（生态学专业论文）霍林河露天矿区植被类型与植被恢复重建的研究.pdf

t h e s i s if o rm a s t e r d e g r e ei n2 0 1 0 u n i v e r s i t yc o d e ：10 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 10 7 1 3 0 0 0 8 4 s t u d y o nt h ev e g e t a t i o nt y p e sa n d r e - v e g e t a t i o na n d r e s t o r a t i o n i nt h eo p e n c a s tc o a lm i n eo fh u o l i n h e d e p a r t m e n t ：s c h o o lo f l i f es c i e n c e m a j o r ：e c o l o g y r e s e a r c hf i e l d ：v e g e t a t i o ne c o l o g y t u t o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rc h u n j i n gz o u a u t h o r ：q i n gl i e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y , 2 0 1 0 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 华东师范大学学位论文原创性声明 i i i i iilll ll l lll l l l lliil y 17 4 2 0 8 8 郑重声明：本人呈产的学位论文霍蛉河叠两姒雾习椒剖瞰建0 量喜在 华东师范大学攻读硕征博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明 并表示谢意。 作者签名： 日期：细f 口年口易月口二日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 觥洱晦确i 区植被类璺撇梭缱臼气研究 系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的硒牡博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华 东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主 管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版； 允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加 入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出 版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论宰， 于年月同解密，解密后适用上述授权。 ( 、) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名盔蟑 7 , , a l v 年扩f 月d 日 “涉密”学位论文戍是已经华东师范人学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此卢明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 奎监硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 王天厚教授( 博导)华东师范大学主席 王小明教授( 博导)上海科技馆委员 张恩迪教授( 博导)上海市浦东新委员 区人民政府 华东师范大学2 0 10 届硕士学位论文摘要 摘要 霍林河露天矿区位于内蒙古自治区哲里木盟的霍林郭勒市境内，是我国五大 露天煤矿之一，占地面积为我国几大露天矿之首。煤矿的开采给当地带来了巨大 的经济效益，但对当地的生态环境也造成了严重的破坏，生态系统和畜牧业经济 的可持续性都受到了严重威胁。本文通过系统研究矿区草原植物区系组成、地理 成分、主要草原类型特征和分布规律及其与地形、土壤的关系，进而分析露天矿 的开采、大气污染、交通运输、排土场等对草原环境影响。为霍林河露天煤矿矿 区的植被的恢复与重建提供合理的建议。 通过对霍林河矿区植物资源的调查和初步统计，本区有种子植物5 1 科1 8 3 属3 0 6 种。菊科( c o m p o s i t a e ) 、禾本科( g r a m i n e a e ) 、豆科( l e g u m i n o s a e ) 和 蔷薇科( r o s a c e a e ) 四科占到总数的一半左右，其中，菊科最多5 6 种。