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为探究煤矿复垦区植被演替对生态系统内部调控机制，研究人员以鄂尔多斯矿区人工沙棘（Hippophae rhamnoides）林为对象，分析不同恢复时期土壤质量、生态网络结构及功能。发现土壤质量随复垦时间提升，OM、细菌 Chao1 指数为关键指标，生态网络稳定性增强，相关结果为矿区生态修复提供参考。
煤矿开采在推动经济发展的同时，给矿区及周边环境带来了诸多 “创伤”，如土壤结构破坏、植被覆盖减少、土壤侵蚀等，使得矿区生态环境愈发脆弱。尽管植被重建后矿区生态系统的结构和功能有所改善，但与未受干扰的原生生态系统相比，仍较为脆弱，稳定性差且对环境变化敏感。因此，深入分析土壤质量、全面了解矿区生态系统的结构和功能，对于保障煤矿复垦区的生态可持续性、准确评估植被恢复后的生态系统恢复状况至关重要。
为解决上述问题，来自国内相关研究机构的研究人员以内蒙古鄂尔多斯矿区的人工沙棘（Hippophae rhamnoides）林生态系统为研究对象，开展了植被重建后矿区生态系统结构和功能因子的调控作用及其对土壤质量动态影响的研究。该研究成果发表在《CATENA》上，旨在阐明沙棘林在不同复垦时期的土壤质量、网络结构和生态系统功能的动态变化，为煤矿复垦区植被恢复后生态系统功能因子与土壤质量的相互调控关系提供科学依据。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过主成分分析（PCA）对 19 项土壤性质进行分析，筛选出评估土壤质量的最小数据集（MDS）；运用网络分析方法构建生态系统网络，量化生态系统的复杂结构，分析网络节点度、聚类系数等指标以评估生态系统的稳定性和因子间的相互关系；利用结构方程模型（SEM）探究生态功能因子对土壤质量的影响路径和直接 / 间接效应。研究选取了不同复垦年限（包括初始阶段、中期和较长恢复期）的沙棘林样地，采集土壤样本和植被数据，并对土壤理化性质（如土壤有机质（OM）、全磷（TP）、有效磷（AP）、土壤颗粒组成等）、土壤微生物多样性（细菌 Chao1 指数、真菌 Shannon 指数）以及植被群落特征（如草本多样性、生物量）进行测定。
不同复垦年限土壤质量评估
通过主成分分析发现，前五个主成分的累积解释力达 81.976%，筛选出的最小数据集（MDS）包括沙粒含量、细菌 Chao1 指数、真菌 Shannon 指数、全磷（TP）、土壤总孔隙度（TCP）、土壤有机质（OM）、有效磷（AP）和毛管持水量（CWHC）。其中，土壤有机质（OM）和细菌 Chao1 指数是评估土壤质量的关键指标，且土壤质量指数随复垦年限的增加而显著提升，表明植被恢复时间越长，土壤质量改善越明显。
复垦年限对生态系统网络结构的影响
随着复垦年限的增加，生态系统网络的连接度逐渐增强，结构稳定性提升，网络中的连接数在复垦第 7 年达到峰值。植被恢复改变了生态系统网络的枢纽节点，初期土壤颗粒组成（如沙粒含量）和持水能力是主要枢纽因子，而随着时间推移，植被生物量和草本多样性逐渐成为影响生态系统结构的关键因素，说明生态系统从依赖土壤物理性质逐步转向依赖生物因子调控。
生态功能因子对土壤质量的影响
结构方程模型表明，土壤有机质（OM）、有效磷（AP）和林下草本多样性是影响土壤质量的主要生态功能因子。土壤有机质通过改善土壤肥力和微生物生境间接促进土壤质量提升，有效磷直接参与土壤养分循环，而草本多样性通过增强生态系统复杂性和资源利用率对土壤质量产生积极影响。
研究结论表明，沙棘林植被恢复显著改善了煤矿复垦区的土壤质量，生态系统网络结构随复垦年限的增加而趋于稳定，且土壤质量的提升受土壤理化性质、微生物多样性和植被群落特征的共同调控。最小数据集（MDS）的建立为矿区土壤质量快速评估提供了科学依据，而网络分析和结构方程模型揭示了生态系统从物理驱动向生物驱动的演替规律。该研究不仅深化了对矿区植被恢复后生态系统自组织机制的理解，也为干旱半干旱矿区的生态修复策略制定提供了关键参数，例如优先选择能够快速提升土壤有机质和微生物多样性的植被物种，以及通过优化草本层结构增强生态系统稳定性。此外，研究结果对于全球类似矿区的土地可持续管理具有重要的参考价值，尤其是在平衡生态恢复与资源开发矛盾方面，为实现矿区生态 - 社会 - 经济复合系统的协同发展提供了理论支撑。
