Darina等對(duì)煤礦廢棄地植被自然恢復(fù)與人工恢復(fù)的特征進(jìn)行比較后，發(fā)現(xiàn)兩者僅僅是時(shí)間上的差異[55]。在時(shí)間尺度上，自然恢復(fù)較人工恢復(fù)長(zhǎng)，可能會(huì)長(zhǎng)達(dá)幾十年或者幾個(gè)世紀(jì)，而且可以通過合理的人工模仿或者適當(dāng)干擾加快恢復(fù)進(jìn)程[56]；李青豐對(duì)準(zhǔn)格爾煤田露天礦廢棄地植被自然恢復(fù)過程進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)自然恢復(fù)是一個(gè)較漫長(zhǎng)的過程，可以進(jìn)行適當(dāng)人工干擾，以加快恢復(fù)[57]。Holl認(rèn)為美國(guó)東部煤礦人工恢復(fù)35a后的植被構(gòu)成與周圍自然植被相似，并且有望發(fā)展成為周圍森林類型。但在人工恢復(fù)中，如果種植具有侵略性的外來物種，將會(huì)延緩植被恢復(fù)進(jìn)程[58]。此外，Pensa等對(duì)愛沙尼亞4種廢棄油頁巖堆上30年生的林木進(jìn)行研究后，發(fā)現(xiàn)自然植被重建有利于植物多樣性的恢復(fù)[59- 61]，而人工恢復(fù)卻對(duì)物種多樣性有所限制[60- 61]。

3.2結(jié)論

相較于1a恢復(fù)期，煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期植物群落基本特征、土壤物理性質(zhì)、土壤化學(xué)性質(zhì)及其綜合生態(tài)績(jī)效在5a恢復(fù)期時(shí)均達(dá)到了“優(yōu)”級(jí)水平?？梢?，在足夠長(zhǎng)的恢復(fù)期內(nèi)，人工種植喬木層條件下，草本植物的自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)的植被重建。

基于AHP-FCE評(píng)價(jià)模型，以1a恢復(fù)期為基準(zhǔn)，通過各恢復(fù)期生態(tài)指標(biāo)與1a恢復(fù)期相比的恢復(fù)程度設(shè)定績(jī)效等級(jí)，對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具有客觀性和科學(xué)性，評(píng)價(jià)技術(shù)具有可操作性和實(shí)用性，避免了以往選取天然次生群落為恢復(fù)目標(biāo)，但又不確定其是否為最佳恢復(fù)效果的盲目性，為生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)提供了新思路，并對(duì)持續(xù)推進(jìn)礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的科學(xué)實(shí)施、管理和評(píng)估具有積極的示范和輻射帶動(dòng)作用。

4展望

本文應(yīng)用了AHP-FCE模型對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效進(jìn)行了評(píng)價(jià)，而基于其它方法(如主成分分析法)的生態(tài)績(jī)效綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如何，所得結(jié)論是否一致，還有待進(jìn)一步研究。

煤矸石場(chǎng)復(fù)墾區(qū)生態(tài)績(jī)效研究不僅僅包括群落基本特征、土壤理化性質(zhì)的恢復(fù)研究，還包括土壤重金屬污染治理研究、土壤動(dòng)物與微生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性研究等，今后研究中應(yīng)將后者也納入生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)體系。

本研究旨在為礦區(qū)廢棄地生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)提供新思路，而且僅對(duì)煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期的生態(tài)績(jī)效構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了評(píng)價(jià)。隨著恢復(fù)期的增加，煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)的生態(tài)績(jī)效如何，該評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)又該如何改進(jìn)，還有待于進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)與研究。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]Li YG, Jiang G M. Ecological restoration of mining wasteland in both China and abroad: an over review. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(1): 95- 100.

[2]郝婧, 張婕, 張沛沛, 郭東罡, 王麗媛, 上官鐵梁, 黃漢富, 宋向陽. 煤矸石場(chǎng)植被自然恢復(fù)初期草本植物生物量研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 22(4): 51- 60.

[3]Tibbett M, Mulligan D, Audet P. Recent advances in restoration ecology: Examining the modern Australian agro-ecological and post-mining landscapes. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2012, 163(1): 1- 2.

[4]鐘爽. 礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)理論體系及其評(píng)價(jià)方法研究[D]. 阜新: 遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2006.

[5]Ott T, van Aarde R J. Coastal dune topography as a determinant of abiotic conditions and biological community restoration in northern KwaZulu- Natal, South Africa. Landscape and Ecological Engineering, 2014, 10(1): 17- 28.