本区的 优势种或建群种多为菊科的蒿属( a r t e m i s i a ) 、线叶菊属( f i l i f o l i u m ) ，禾本科针 茅属( s t i p a ) 、羊草属( a n e u r o l e p i d i u m ) 、隐子草属( c l e i s t o g e n e s ) 等。植被依 据群落的种类组成、外貌形态、地理分布、生态环境等，土壤依据土壤肥力、物 理性质，生态环境等对矿区内的植被和土壤进行了分类，各自分为2 2 类。 根据对矿区地貌、地形、土壤和植被等环境生态因子分析，将矿区立地类型 划分为6 个类型：山地( i ) 、台地岗地( i i ) 、岗坳地( i i i ) 、阶地( i v ) 、滩地 ( v ) 和沙地( v i ) ；其中，i 、i i 、i i i 根据地形因子和沙地活动状况又各划分 出2 个类型：山地阳坡半阳坡( ia ) 、山地阴坡半阴坡( ib ) 、台地岗地中上部 ( i i a ) 、台地岗地中下部( i i b ) 、流动沙地( i v a ) 和固定沙地( i v b ) 。根据各 自不同的综合条件选择不同的物种及配置模式。 在霍林河露天煤矿的植被恢复工作中，建议先覆一层添加了一定比例生活垃 圾( 以增加土壤的有机质含量) 的表层剥离物( 暗栗钙土) 以利于植物的成活， 厚度以2 0 - - 3 0 c m 为宜。参照矿区生态未损毁前的原始状态的植被类型来选择修 复的物种，比如羊草( a n e u r o l e p i d i u mc h i n e n s e ) 、冷蒿( a r t e m i s i a f r i g i d a 珊l l d ) 等，并制定合适的物种配置模式，如草灌乔复合模式等，其中沙棘( h i p p o p h a e r h a m n o i d e sl i n n ) 和山杏( p r u n u ss i b i r i c a ) 相结合的模式，是草原露天矿排土 场理想的恢复模式。 关键词：露天煤矿；植物区系；排土场；植被恢复 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h eo p e n c a s tc o a lm i n eo fh u o l i n h ew h i c hi so n eo fc h i n a sf i v el a r g e s to p e n c a s t c o a lm i n ea n dc o v e rt h eb i g g e s ta r e a , i si nt h ec i t yo fh u ol i ng u o l e , z h e l i m u m e n g o fi n n e rm o n g o l i a t h ec o a lm i n i n gb r i n gag r e a te c o n o m i cb e n e f i t st ot h el o c a l ，b u t c a u s eas e r i o u sd a m a g et ot h el o c a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dh o r r i b l et h r e a tt ot h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f e c o s y s t e m sa n dt h el i v e s t o c ke c o n o m y t h i sp a p e rs t u d e d t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nb o t a n i cf l o r a , g e o g r a p h i c a le l e m e n t s ，t h em a i ng r a s s l a n d c h a r a c t e r i s t i c s ，p l a n td i s t r i b u t i o na n dt o p o g r a p h y , s o i l s ，f u r t h e r m o r e , t h ee f f e c to f o p e n c a s tc o a lm i m n g , a i rp o l l u t i o n , t r a n s p o r t a t i o na n dr e f u s e d u m po nt h eg r a s s l a n d e n v i r o n m e n tw a sa n a l y z e d a n ds u p p l yt h er e a s o n a b l es u g g e s t i o n sf o rr e s t o r a t i o na n d r e c o n s t r u c t i o no f v e g e t a t i o ni nt h eo