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煤矸石已经成为我国排放量最大的固体废弃物之一,并造成了严重的生态环境问题,如何进行煤矸石山生态系统恢复,是恢复生态学当今探讨的热点之一。由于煤矸石山容易发生自燃,国内通常采取覆盖碾压法封堵空气,但是碾压后的土壤结构性较差,植被能否正常生长,以及植被对碾压土壤理化性质的影响都直接关系到煤矸石山生态恢复的成败。在碾压覆土的基础上,研究区共布设了10种典型的植被措施,分别为自然恢复A1、草本措施C1(播种波斯菊)、草本措施C2(播种黑麦草)、草本措施C3-植生袋(沙打旺)、乔草措施H1(火炬+紫花苜蓿)、乔草措施H2(刺槐+黑麦草)、乔草措施H3(侧柏+紫花苜蓿)、乔灌草措施T1(火炬+紫穗槐+紫花苜蓿)、乔灌草措施T2(侧柏+紫穗槐+紫花苜蓿)和乔灌草措施T3(刺槐+油松+紫穗槐+黑麦草)。恢复5年后,2012年对研究区裸地及10种典型植被恢复措施设置标准样地进行调查,重点开展以下三方面内容:群落特征研究,土壤质量变化,水分入渗特性,以期为煤矸石山生态恢复提供技术依据和相关指导,并为煤矸石山防火控火植被构建技术提供理论基础。本研究的主要结论如下:(1)经过5年植被恢复,10种典型植被措施中植物组成结构发生了一定变化。自然恢复措施中黄花蒿为优势草本;各植被措施中均未出现新树种,此外在研究区煤矸石山植被恢复过程中,植物单种科和单种属占优势。不同植被措施下草本层群落特征差异尤为显著。草本措施C2(黑麦草)的Shannon-Wiener指数最高(1.78),相应的Simpson指数也最高(0.76),均匀性指数中等(0.81);自然恢复A1的Shannon-Wiener指数较高(1.55),Simpson指数也较高(0.73),均匀性指数中等(0.80);乔草措施H2均匀性指数最高(0.98),Shannon-Wiener和Simpson指数较低,说明研究区10种典型植被措施中草本多样性差异较大。草本生物量中,自然措施A1最高,其次为草本措施C3-植生袋(沙打旺),乔草措施和乔灌草措施的草本生物量均较低,此外人工植被措施中草本地下生物量明显高于地上生物量,说明植被恢复初期,草本植物侧重于根系生长。(2)以郑元润改进的M.Godron数学模型判定群落的稳定性,不同植被措施的交点坐标以及欧式平方距离差异达到显著水平,煤矸石山10种植被措施中植被群落均处于一个不稳定状态,其中草本措施C3-植生袋(沙打旺)和自然恢复A1的植物群落相对稳定。(3)植被措施对煤矸石山土壤理化性质的改良效果显著。0-20cm土层土壤养分含量普遍高于20-40cm土层,但物理性质差异不显著。与裸地相比,土壤容重和团聚体破坏率(PAD)显著降低,土壤粘粒及水稳性团聚体平均重量直径(WMD)明显增大;土壤有机质及土壤氮磷等养分含量显著升高。通过相关性分析和敏感性分析,选取土壤容重、沙粒含量、水稳性MWD、有机质和速效磷5项指标,并用综合评价法对土壤质量进行评价,不同植被措施对土壤质量的影响明显,其中乔灌草T3(刺槐+油松+紫穗槐+黑麦草)和草本C3(沙打旺)土壤质量指数值最高,说明这两种措施可以明显提高土壤质量。(4)各植被措施的水分入渗过程基本一致,到达稳渗的时间为32min左右。各植被措施下土壤初渗率和稳渗速率差异明显,土壤饱和导水率在0.012-0.143cm/min之间,除乔草H2、H3和乔灌草T1外,其他植被措施中深层土壤饱和导水率较低。不同植被措施之间土壤水分特性差异显著。0-20cm土层内,土壤吸持贮水量和饱和贮水量变化规律一致,草本C3(沙打旺)、乔草H3(侧柏+紫花苜蓿)和乔灌草T1(火炬+紫穗槐+紫花苜蓿)对土壤吸持贮水能力饱和贮水能力改善作用较好,自然恢复A1和草本措施C3(沙打旺)对土壤水分滞留贮存的改善作用最好。综上所述,不同植被措施在植被群落稳定性、土壤质量、土壤水分特性三方面表现出一定的差异性,草本措施C3-植生袋(沙打旺)群落结构相对稳定,土壤质量综合指数值较高(0.634),贮水性良好,饱和导水率较低(0.043cm/min);未采用植生袋的措施中,乔灌草T3(刺槐+油松+紫穗槐+黑麦草)的土壤质量综合指数值最高(0.668),土壤贮水性良好(吸持贮水量722.56t/hm2;滞留贮水量141.2t/hm2;饱和贮水量863.76t/hm2),饱和导水率较低(0.024cm/min)。