[7]Wang X M, Chu L, Chu Z X, Dong Z B. Vegetation development on coal waste pile in Panyi coal mine. Asian Journal of Chemistry, 2013, 25(10): 5778- 5780.

[8]Xie K, Zhang Y Q, Yi Q T, Yan J P. Optimal resource utilization and ecological restoration of aquatic zones in the coal mining subsidence areas of the Huaibei Plain in Anhui Province, China. Desalination and Water Treatment, 2013, 51(19/21): 4019- 4027.

[9]Parraga-Aguado I, Gonzalez-Alcaraz M N, Alvarez-Rogel J, Jimenez-Carceles F J, Conesa H M. The importance of edaphic niches and pioneer plant species succession for the phytomanagement of mine tailings. Environmental Pollution, 2013, 176: 134- 143.

[10]Anawar H M, Canha N, Santa-Regina I, Freitas M C. Adaptation, tolerance, and evolution of plant species in a pyrite mine in response to contamination level and properties of mine tailings: sustainable rehabilitation. Journal of Soils and Sediments, 2013, 13(4): 730- 741.

[11]李江鋒. 北京首鋼鐵礦生態(tài)恢復(fù)及效果評(píng)價(jià)[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2007.

[12]閆德民. 北京首云鐵礦尾礦庫(kù)生態(tài)恢復(fù)的植被特征分析[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2013.

[13]李濤. 赤泥堆場(chǎng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)評(píng)價(jià)體系的研究[D]. 南昌: 南昌大學(xué), 2013.

[14]范亞輝. 煤矸石廢棄地植被恢復(fù)效應(yīng)研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2012.

[15]李武斌. 九寨溝馬腦殼金礦露天礦山生態(tài)恢復(fù)研究[D]. 北碚: 西南大學(xué), 2011.

[16]余地. 基于GIS技術(shù)和AHP法的煤礦區(qū)土地復(fù)墾綜合效益評(píng)價(jià)[D]. 晉中: 山西農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[17]周富春, 金旺, 孫陽. 礦山環(huán)境治理效益評(píng)價(jià)方法及實(shí)證分析. 環(huán)境工程, 2013, 31(1): 85- 88.

[18]石健. 門頭溝龍鳳嶺廢棄礦生態(tài)修復(fù)效益評(píng)價(jià)研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2007.

[19]王巧妮. 采煤塌陷地復(fù)墾模式綜合效益評(píng)價(jià)與對(duì)策研究[D]. 南京: 南京林業(yè)大學(xué), 2008.

[20]李江鋒. 北京礦山廢棄地生態(tài)恢復(fù)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2010.

[21]劉永光. 北京山區(qū)關(guān)停廢棄礦山人工恢復(fù)效果及評(píng)價(jià)研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2011.

[22]Gomez-Ros J M, Garcia G, Peas J M. Assessment of restoration success of former metal mining areas after 30 years in a highly polluted Mediterranean mining area: Cartagena-La Unión. Ecological Engineering, 2013, 57: 393- 402.

[23]Vickers H, Gillespie M, Gravina A. Assessing the development of rehabilitated grasslands on post-mined landforms in north west Queensland, Australia. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2012, 163: 72- 84.

[24]海米提·依米提, 祖皮艷木·買買提, 李建濤, 李新國(guó). 焉耆盆地土壤重金屬的污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014, 34(6): 1523- 1530.

[25]張文嵐. 平朔礦區(qū)采礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)研究[D]. 濟(jì)南: 山東師范大學(xué), 2011.

[26]Alvey S, Yang C H, Buerkert A,Crowley D E. Cereal/legume rotation effects on rhizosphere bacterial community structure in West African soils. Biology and Fertility of Soils, 2003, 37(2): 73- 82.

[27]姚成, 萬樹文, 孫東林, 欽佩. 鹽城自然保護(hù)區(qū)海濱濕地植被演替的生態(tài)機(jī)制. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(5): 2203- 2210.

[28]靳虎甲, 馬全林, 何明珠, 賈曉紅, 劉有軍, 張有佳, 李發(fā)鴻. 石羊河下游白刺灌叢演替過程中群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量特征. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(7): 2248- 2259.

[29]邵新慶, 王堃, 王赟文, 劉貴河. 典型草原自然恢復(fù)演替過程中植物群落動(dòng)態(tài)變化. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(2): 855- 861.

[30]Aplet G H, Vitousek P M. An age-altitude matrix analysis of Hawaiian rain-forest succession. Journal of Ecology, 1994, 82(1): 137- 147.

[31]Pichett S T A. Population patterns through twenty years of oldfield succession. Vegetatio, 1982, 49(1): 45- 59.