p e n c a s tc o a lm i n eo fh u o l i n h e t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n dp r e l i m i n a r ys t a t i s t i c so fp l a n tr e s o u r c e si nt h e h u o l i n g h eo p e n c a s tc o a lm i n e ，t h ef l o r eo ft h i sa r e ac o n s i s t s3 0 6s p e c i e sb e l o n g i n g - t o 51f a m i l i e sa n d18 3g e n e r a c o m p o s i t a e , g r a m i n e a e , l e g u m i n o s a ea n dr o s a c e a e a c c o u n t e df o ra b o u th a l fo ft h et o t a la n dt h e r ea r e5 6s p e c i e sb e l o n g i n gt oc o m p o s i t e w h i c hi st h eb i g g e s tf a m i l i e m o s to ft h ec o n s t r u c t i v es p e c i eb e l o n gt oa r t e m i s i a ， f i l i f o l i u mo fc o m p o s i t a ea n ds t i p a ，a n e u r o l e p i d i u ma n dc l e i s t o g e n e so fg r a m i n e a e b a s i so ns e c i e sc o m p o s i t i o no fe m m u n i t y , m o r p h o l o g y , g e o g r a p h i c a ld i s t r i b u t i o n , e c o l o g i c a le n v i r o n m e n te t c ，t h ev e g e t a t i o nw a sd i v i d e di n t o2 2k i n d sa n da c c o r d i n gt o s o i lf e r t i l i t y , p h y s i c a lp r o p e r t i e s ，e c o l o g i c a le n v i r o n m e n te t c ，t h es o i lw a sd i v i d e di n t o 2 2k i n d s b a s i so nt h ea n a l y s i so ft h ep h y s i o g n o m y , t h et e r r a i n , t h es o i la n dt h ev e g e t a t i o n e t e e n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a lf a c t o r so ft h ec o a lm i n e ，t h e r ea r e6s i t et y p e s ， m o u n t a i n r e g i o n ( i ) ，p l a t f o r m m o u n d ( i i ) ，k o n g a l l t o ( i i i ) ，t e r r a c e ( i v ) ，b e a c h s r r a n d ( v ) ，s a n d y ( h ) ，a n dt h e na c c o r d i n gt ot h et e r r a i nf a c t o ra n dt h em o v e m e n to f t h es a n d y , i ，i i ，1 1 1w e r ed i v i d e di n t o2k i n d ss e p a r a t e l y , s u n n ys l o p ea n ds e m i s u n n y s l o p e m o u n t a i n r e g i o n ( ia ) ，s e m i s h a d ys l o p ea n ds h a d ys l o p em o u n t a i n r e g i o n ( ib ) ，t h eu p p e ro fp l a t f o r mm o u n d ( i ia ) ，t h el o w e ro fp l a t f o r m m o u n d ( i ib ) ，m o b i l es a n d y ( 1 v a ) ，f i x e ds a n