寒旱区露天矿排土场土地复垦成果年际变化分析.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月霍林河煤矿区是全国5大露天煤矿区之一，矿山地处生态脆弱区，随着霍林河煤田的开发，采场、排土场不断扩大，天然草原植被覆盖率逐年降低，伴生的生态环境问题开始凸显1-2。露天煤矿的开采彻底改变了原有土地景观类型，露天煤矿土地复垦生物多样性保护与恢复已成为当前所面临的紧迫任务，目前采取的人工促进恢复措施，可加速排土场植被短期内恢复，是矿区生态综合治理和环境保护的最佳途径3-4。植被的生长变化及恢复状况可以表征矿区土地复垦的程度与质量。植物群落的组成和结构动态变化，对揭示植被恢复过程中的物种共存和生物多样性维持机制具有重要意义5。为了深入理解次生演替重建植物随时间的演替过程，指导寒旱草原区露天煤矿排土场土地复垦工DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.05.007周国驰，齐心心.寒旱区露天矿排土场土地复垦成果年际变化分析 J.露天采矿技术，2023，38（5）：28原31.ZHOU Guochi，QI Xinxin.Analysis on the inter-annual change of land reclamation results of open-pit dumpin cold and arid areas 允.Opencast Mining Technology,2023,38（5）:28原31.移动扫码阅读寒旱区露天矿排土场土地复垦成果年际变化分析周国驰1，齐心心2（1.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015；2.扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司，内蒙古 通辽 029100）摘要：为了研究露天煤矿排土场土地复垦初期群落演替特征，采用空间代替时间的方法，研究了寒旱区某露天煤矿排土场土地复垦14年内群落植被组成、植物多样性、植被盖度及生物量的年际间变化。结果表明：在20202022年间排土场中所监测到的植被种类分别为45、72、52种，不同年内植被群落结构组成差异较大；Shannon-Wiener指数在同年79月先增加后降低，Simpson指数20202021年间总体呈现增加趋势；复垦3年排土场植被盖度最大，达到90.06%；复垦2年生物量最大，达到20.76 t/hm2。关键词：排土场；土地复垦；群落结构；年际变化；演替中图分类号：TD88文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）05-0028-04Analysis on the inter-annual change of land reclamation results of open-pit dump in cold and arid areasZHOU Guochi1，QI Xinxin2（1.China Coal Science and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110015,China；2.Zhalute County Zhahanaoer Coal Industry Co.,Ltd.,Tongliao 029100,China）Abstract:In order to study the characteristics of community succession in the initial stage of land reclamation in the dump ofopen-pit coal mine.The article uses the method of space instead of time,studies the inter-annual changes of community vegetationcomposition,plant diversity,vegetation coverage and biomass within 14 years of land reclamation in the waste dump of open-pitcoal mine in cold