[32]Elgersma A M. Primary forest succession on poor sandy soilsas related to site factors. Biodiversityand Conservation, 1998, 7(2): 193- 206.

[33]郭東罡, 上官鐵梁, 白中科, 邵宏波. 山西太岳山油松群落對(duì)采伐干擾的生態(tài)響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(12): 3296- 3307.

[34]馬克平, 黃建輝, 于順利, 陳靈芝. 北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性的研究Ⅱ豐富度、均勻度和物種多樣性指數(shù). 生態(tài)學(xué)報(bào), 1995, 15(3): 268- 277.

[35]Wassenaar T D, Henschel J R, Pfaffenthaler M M, Mutota E N, Seely M K, Pallett J. Ensuring the future of the Namib′s biodiversity: Ecological restoration as a key management response to a mining boom. Journal of Arid Environments, 2013, 93: 126- 135.

[36]Woziwoda B, Kopec D. Afforestation or natural succession? Looking for the best way to manage abandoned cut-over peatlands for biodiversity conservation. Ecological Engineering, 2014, 63: 143- 152.

[37]Godron M. Some aspects of heterogeneity in grasslands of Cantal. Statistical Ecology, 1972, 3: 397- 415.

[38]胡蘇. 鹽亭縣防護(hù)林群落結(jié)構(gòu)特征與穩(wěn)定性研究[D]. 成都: 四川師范大學(xué), 2012.

[39]謝元貴, 車家驤, 孫文博, 彭熙. 煤礦礦區(qū)不同采煤塌陷年限土壤物理性質(zhì)對(duì)比研究. 水土保持研究, 2012, 19(4): 26- 29.

[40]蔡福, 明惠青, 張淑杰, 陳鵬獅, 米娜, 周廣勝. 遼寧農(nóng)田土壤田間持水量的空間變異性分析. 氣象與環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 25(1): 27- 30.

[41]張曉薇. 半干旱地區(qū)礦區(qū)廢棄地土壤與植被演化規(guī)律研究[D]. 阜新: 遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2006.

[42]蘇敏. 采煤塌陷區(qū)土壤養(yǎng)分循環(huán)及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響研究[D]. 邯鄲: 河北工程大學(xué), 2010.

[43]魏孝榮, 邵明安, 高建倫. 黃土高原溝壑區(qū)小流域土壤有機(jī)碳與環(huán)境因素的關(guān)系. 環(huán)境科學(xué), 2008, 29(10): 2879- 2884.

[44]韓曉日, 王玲莉, 楊勁峰, 戰(zhàn)秀梅, 劉小虎, 王曄青, 馬玲玲. 長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤顆粒有機(jī)碳和酶活性的影響. 土壤通報(bào), 2008, 39(2): 266- 269.

[45]原芩, 梅娟, 李華, 張強(qiáng), 郜春花, 張秋華. 不同管理措施對(duì)鋁礦廢棄地復(fù)墾區(qū)土壤有機(jī)碳的影響. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 31(7): 1374- 1380.

[46]呂相權(quán). 吉林省東晉煤礦生態(tài)環(huán)境評(píng)估與恢復(fù)方案設(shè)計(jì)研究[D]. 吉林: 吉林大學(xué), 2013.

[47]劉慧. 神府礦區(qū)土地復(fù)墾評(píng)價(jià)及模式研究[D]. 烏魯木齊: 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[48]黎煒, 陳龍乾, 周天建. 張集礦區(qū)復(fù)墾土壤養(yǎng)分變化研究及評(píng)價(jià). 現(xiàn)代礦業(yè), 2011, (2): 41- 43

[49]王改玲, 王小利, 李東方, 白中科. 安太堡露天煤礦復(fù)墾地土壤養(yǎng)分相關(guān)研究. 煤礦環(huán)境保護(hù), 2001, 15(5): 25- 27.

[50]郭志彬, 王道中, 劉長(zhǎng)安, 劉楓, 李鳳民. 引入草木樨對(duì)半干旱黃土高原區(qū)早期植物群落演替和土壤養(yǎng)分的影響. 西北植物學(xué)報(bào), 2012, 32(4): 787- 794.

[51]楊曉暉, 王葆芳, 江澤平. 烏蘭布和沙漠東北緣三種豆科綠肥植物生物量和養(yǎng)分含量及其對(duì)土壤肥力的影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(10): 1134- 1138.

[52]宋小園, 朱仲元, 韓永明, 趙振亞, 劉艷偉, 焦瑋. 基于改進(jìn)的突變級(jí)數(shù)法在復(fù)墾區(qū)土壤恢復(fù)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用. 干旱區(qū)地理, 2014, 37(5): 1012- 1018.