d y ( i v b ) a n dc h o s ed i f f e r e n t s p e c i e s ， c o n f i g u r a t i o nm o d e sf o rd i f f e r e n ts i t et y p e sa c c o r d i n gt og e n e r a lt e r m s i i 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文 a b s t r a c t i nt h er e s t o r a t i o no f v e g e t a t i o ni nt h eo p e n c a s tc o a lm i n eo fh u o l i n h e ，w et h i n ki t w i l lb eb e t t e rf o ri n c r e a s i n gt h es u r v i v a lr a t eo ft h ep l a n ti fp u tal a y e ro fs u r f a c es o i l o fc o a lm i n i n g ( d a r kc h e s t n u ts o i l ，a b o u t2 0 3 0 c m ) a n da d d e dac e r t a i np r o p o r t i o no f h o u s e h o l dg a r b a g e ( i no r d e rt oi n c r e a s et h ec o n t e n to f o r g a n i cm a t t e ri nt h es o i l ) o nt h e s u r f a c eo fr e f u s e d u m p i tc o u l db ec o n s u l tt h eo r i g i n a lv e g e t a t i o nf o r ma n dc h o o s e s o m es p e c i e sf o rr e s t o r a t i o n , f o re x a m p l e ，a n e u r o l e p i d i u mc h i n e n s e ，a r t e m i s i a f r i g i d a m l l de t c ，a n dm a k et h ea p p r o p r i a t ec o n f i g u r a t i o nm o d e ，s u c ha st h ec o m p o s i t em o d e l o fh e r b ，b u s ha n da r b o r , t h ec o m b i n e dm o d e lo fh i p p o p h a er h a m n o i d e sl i n na n d a r m e n i a c as i b i r i c a ( l i n n ) l a mi st h ep e r f e c tm o d e lf o rt h er e s t o r a t i o no ft h e o p e n c a s tc o a lm i n ei ng r a s s l a n d k e y w o r d s ：o p e n c a s tc o a lm i n e ，f l o r a ，r e f u s e d u m p ，t h er e s t o r a t i o no f v e g e t a t i o n i i i 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文目录 目录 摘! 耍i a b s t r a c t i i 1 前言1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 矿区植被恢复的研究现状3 2 研究区概况1 1 2 1 地理位置1 1 2 2 自然条件1 l 2 2 1 气候特征1 1 2 2 2 植被特征。1 2 2 2 3 土壤特征1 3 2 3 社会经济条件1 4 3 研究方法与数据处理1 6 3 1 研究方法。1 6 3 1 1 基础资料收集与调查1 6 3 1 2 样地设置。1 6 3 1 3 植被和土壤调查；1 6 3 2 数据处理1 6 3 3 技术路线l8 4 结果与分析19 4 1 霍林河矿区植物资源与植被类型调查与分析1 9 4 1 1 植物科、属组成。1 9 4 1 2 植物区系的地理成分。2 l 4 1 3 主要植被类型与土壤类型分布2 2 4 2 露天矿开采对草原生态环境影响3l 4 2 1 矿区开采毁坏了大面积草原，引起生态失调3 l 4 2 2 交通运输对草原生态系统的影响一3 2 4 2 3 排十场对其周围草原土壤的影响3 3 4 3 人工修复效果的研究。3 5 4 3 1 矿区防护林体系生态建设3 5 4 3 2 排十场植被恢复与重建3 8 5 结论与建议。