and arid areas.The results show that:45,72 and 52 species of vegetation are monitored in the dump of open-pit coal mine from 2020 to 2022.The composition of vegetation community structure varies greatly in different years.The Shannon-Wiener index first increased and then decreased from July to September of the same year.The Simpson index shows an overallincrease trend from 2020 to 2021.The vegetation coverage of the waste dump is the largest in three years of reclamation,whichreaches 90.06%.The maximum biomass of reclamation in 2 years,which reaches 20.76 t/hm2.Key words:dump;land reclamation;community structure;inter-annual change;succession收稿日期：2023-02-27责任编辑：陈毓基金项目：中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重点资助项目（2018-2-ZD005）；中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司科技创新资金资助项目（NK017-2021）作者简介：周国驰（1993），男，辽宁沈阳人，工程师，硕士，2018 年毕业于沈阳农业大学，从事矿山生态修复与土地复垦技术工作。28露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月圆园圆园圆园圆圆年排土场中所监测到的植被种类由源缘种增加至缘圆种，其中在圆园圆员年出现植被种类最多，达到苑圆种。圆园圆园年共监测到植物员猿科，其中菊科植物所占比例最大，占比为圆愿援愿怨豫；禾本科占比为圆远援远苑豫，次之。圆园圆员年共监测到植物圆源科，植物科数较圆园圆园年增加了伞形科（粤责蚤葬糟藻葬藻）、牻牛儿苗科（郧藻则葬灶蚤葬糟藻葬藻）、兰科（韵则糟澡蚤凿葬糟藻葬藻）等共员员科，所增加的植物多为原生草原非人工种植的物种，这些植物进入排土场导致调查样地物种总数及所属科数显著增加。圆园圆员年菊科植物占比最大，达到圆猿援远员豫。圆园圆圆年所监测到的缘圆个植物种隶属于源园科，植物科数较圆园圆员年比减少了源科，所减少的圆园个植物种分比隶属于玄参科（杂糟则燥责澡怎造葬则蚤葬糟藻葬藻）、毛茛科（阅藻造责澡蚤灶蚤怎皂）百 合 科（粤造造蚤怎皂）、锦 葵 科（酝葬造增葬糟藻葬藻）、桔梗科（悦葬皂责葬灶怎造葬糟藻葬藻）科。与圆园圆员年比，新增员个植物种，为大戟科（耘怎责澡燥则遭蚤葬糟藻葬藻）植物。圆园圆圆年排土场植物组成中，仍然以菊科植物比图 员圆园圆园圆园圆圆 年各科植物种数作，采用“空间代替时间”的方法，研究干旱半干旱草原区露天煤矿排土场连续猿年植物组成变化，完成土地复垦员耀源年时间里的植物多样性、植被覆盖度及生物量的变化情况。员研究矿区生态修复概况及数据分析方法扎哈淖尔露天矿（东经员员怨毅园愿忆耀员员怨毅源远忆，北纬源缘毅员园忆耀源缘毅源园忆）位于霍林河煤田二号露天采区。煤田整体呈东西走向，东西长员猿援圆苑 噪皂，南北宽员援员缘耀猿援缘愿 噪皂，矿区面积猿员援猿远 噪皂圆。研究地区植物区系属于欧亚草原亚区、蒙古草原地区、东部蒙古亚地区范围，植被类型为地带性草甸草原，具有向森林草原过渡性质，植被有缘员科，员愿猿属，猿园园多种。矿区位于蒙古高原东部，属于内蒙古温带半干旱大陆性气候区。选择已进行复垦员耀源年地块进行植被种类调研及植物群落学特性监测，分别于圆园圆园圆园圆圆年连续猿年在植物生长季进行植物群落特征调查。在研究中选择植被盖度表征植物生长状况，植被盖度为植物群落地上部分的垂直投影面积占样方面积的百分比。