在复杂地形条件下优化矿坡植被恢复措施的研究：以天山山脉南坡的白城煤矿为例

《Journal of Environmental Radioactivity》：Research on optimization measures of mine slope vegetation restoration under difficult site conditions: A case study in the Baicheng coal mine on the southern slope of the Tianshan Mountain Range

煤矸石基质下山地荒漠植被恢复受地形和基质显著影响，最优坡度20-35°植被覆盖率达24-27%。需控制砾石含量<40%并降低基质硬度，推荐草灌木配比2:2:1，以当地砂岩为基质结合工程改良，形成节水高效修复模式。

　　在世界范围内，煤炭开采活动对生态环境造成了深远的影响，尤其是在干旱地区。这些地区由于降水稀少，生态系统本身较为脆弱，一旦受到破坏，自然恢复的过程往往漫长而困难。本研究聚焦于中国新疆塔克拉玛干沙漠边缘的天山南麓矿区，具体地点为巴音郭楞蒙古自治州拜城县的润华煤矿。该地区的生态状况因煤炭开采而遭受严重退化，尤其是在煤矸石堆积区域，土壤条件恶劣，植被恢复面临诸多挑战。本研究通过对72个草甸样地进行分析，探讨了地形和基质因素对植物生长的影响，旨在为该区域的植被恢复提供科学依据和技术支持。

在干旱地区，煤炭开采不仅导致土地破坏，还伴随着大量的煤矸石等副产品堆积，形成巨大的废弃物堆积场。这些堆积场通常位于矿区附近，其土壤条件极为恶劣，常常表现为沙质化、贫瘠、盐碱化以及高陡坡地等特征。这些不利条件使得植被恢复变得尤为困难。例如，在沙质土壤中，水分保持能力差，土壤结构松散，导致植物难以扎根；而在高陡坡地，土壤容易被侵蚀，植物存活率低。因此，如何在这些困难条件下实现有效的植被恢复，成为生态修复研究的重要课题。

本研究采用方差分析和冗余分析等方法，评估了地形和基质因素对植物生长的综合影响。分析结果显示，地形因素在植被恢复过程中起到了关键作用。其中，纯砂岩基质、坡向和坡度对植被覆盖率和多样性产生了显著影响。研究表明，坡度在20°–35°之间的区域，植被覆盖率达到了24%–27%，这表明在该区域范围内，适宜的坡度能够为植物提供良好的生长环境。此外，研究还发现，基质中的砾石含量和基质硬度是影响植被恢复的关键变量。当砾石含量低于40%时，植被覆盖率可以达到27%，这表明降低砾石含量和改善基质硬度是提高植被恢复效率的重要措施。通过筛除细颗粒物质，可以有效减少砾石含量，从而改善基质的物理性质，为植物生长创造更好的条件。

在植物种类选择方面，研究提出了一种最优的植物比例：2种一年生植物、2种多年生植物和1种灌木。这一比例不仅有助于植被的快速恢复，还能确保植被的长期稳定性和可持续性。一年生植物能够迅速覆盖地表，抑制风沙侵蚀，为后续的多年生植物和灌木提供生长基础；多年生植物则能够在长期中维持土壤结构，提高土壤肥力；而灌木则能够增强植被的稳定性，防止水土流失。这种植物比例的优化，使得植被恢复不仅在短期内取得成效，还能在长期中维持生态系统的健康和稳定。

在具体的植被恢复措施方面，本研究建议采用本地常见的砂岩作为主要种植基质。这不仅降低了材料成本，还能够充分利用当地资源，减少对外部材料的依赖。此外，研究还提出了一系列综合性的优化措施，包括地形改造、基质改良、植物种类选择以及管理措施的优化。这些措施的综合应用，有助于在干旱、土壤贫瘠和生态脆弱的矿区实现有效的植被恢复。

研究还发现，在类似困难条件的矿区，植被恢复的成功率往往取决于多种因素的综合作用。例如，在西班牙的干旱地区，植被恢复需要根据坡地的位置和土壤厚度，采取不同的恢复模式。此外，突发降雨可能导致坡地上的养分分布出现空间差异，因此在植被恢复过程中，需要特别关注这些因素对植物生长的影响。在印度的极端干旱地区，短期恢复过程中外来物种往往占据主导地位，而长期恢复则依赖于本地物种的适应性。这表明，在植被恢复过程中，应结合短期和长期的恢复策略，合理选择植物种类。

在意大利，重金属污染的土壤通常通过添加有机肥料和种植耐污染植物来实现生态修复。这一方法不仅能够改善土壤质量，还能促进植物的生长和存活。而在以色列的内盖夫沙漠，针对超干旱地区的露天磷酸矿，研究人员通过将相邻地区的表土混合使用，作为覆盖层，显著提高了土壤质量和植被恢复的成功率。这种方法在干旱地区具有重要的应用价值，因为它能够有效改善土壤结构，增加土壤肥力。

在委内瑞拉的马格达莱纳岛，研究人员在沙矿区域通过添加水凝胶改善土壤条件，并种植本地的豆科和玉木科植物，取得了80%的植物存活率。这种方法不仅能够提高土壤的水分保持能力，还能促进植物的生长。在宾夕法尼亚州的菲利普斯堡露天煤矿，研究人员通过混合草籽和施用堆肥，实现了50%–76%的植被覆盖率。这表明，通过合理的土壤改良和植物选择，可以有效提高植被恢复的成功率。

此外，研究还发现，在半干旱地区，如南非，生态恢复通常需要结合有机肥料的应用和地形改造措施。不同坡度的区域，其土壤条件和植物生长需求存在差异，因此在植被恢复过程中，需要根据具体的地形和土壤条件，采取相应的恢复策略。这表明，植被恢复是一项复杂的系统工程，需要综合考虑多种因素，包括地形、土壤条件、植物种类选择以及管理措施的优化。

在新疆的塔克拉玛干沙漠边缘，由于土壤层较薄，植被恢复面临更大的挑战。本研究的实验区域覆盖了大量的风化砂岩，这种基质在新疆乃至中国干旱地区都非常常见。研究发现，在这种基质上进行植被恢复，需要特别关注基质的物理性质和水分保持能力。通过降低砾石含量和改善基质硬度，可以为植物提供更好的生长环境。同时，研究还发现，不同植物种类对基质的适应性存在差异，因此在植被恢复过程中，需要根据植物的生态适应性，合理选择植物种类。

本研究提出的植被恢复模型，不仅适用于新疆的塔克拉玛干沙漠边缘，还可能对其他类似地区的生态修复具有重要的参考价值。该模型结合了地形改造、基质改良、植物种类选择以及管理措施的优化，为干旱地区矿区的植被恢复提供了科学依据和技术支持。此外，研究还强调了在植被恢复过程中，应注重生态系统的长期稳定性和可持续性，避免短期内的过度干预导致生态系统的进一步退化。

综上所述，本研究通过系统的分析和实验，揭示了在干旱矿区进行植被恢复的关键因素，包括地形和基质的物理性质、植物种类的选择以及管理措施的优化。这些发现不仅为新疆的植被恢复提供了理论依据和技术支持，还为全球干旱地区矿区的生态修复提供了重要的参考。未来的研究可以进一步探讨不同植物种类在不同基质条件下的适应性，以及如何通过更精细的管理措施，提高植被恢复的成功率和生态效益。