4 0 5 1 结论4 0 5 2 建议4 l 附录。4 3 参考文献4 4 致谢4 9 i v 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 1 前言 1 1 研究的目的和意义 煤炭一直是世界经济发展的最重要能源之一，而我国是世界上少数几个以煤 为主要能源的国家之一；能源规划部门预测，到2 0 1 0 年，我国煤炭生产和消费 量占一次能源生产量和消费量的比重仍将保持在7 0 左右。煤炭的开采方式可 以分作为两类：露天开采和井工开采。其中，露天开采是指直接将表土和煤层的 上覆岩层剥离，使煤层暴露后开采；与井工开采相比，露天采矿劳动生产率高 5 l o 倍，回采率高3 0 - 4 0 ，在安全上，更有井工开采不可比拟的效果；具有 成本低、回采率高、安全性大等特点( 白中科等，1 9 9 9 ) 。所以，露天煤矿的开 采成为世界煤炭资源丰富国家优先发展的开采工程。德国和美国是露天煤矿开采 最多的国家，德国的露天开采煤有四分之三，美国也占到一半以上。我国总探明 可采储量的煤炭资源约为9 7 6 0 亿吨，其中露天可采量约4 6 0 0 亿吨，占总储量的 4 18 。虽然所占比例不高，且露天采煤技术发展也晚，但其规模发展速度却远 远高于煤炭工业发展的平均速度；在有条件的情况下，露天开采的比例将由目前 的4 提高到1 5 ，且在未来的2 0 年中，我国将以大型露天煤矿的开采为露天 开采的主导( 张敏缓，1 9 9 4 ；罗德权，1 9 9 2 ；罗德权，1 9 9 5 ) 。 但是，煤炭资源的开发和利用引发了一系列的生态环境问题，煤矿区的环境 生态系统已成为典型的严重受损生态系统，其生态环境问题成为制约煤矿区可持 续发展乃至区域生态安全的重大隐患，而露天矿区尤为严重。第一，露天开采是 要把煤层上方的表土和岩层剥离之后再进行，这所造成的地表破坏面积明显大于 井工开采。据资料统计，露天煤矿正式投产后，每开采一万吨煤就要挖损 0 0 2 , 4 ) 1 8h m 2 的土地，只是露天采掘场挖损的土地已有8 8 0 0h m 2 ，而露天开采 剥离的表层土堆积而形成的外排土场，更是会压占更多的土地，占地面积约为采 掘场损毁量的1 5 2 5 倍( 马喜君等，2 0 0 6 ) ；采矿产生的大量弃土、弃渣和废弃 的尾矿，恶化了土壤养分的初始条件，加之其为裸露、松散的堆积体，极易被雨 水冲刷，加速了土壤养分的流失，带来土壤的粗化、盐碱化等问题；而且雨季一 旦发生坍塌、滑坡，将会造成河流淤塞、农田毁坏、交通阻断等严重后果，给人 民生产生活生命财产带来巨大损失，严重威胁了人类的生存环境；第二，露天矿 场的建设、表土和岩层的剥离、废弃土石的堆放等减少了地面植被的覆盖面积， 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文前言 造成植被的破坏。而植物作为生态系统的生产者，植被的破坏直接导致矿区及其 临近地区的其他生物生存条件的破坏，生物量减少，生态系统结构受损，功能及 稳定性下降。第三，地面植被覆盖率的急剧降低，减少和改变了地表径流和地表 的粗糙度，直接加剧了水土流失和土地沙化、干化。因此，在露天矿区水土流失 和土壤沙漠化一直是最突出的环境问题之一。另外，由于生态环境的改变，植被 的减少，加上采矿产生的粉尘，导致空气质量下降，严重危害了矿区居民的身体 健康和矿区的经济可持续发展。特别是我国的多数大型露天煤矿处于干旱、半干 旱的生态脆弱区，如平朔矿区、准格尔矿区位于黄土高原水土流失严重区，霍林 河矿区、伊敏河矿区位于草原风沙区，神府东胜矿区位于毛乌素沙漠和西北黄土 高原过渡地带的沙化区。露天煤矿的开采直接破坏了土地资源，减少了矿区植被 覆盖率，而植被的减少，又会促进地表板结，引起土壤变干，加剧水土流失、土 壤沙化，进而又带来其他的环境问题，是一个恶性循环，故我国大型露天采煤区 的生态环境问题应引起高度重视。 霍林河露天矿区位于霍林河地区，内蒙古自治区哲里木盟的霍林郭勒市境 内。霍林河地区历来就是我国畜牧业基地，周边的草原是国内仅存为数不多的原 始草原之一，天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊是其真实写照。草原广阔平坦、 水草丰美、林草丰盛，宜林宜猎。富饶的草原资源，适宜的环境气候，极有利于 野生植物的生长，野生植物种类繁多，有6 0 科、2 0 0 属、6 0 0 余种野生植物。主 要有羊草、线叶菊( f i l i f o l i u ms i b i r i c u m ) 、洽草( k o e l e r i ac r i s t a t a ) 、糙隐子草 ( c l e i s t o g e n e ss q u a r r o s a ) 、野古草( a r u n d i n e l l ah i r t a ( t h u n b ) k o i d z ) 、星星草 ( p u c c i n e l l i at e n u i f l o r a ( g r i s e b ) s c r i b n ) 、野葱( a l l i u mc h r y s a n t h u mr e g e l ) 、针茅 ( s t i p a ) 等。