选择常见的杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则多样性指数和杂蚤皂责泽燥灶优势度指数等指标来描述植物群落的物种多样性，衡量植物群落的恢复效果，计算方法如下：杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则多样性指数（匀忆）：匀忆越原杂蚤越员移孕蚤造灶 孕蚤杂蚤皂责泽燥灶优势度指数（阅）：阅越原移孕蚤2式中：匀忆为杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则多样性指数；阅为杂蚤皂责泽燥灶优势度指数；杂为调查样方内物种的数目；孕蚤为样方内某一种植物的密度占群落总密度的百分比。数据在耘曾糟藻造中进行整理并绘制图表，在杂孕杂杂中进行数据分析及显著性检验。利用最小显著差异检验（蕴杂阅）进行单因素方差分析，比较不同生态恢复措施下植被差异。2监测结果2援员排土场植被种类年际变化圆园圆园圆园圆圆年各科植物种数如图员。29露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月图 源不同复垦时间生物量变化情况图 猿不同复垦时间植被盖度变化情况图 圆植物多样性与优势度年际间变化例最大，占比为圆员援员缘豫，禾本科植物占比员苑援猿员豫，豆科植物占比怨援远圆豫。2援圆植物多样性年际变化植物多样性与优势度年际间变化如图圆。植物多样性是反应群落变化进程中的一个重要指标6。杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数中包含着种数、各种间个体分配的均匀性圆个因素。各种之间，植物种越多、个体分配越均匀，杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数就越大。杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数的年度内变化规律在猿年间表现出了一致性，即先增加后降低，这主要与降水、气温适宜，排土场中全部植物种均萌发出苗，植物种类最多，并且植物个体数目分配较均匀，因此均在愿月份达到最大值。在同一月份，不同监测年度内，杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数表现为圆园圆员年跃圆园圆圆年跃圆园圆园年，圆园圆员圆园圆圆年间均未表现出显著性差异（责跃园援园缘），但圆园圆园年杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数显著低于圆园圆员年和圆园圆圆年（责约园援园缘）。这也表明随着复垦时间的延长，周边非人工种植种不断定植再排土场中，导致排土场中植物种类在不断增多。杂蚤皂责泽燥灶指数除物种数目因素外，还着重考虑了每个物种的相对多度，杂蚤皂责泽燥灶指数越高，表示优势种越多，生物群落内不同种类生物数量分布越不均匀，物种集中性越高，表明优势生物的生态功能越突出。圆园圆园年的监测结果表明，怨月杂蚤皂责泽燥灶指数显著高 于苑月 和愿月（责 约园援园缘），圆园圆员年 和圆园圆圆年杂蚤皂责泽燥灶指数则表现为苑月高于愿月和怨月。在苑月份和愿月，不同监测年度内的杂蚤皂责泽燥灶指数表现为圆园圆园年显著低于圆园圆员年和圆园圆圆年（责约园援园缘），而在怨月的监测中，虽然变现出相同的规律，但是未表现出显著性差异（责跃园援园缘）。2援猿植被盖度年际变化不同复垦时间植被盖度变化情况见图猿。植被盖度是表征植物生长状况的一个重要指标7。在复垦前猿年时间内植被盖度逐年提高，并且达到差异显著水平（责约园援园缘），在复垦第猿年达到植被盖度最大值（怨园援园远豫），植被盖度在复垦第源年较复垦第猿年有所降低，但未达到差异显著水平。植被盖度的提高与植物种类增加有关，而随着复垦工作的完成，植物的立地条件不断改善和提升，更有利于植物的生长，导致植被盖度提高。2援源不同复垦时间生物量不同复垦时间生物量变化情况如图源。各复垦年度样地内平均生物量大小关系为：复垦圆年跃复垦猿年跃复垦源年跃复垦员年。