[53]樊蘭英. 煤礦廢棄地植被恢復(fù)對(duì)土壤質(zhì)量的影響及評(píng)價(jià). 山西林業(yè)科技, 2014, 43(1): 25- 27, 30- 30.

[54]Evans D M, Zipper C E, Burger J A, Stanhm B D, Villamagna A M. Reforestation practice for enhancement of ecosystem services on a compacted surface mine: Path toward ecosystem recovery. Ecological Engineering, 2013, 51: 16- 23.

[56]Burton C M, Burton P J, Hebda R, Turner N J. Determining the optimal sowing density for a mixture of native plants used to revegetate degraded ecosystems. Restoration Ecology, 2006, 14(3): 379- 390.

[57]李青豐, 曹江營(yíng), 張樹禮, 薛玲, 李利萍, 秦梅枝. 準(zhǔn)格爾煤田露天礦植被恢復(fù)的研究——排土場(chǎng)植被自然恢復(fù)的觀察研究. 中國(guó)草地, 1997, (2): 23- 25, 66- 66.

[58]Holl K D. Long-term vegetation recovery on reclaimed coal surface mines in the easternUSA. Journal of Applied Ecology, 2002, 39(6): 960- 970.

[59]Pensa M, Sellin A, Luud A, Valgma I. An analysis of vegetation restoration on opencast oil shale mines inEstonia. Restoration Ecology, 2004, 12(2): 200- 206.

[61]Burkhalter J C, Moon D C, Rossi A M. Diversity and community similarity of arthropods in response to the restoration of former pine plantations. Southeastern Naturalist, 2013, 12(1): 121- 136.

Ecological performance assessment on early plant reclamation in coal gangue yard

HAO Jing1,GUO Donggang1,SHANGGUAN Tieliang1,2,*,Liu Weihua2,ZHANG Jie3,ZHANG Peipei4

1CollegeofEnvironmentalandResource,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China2InstituteofLoessPlateau,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China3CollegeofLifeScience,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China4Si′maCoalMiningLimitedCompanyofShanxiLu′anMiningGroup,Changzhi047105,China

Key Words:Coal gangue yard; the early plant reclamation; ecological performance; assessment

Abstract：This study monitored the five-year dynamics of the plant-soil system in the coal gangue yard at Sima Coal Mine of Lu′an Group from 2009 to 2013. The fixed plots were established to use spatial dynamics to represent temporal changes. The assessment was made on the communities characteristics, soil physical and chemical properties, and the comprehensive ecological performance of the plant communities at the early phase of reclamation after reforestation. The results were as follows: 1) The evaluation criterion of ecological performance included five ranks: “Optimal”, “Fine”, “Middle”, “Low”, “Lower” at the early stage of restoration on coal waste pile. Referential to the first year, the five-year recovery achieved the “Optimal” rank according to the communities characteristics, soil physical and chemical properties, and the comprehensive ecological functions in the reclaimed coal gangue yard. Notwithstanding the ecological performance of natural secondary community also showing the “Optimal” rank in this study, natural secondary community was not the perfect object for reforestation. This result predicted that the ecological performance of reforestation in coal gangue yard might be better than natural secondary community with recovery age. 2) Given sufficient time, the reforestation and the spontaneous herbal recovery would achieve the goal of vegetation reconstruction in the mining area. 3) By employing the AHP-FCE model, using the first-year as benchmark, the performance criteria could be made for ranking the ecological performance in the early phases of reclamation. This was advantageous over the traditional method that taken natural secondary communities as the reclamation goal, whose optimism was usually questionable for high uncertainty. In this regard, this study attempted to provide an innovative way in the practice of ecological performance assessment. Moreover, this paper would play an actively model-driven role in advancing the scientific implementation, management, and evaluation of the ecological restoration in the coal gangue yard.

基金項(xiàng)目:煤礦塌陷及廢棄地復(fù)墾的生態(tài)績(jī)效研究項(xiàng)目(1103100301)

收稿日期:2014- 09- 11; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 05

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: sgtl_55@163.com

DOI:10.5846/stxb201409111807

郝婧, 郭東罡, 上官鐵梁, 劉衛(wèi)華, 張婕, 張沛沛.煤矸石場(chǎng)植被恢復(fù)初期生態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(7):1946- 1958.

Hao J,Guo D G,Shangguan T L,Liu W H,Zhang J,Zhang P P.Ecological performance assessment on early plant reclamation in coal gangue yard.Acta Ecologica Sinica,2016,36(7):1946- 1958.