可食用的野生植物有蕨菜( p t e r i d i u ma q u i l i n u m ( l i n n ) k u h n 懈，： l a t i u s c u l u m ( d e s v ) u n d e r w e xh e l l e r ) 、黄花( h e m e r o c a l l i sc i t r i n ab a r o n i ) 、野韭菜 ( a l l i u mt u b e r o s u mr o t t l e ts p r e n g ) 、蘑菇( a g a r i c u s6 卸o r l l 8 ( 1 a n g ) s i n g ) 、木耳 ( a u r i c u l a r i aa u r i c u l a 皿戥h o o k ) ) 、地耳( h y p e r i c u mj a p o n i c u mt h u n b e x m u r r a y ) 等。另外还有药本植物远志( p o l y g a l at e n u i f o l i a 臃l l d ) 、芍药( p a e o n i a l a c t i f l o r a ) 、柴胡( b u p l e u r u ms c o r z o n e r i f o l i u m 臃缎) 、龙胆草( g e n t i a n a r i g e s c e n s ) 、防风( s a p o s h n i k o v i as e s e l o i d e s ) 、知母( a n e m a r r h e r t aa s p h o d e l o i d e s ) 、 狼毒( s t e l l e r ac h a m a e j a s m el i n n ) 、黄芪( a s t r a g a l u sm o n g h o l i c u s 陇e 夕h s i a o ) 等1 2 0 余种。丰美的自然环境，畜禽等野生动物在这里繁衍生息，野生动物资源 同样丰富；主要有黄羊( p r o c a p r a g u t t u r o s a ) 、野兔( l e p u sc a p e n s i s ) 、狼( c a n i s 2 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文前言 u p u s ) 、狍子( c a p r e o l u s p y g a r g u s ) 、早獭( m a r m o t am o t l a x ) 等兽类：有百灵鸟 ( e r e m o p h i l aa t p e s t r i s ) 、野鸡、沙半鸡( p e r d i xd a u u r i c a e ) 、水鸭、猫头鹰 ( s t r i g i f o r m e s ) 、草原鹰( b u t e o g a l l u sm e r i d i o n a l i s ) 、雕( a q u i l an i p a l e n s i s ) 等飞 禽类。霍林河地区气候宜人夏季适宜避暑纳凉，冬季适宜滑雪，是良好的避暑胜 地、旅游胜地，浓郁的草原民族风情，构成了独特的旅游文化内涵。 霍林河露天矿区是我国五大露天煤矿之一，占地面积为我国几大露天矿之 首，是我国也是亚洲第一个现代化露天煤矿，它的建设为国内其他露天煤矿的建 设提供了宝贵的经验。霍林河露天煤矿储量丰富，而且覆盖层浅，地质结构简单， 便于露天开采。煤田宽9 k m ，长6 0 k m ，总面积5 4 0 k m 2 ，可采煤层9 层，总厚 度8 1 7m ，储存优质褐煤1 3 1 亿吨，相当于抚顺煤矿的9 倍，大同煤矿的4 倍， 矿区已形成的年生产能力为1 0 0 0 万吨，且以每年2 0 的速度增长，已是我国重 要的能源基地( 龚海涵和介冬梅，2 0 0 9 ) ，霍林河露天矿的投产对缓解我国东北 地区能源紧张局面发挥了重要作用。在2 0 0 f f - - 2 0 0 7 年，矿区又经过了重要的改扩 建，生产能力翻了一倍多，工程规模更大。但由于本地区气候为温带半干旱气候， 植被以草甸草原为主，生态环境脆弱，又是沙漠化潜在的地区。并且随着霍林河 露天煤矿的开发，煤炭产量逐年攀升，露天煤矿采场、排土场不断扩大，矿区的 土地资源遭到严重破坏，草原逐渐变成矿业基地，天然草原植被覆盖率逐年降低， 水质污染、地下水位下降、水土流失等使得当地生态环境遭到了严重损坏，土地 沙化及风蚀严重，常出现沙尘暴等灾害性天气。虽然露天煤矿的开采给当地的发 展带来了巨大的经济效益，但是同时也给当地的生态环境带了巨大的负面影响， 严重影响了当地居民的日常生产生活。环境的恶化不利于经济的可持续发展，以 环境为代价谋取短时间的经济发展模式是不可取的，因此，应加大对霍林河露天 矿区的环境治理和生态恢复工作的强度。 