复垦第员年至复垦第圆年，排土场植物生物量显著提高（责约30露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.5Oct.2023第 38 卷第 5 期2023 年 10 月（上接第27页）（猿）：怨缘原员园圆援苑 蔡美峰，冯锦艳，王金安援露天高陡边坡三维固流耦合稳定性 允 援北京科技大学学报，圆园园远（员）：远原员员援愿 黄润秋援岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制允 援岩石力学与工程学报，圆园园愿（愿）：员缘圆缘原员缘源源援怨 黄有堂援 基于模糊综合评价法的高陡边坡稳定性研究 阅 援大连：大连理工大学，圆园员源援员园 袁伟，徐荣忠援高陡边坡在断裂带影响下的变形破坏机理研究 允 援西部探矿工程，圆园员缘，圆苑（源）：员猿原员缘援员员 丁鑫品，王振伟，李伟援采动边坡失稳的动力过程及典型变形破坏机理允 援 煤炭学报，圆园员远，源员（员园）：圆远园远原圆远员员援员圆 何满潮，薛廷河，彭延飞援工程岩体力学参数确定方法的研究 允 援岩石力学与工程学报，圆园园员（圆）：圆圆缘原圆圆怨援员猿 陈祖煜，弥宏亮，汪小刚援边坡稳定三维分析的极限平衡法 允 援岩土工程学报，圆园园员，圆猿（缘）：缘圆缘原缘圆怨援园援园缘），在1年生植物的作用下，排土场成土母质开始熟化，土壤理化性质逐步改善，更加适合植物生长，2年生草木樨在第圆年表现出极高的优势度，在复垦圆年植物的生物量达到最大值圆园援苑远 贼/澡皂圆。复垦猿年的生物量小于复垦圆年，但未达到差异显著水平（责跃园援园缘），因为复垦猿年时草木樨开始退出生态位，虽然多年生植物逐渐成为优势种，但其个体生物量低于草木樨，因此生物量在第猿年有所下降。3排土场植被群落演替原因在1年生植物建群作用下，排土场重建生态系统中生态位逐渐打开，非人工种植种逐渐侵入，植物种类有较大程度的提高，多样性指数得到提高。但受植被生活型、排土场空间以及气候条件等因素影响，排土场植被群落组成不断变化，植被组成的变化体现了其更新演替过程，在生态重建的前期，1年生、2年生植物种逐渐退出生态位，多年生豆科、禾本科植物种逐渐成为优势种，资源竞争与种间竞争开始变强。即便如此，随着复垦工作的进行，排土场植被盖度总体上呈现出逐年增加的趋势。植物与环境存在着一定的相互关系，环境对植物群落的组成、结构、功能、成因、动态分布等都有影响8，在排土场生态重建的前源年，随着1年生草本植物生态位宽度的逐年降低，多年生草本植物的生态位宽度逐年提高。同一气候背景下的植物群落物种多样性特征主要由生境异质性决定，尤其是在小尺度范围内，生境差异是形成群落生物多样性差异的主要原因9，排土场土地复垦时间的越长，土壤熟化程度越高，土壤功能越健全，因此，不同复垦年限的地块群落多样性有所差异，总体上表现为植被盖度、生物量增加。4结语员）在圆园圆园圆园圆圆年间排土场中所监测到的植被种类分别为源缘、苑圆、缘圆种，不同年内植被群落结构组成差异较大。圆）杂澡葬灶灶燥灶原宰蚤藻灶藻则指数在同年苑怨月先增加后 降 低，圆园圆园圆园圆员年 间 总 体 呈 现 增 加 趋 势。杂蚤皂责泽燥灶指数苑怨月不同年内变化趋势不一致，圆园圆园圆园圆员年间总体呈现增加趋势。猿）复垦员耀猿年内排土场植被盖度逐年提升，在第源年略有降低。源）复垦员耀源年内生物量先增加后降低，并在复垦圆年达到最大值圆园援苑远 贼/澡皂圆。参考文献：1 杨勤学，赵冰清，郭东罡援中国北方露天煤矿区植被恢复研究进展 允 援生态学杂志，圆园员缘，猿源（源）：员员缘圆原员员缘苑援2 金立群，李希来，孙华方，等援不同恢复年限对高寒露天煤矿区渣山植被和土壤特性的影响 允 援生态学杂志，圆园员怨，猿愿（员）：员圆员原员圆愿援3 韩煜，赵伟，张淇翔，等援不同植被恢复模式下矿山废弃地的恢复效果研究 允 援水土保持研究，圆园员愿，圆缘（员）：员圆园原员圆缘援4 牛星，蒙仲举，高永，等援伊敏露天煤矿排土场自然恢复植被群落特征研究 允 援水土保持通报，圆园员员，猿员（员）：圆员缘原圆圆员援5 珊丹，邢恩德，荣浩，等援草原矿区排土场不同植被配置类型生态恢复 允 援生态学杂志，圆园员怨，猿愿（圆）：猿猿远原猿源圆援6 敖敦高娃，宝音陶格涛援不同时期放牧对典型草原群落地上生产力的影响 允 援中国草地学报，圆园员缘，猿苑（圆）：圆愿原猿源 援7 吴翊平，周国驰，杨卓，等援高寒地区煤矿排土场植被恢复研究以内蒙古扎哈淖尔煤矿为例 允.生态学报，圆园圆圆，源圆（圆源）：员园园愿愿原员园园怨苑援8 周红章援物种与物种多样性 允 援生物多样性，圆园园园（圆）：圆员缘原圆圆远援9 汪殿蓓，暨淑仪，陈飞鹏 援植物群落物种多样性研究综述 允 援生态学杂志，圆园园员（源）：缘缘原远园援31