本文通过系统研究霍林河露天矿区草原植物资源，研究其植物区系组成、地 理成分、主要草原类型特征和分布规律及其与地形、土壤的关系，进而分析露天 矿的开采、大气污染、交通运输、排土场对草原环境的影响。从而为霍林河露天 煤矿矿区的植被的生态恢复与重建提供合理的建议。 1 2 矿区植被恢复的研究现状 由于人类盲目的追逐经济利益，在发展的经济同时没有很好的考虑到环境的 保护，导致了一系列的环境失调问题。生物多样性不断丧失，水土流失、土地荒 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文前言 漠化日趋严重，人类生存和发展的自然基础受到了极大威胁，对环境的影响以及 退化生态系统的恢复和重建已成为现代生态学研究最引人注目的趋势之一。露天 煤矿的开采集土地资源的损毁、土地资源占用破坏、植被破坏为一体，加剧了水 土流失，使得露天矿区生态环境更为脆弱，给经济的平稳健康的发展和人民生活 的改善带来了巨大的负面影响。所以近2 0 年来，矿区的生态恢复逐渐成为世界 各采矿大国的热点研究课题( 陈莎莎，2 0 0 1 ) 。 生态恢复( e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ) 简单说就是人类有目的地启动或促进退化 的生态系统的正向演替，使其成为一个健康、稳定的整体。恢复生态学就是研究 和揭示生态系统退化、生物多样性丧失的原因与机制以及与人类活动的关系，并 制定生态系统恢复与重建应遵循的原理和有效措施，进而服务于区域的可持续发 展。国外开展生态恢复的研究较早。7 0 年代后期，前苏联、美国相继颁布了有 关矿区土地复垦与生态保护的国家法规，1 9 7 7 年8 月3 日，美国国会就通过并 颁布了第一部全国性的土地复垦法规露天采矿管理与土地复垦法，标志着美 国土地生态恢复工作走上正规的法制轨道( 阎敬等，1 9 9 9 ) 。法国、澳大利亚等 国家也在法律、技术上取得了一系列的成就，实现土地、环境和生态的综合恢复。 但各个国家的侧重点不同，法国等欧洲国家侧重于矿地恢复，美国则侧重于水体 和林地恢复，澳大利亚侧重于草原管理与恢复。研究的内容主要有：( 1 ) 自然保 护区的生态恢复；通过科学的规划与管理，使被破坏的自然保护区重新成为生物 多样性保护和研究的重要基地；( 2 ) 对采矿损毁地的生态恢复；通过改良土壤、 选择适宜植物种，促使生物群落恢复；( 3 ) 研究草原生态系统退化的原因及于人 为活动的关系，并对其恢复重建进行研究；( 4 ) 研究如何利用工程措施、生物措 施治理污染或富营养化水体及湿地；( 5 ) 规划建造近自然状态的城市绿地，在保 证其发挥生态系统各项服务功能的同时，尽可能大的满足教育、娱乐、美化环境 等需求( 赵晓英，1 9 9 8 ；赵桂久等，1 9 9 3 ) 。 我国也于8 0 年代末正式颁布了相关的规定( 潘明才，2 0 0 0 ) 。虽然我国矿区 恢复研究起步晚，但国家层面上对生态恢复和重建的研究给予的高度重视，在短 短的时间里取得了不错的成绩。某些矿业废弃地已经得到很好的治理，并取得较 好的社会、经济和环境效益。比如广东省凡口铅锌矿、安徽省铜陵铜矿、湖南省 桃林铅锌矿、甘肃省金昌镍矿等。中国科学技术出版社出版的中国退化生态系 统研究，从植被带的角度较为全面地分析和概括了各个区域的自然植被在强烈 人为活动干扰的条件下生态系统退化的现状和原因，并总结了对退化生态系统恢 4 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 复重建的理论和经验( 陈灵芝等，1 9 9 5 ) 。中科院华南植物所、沈阳生态所、山 西农业大学、内蒙古农业大学等科研单位和高校长期对不同的退化生态系统开展 了不同角度和深度的生态恢复工作和科研工作，如热带、亚热带退化生态系统的 恢复与重建、黄土地露天煤矿矿区生态的恢复工艺技术研究、草原露天煤矿矿区 的生态恢复和植被恢复工作，进行了土壤基质改良的研究，生态恢复的经济分析， 土地复垦专家系统模型的研究等( 胡振琪，1 9 9 6 ) 。这些研究成果在学术上丰富 和发展了我国人工恢复和重建生态系统的理论，并且得以大面积的推广，带动了 更多的地区对退化生态系统的人工辅助恢复，较成功的有腾格里沙漠东南缘的生 态恢复、科尔沁沙地的生态恢复、黄土高原安塞纸羊坊水土流失治理等( 赵晓英， 2 0 0 1 ) 。实践表明，生态恢复工作的成功对区域的经济发展起到了很大的促进作 用。 在生态系统中，植被是陆地生态系统的重要组成部分，是生态系统中物质循 环与能量流动的中枢( 程冬兵等，2 0 0 6 ) 。而作为植物生长的基质土壤，也 是整个生态系统的基质与生物多样性的载体( 郑南山等，1 9 9 8 ) ，对土壤的改良， 是生态恢复与重建的关键。所以，在生态系统恢复过程中首先要将矿区内已经不 适合植物生长的土壤改良为可为植物生长所用的土壤。由于矿区废弃地土壤中的 有机质、磷、钾、氮等营养元素普遍缺乏，若通过生态系统自然恢复所需的时间 较长，一般选择通过人为方式来促进其恢复( 易军等，2 0 0 0 ) 。对于土壤基质改 良的方法，主要有覆土法( 王志宏等，2 0 0 3 ) ，添加化学改良剂、添加某些物质 ( 纸、石灰、河泥、粉煤灰等) ( 马彦卿等，2 0 0 0 ；f i e r r o a ，e t a l2 0 0 1 ；c a r p e n t e r e l ，2 0 0 1 ；p u n s h o nt ，2 0 0 2 ) 、施肥( h a n d ai t ，2 0 0 0 ) 以及嫁接根瘤菌( 马 彦卿，2 0 0 1 ) 等方法，不过长期的有效的土壤改良还是需要通过植被来改良。 矿区土壤一般比较干燥疏松，保水能力差。对土壤物理性质的恢复，关键是 覆盖、培育与维持表土，改善土壤结构，控制土壤侵蚀( 黄铭洪和骆永明，2 0 0 3 ) 。 常用于改善矿区退化土壤的物理性质的技术有粉碎、压实、剥离、分级、排放技 术；植物残余物在恢复过程中，是一种良好的覆盖物，能很好的增加土壤的持水 量，减少地表径流对土壤的侵蚀( 风滚植物) ；另外施用有机肥或接种菌根也可 显著改善土壤的结构性( “s ，2 0 0 0 ) ；对矿区土壤化学性质的恢复来说，由于 矿区土壤氮、磷、钾、有机质的含量相当低，又常常会有极端的酸碱性；土壤改 良时，可针对不同矿区土壤性质差异结合当地资源的现状，因地制宜的选择在土 壤中添加适当的有机物或无机物作为土壤添加剂。对有些矿区的重金属污染，主 5 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 前言 要方法和技术有( y ez h ，e t a l2 0 0 0 ) ：换土、覆土等物理控制技术，微生物控 制技术以及植物萃取技术、根际过滤技术、植物固化技术和植物挥发技术等植物 修复技术。其中植物修复技术为最优选择。 在植被恢复中，重构合理的适合植物生长的土壤剖面，防止污染，是关键问 题之一( d a r m o d yr g ，1 9 9 5 ：胡振琪，1 9 9 5 ；卞正富，1 9 9 6 ) 。煤矿区的复垦 土壤重构技术，按照复垦形式，分为充填复垦土壤重构、非充填复垦土壤重构和 露天矿复垦土壤重构方法。充填复垦土壤重构技术主要是利用矸石回填、粉煤灰 回填及其他固体废弃物回填，并根据回填物料的性质来添加隔离层，如酸性矸石 回填时为达保水的目的下垫粘土或石膏层等碱性物料。非充填复垦土壤重构技术 主要是根据不同积水状况与地貌特征，通过疏排法复垦、梯田( 或台田) 式复垦 或平整土地工程技术，通过建立完善的排灌体系、平整土地来改良土壤的物理特 性。露天矿中复垦土壤重构技术主要有交错回填法、排土场圆锥堆整排列法等。 针对对于露天煤矿开采导致的地表挖损、废弃岩土堆积所占用的土地一般采用的 复垦技术有：1 ) 开采规划时，采取剥离采矿一复垦一体化技术；2 ) 利用露天 采矿的剥离物回填采煤沉陷区；3 ) 分区段开采，优化开采工艺，实现内排土， 减少外排土场的占地面积。植被复垦时对地貌的重塑也很关键，随着信息技术的 发展，g i s 软件的地形分析功能在生态恢复过程中的应用，其强大的空间信息获 取与处理能力，能够迅速便利的获得所需信息，并且能以图形或者数据的形式一 目了然表示结果( 包妮沙等，2 0 0 9 ) ，为后续的植被恢复的规划工作创造良好技 术平台：复垦中还应尽量采取快速植被恢复技术，提高生物多样性，增加生态系 统的稳定性( 胡振琪，1 9 9 6 ；申闫春，2 0 0 3 ) 。 植被恢复是指运用生态学原理，通过保护现有植被，封山育林或营造人工林、 灌草植被，修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他自然生态系统，恢复其生物 多样性及其生态系统功能( 李其远，1 9 9 8 ) ，是退化生态系统恢复和重建的首要 工作( 郑科等，2 0 0 3 ) 。植被恢复是一种治理手段，更是治理的过程和目的。国 内外针对植被恢复做了很多的研究，主要包括以下几个方面： ( 1 ) 植被退化的表现、基本特征、原因探讨以及带来的生态后果。主要对 植被退化区的植物种类组成以及与原始植被的不同及其发展趋势的研究，包括植 物群落结构的变化、生物生产力下降、生物间关系的改变及生物环境改变的研究。 探讨森林过度采伐、开垦，草原过度放牧、不合理的种植和养殖，矿产资源的开 采，外来物种的侵入对生态系统的影响以及病虫害的大发生等与植被退化的关系 6 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文前言 以及对生态系统稳定带来的生态后果。 ( 2 ) 植被恢复生态学原理的研究及植被恢复目标的确定。在对退化的植被 系统有了充分调查和分析后，植被恢复目标的确定是植被恢复与重建的首要步 骤，恢复目标的确定决定了以后恢复工作将要采取的对策、途径和技术方法等。 基本的生态学原理包括：物种的生态适宜性原理；密度效应原理；共生原理；生 态位( 多样性) 原理；生物调控原理；生态演替原理；斑块廊道本底景观结构 模式原理等( 包维楷和陈庆恒，1 9 9 8 ) 。从我国近几十年的植被恢复实践的来看， 主要有两类植被恢复的目标。一类是以恢复生态系统功能，恢复植被涵养