黃土區(qū)大型露天煤礦復(fù)墾排土場(chǎng)植被恢復(fù)立地類型劃分
——以安太堡露天煤礦為例

張 靈, 白中科,2, 景 明, 曹銀貴, 陳曉輝

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083; 2.國土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035)

黃土區(qū)大型露天煤礦復(fù)墾排土場(chǎng)植被恢復(fù)立地類型劃分
——以安太堡露天煤礦為例

張 靈1, 白中科1,2, 景 明1, 曹銀貴1, 陳曉輝1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083; 2.國土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100035)

露天開采對(duì)土地破壞嚴(yán)重，立地條件復(fù)雜。只有綜合環(huán)境因素與植被生態(tài)習(xí)性，針對(duì)不同的立地類型進(jìn)行植被配置與管護(hù)才能達(dá)到對(duì)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的目的。為此以安太堡露天煤礦西排土場(chǎng)為研究對(duì)象，選定58個(gè)樣點(diǎn)，在樣點(diǎn)10 m×10 m范圍內(nèi)對(duì)海拔、坡向、坡位、坡度、坡型、覆土基質(zhì)、覆土厚度、土壤容重、土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、植被類型組合、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、地面非均勻沉降、河流動(dòng)能指數(shù)、地形起伏度，共18個(gè)立地因子進(jìn)行調(diào)查。分析排土場(chǎng)立地條件及特征，運(yùn)用SPSS聚類分析法對(duì)樣點(diǎn)進(jìn)行立地類型劃分。最終劃分為平臺(tái)、邊坡2個(gè)立地小區(qū)；平臺(tái)小區(qū)化分為9個(gè)立地類型組、13個(gè)立地類型，邊坡小區(qū)化分為9個(gè)立地類型組、20個(gè)立地類型。研究結(jié)果可以為排土場(chǎng)立地改良、植被恢復(fù)與維護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供依據(jù)。

黃土區(qū); 大型露天煤礦; 土地復(fù)墾; 排土場(chǎng); 立地條件;SPSS聚類分析; 立地類型

我國大型露天煤礦大多處于干旱、半干旱的生態(tài)脆弱區(qū)，劇烈的采礦擾動(dòng)，引發(fā)了地貌變遷、水土流失、農(nóng)業(yè)受損、生態(tài)失衡等一系列問題[1]。在這種生態(tài)系統(tǒng)極度退化的狀態(tài)下，“地貌重塑—土壤重構(gòu)—植被重建—生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)”的土地復(fù)墾模式是對(duì)露天礦區(qū)排土場(chǎng)這種特殊人工生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)的有效措施。露天開采造成土地受損嚴(yán)重，立地條件復(fù)雜，只有綜合氣候、海拔、坡向、坡度、坡位、地表物質(zhì)性狀等環(huán)境因素與植物生態(tài)習(xí)性，建立科學(xué)的立地類型體系，針對(duì)不同立地條件進(jìn)行植物的配置、栽植及管護(hù)才能達(dá)到對(duì)礦區(qū)排土場(chǎng)生態(tài)修復(fù)與恢復(fù)的目的。

當(dāng)前，我國森林立地的分類與評(píng)價(jià)研究已經(jīng)較為成熟，其立地多屬于地質(zhì)條件比較單一、土壤分布規(guī)律性較強(qiáng)的常態(tài)地貌區(qū)。隨著學(xué)科發(fā)展，立地類型劃分逐步延伸到植被恢復(fù)區(qū)：王德安等[2]對(duì)受自然條件和人為破壞影響的青島市基巖海岸進(jìn)行了宜林地的立地類型的調(diào)查與劃分；樊華等[3]用MATLAB軟件對(duì)門頭溝區(qū)的植被恢復(fù)立地類型進(jìn)行了聚類劃分；周應(yīng)書等[4]對(duì)喀斯特山地的生態(tài)學(xué)特性與喬灌草植物分布的相關(guān)性進(jìn)行多元回歸分析，應(yīng)用Fuzzy聚類分析建立了喀斯特山地植被恢復(fù)的立地類型劃分系統(tǒng)；高華端等[5]在研究強(qiáng)度石漠化地區(qū)立地屬性指標(biāo)空間分異特征及立地因子篩選的基礎(chǔ)上，建立了強(qiáng)度石漠化地區(qū)立地分類系統(tǒng)；王富等[6]利用聚類分析對(duì)淄博市城市周圍破壞山體進(jìn)行了立地類型劃分；趙薈[7]把探針式TDR測(cè)得的土壤水分作為黃土區(qū)陽坡的主要限制因子，用SPSS進(jìn)行聚類。

上述成果均為研究區(qū)的植被恢復(fù)及生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。立地類型劃分是立地分類研究的中心環(huán)節(jié)，是研究人工林地立地特點(diǎn)與植被空間格局的科學(xué)方法。人工植被恢復(fù)建設(shè)只有以立地分類為基礎(chǔ)，才能營造出穩(wěn)定高效的林地系統(tǒng)[8]。由于立地類型劃分具有地域差異性、半干旱黃土區(qū)生態(tài)環(huán)境的脆弱性，且針對(duì)大型露天礦區(qū)排土場(chǎng)此類劇烈人工擾動(dòng)的植被恢復(fù)區(qū)的立地特點(diǎn)與類型劃分研究仍處于空白。因此，本文以平朔礦區(qū)安太堡露天煤礦排土場(chǎng)為研究對(duì)象，通過立地條件的綜合調(diào)查，分析了立地條件對(duì)植被恢復(fù)的影響，應(yīng)用SPSS聚類分析進(jìn)行立地類型劃分，以期為排土場(chǎng)立地改良、植被恢復(fù)與維護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

安太堡露天礦區(qū)位于朔州市區(qū)與平魯區(qū)交界處(地理坐標(biāo)是112°10′58″—113°30′E，39°07′—39°37′N)，地處黃土高原晉、陜、蒙接壤地帶。該區(qū)位具有典型的大陸性氣候，干燥寒冷、風(fēng)沙嚴(yán)重；年平均氣溫5.4～13.8℃；降水量分布極不均勻，多集中在7—9月，占全年降水量的75%～90%，年平均降水量426.7 mm；原地貌土壤黃土廣布，侵蝕切割作用強(qiáng)烈，土壤的物理風(fēng)化強(qiáng)烈，土質(zhì)偏砂，土體干旱，通氣良好。

排土場(chǎng)作為礦區(qū)閉坑前的主要土地?fù)p毀區(qū)之一，是在極短時(shí)間內(nèi)形成的巨型松散堆積體，屬于典型的再塑地貌。安太堡露天礦共有排土場(chǎng)7座，其中外排土場(chǎng)5座和內(nèi)排土場(chǎng)2座，排土場(chǎng)呈平臺(tái)邊坡相間分布梯式地形，相對(duì)高度為100～150 m。開采和排棄工藝決定了排土場(chǎng)的巖土侵蝕性及不穩(wěn)定性，其既繼承了原地貌的地域特征又孕育了一種新的動(dòng)態(tài)變化[9]。

安太堡礦區(qū)自1985年以來，先后在內(nèi)外排土場(chǎng)試種植物98種，進(jìn)行喬、灌、草不同的配置模式的種植，常見植被復(fù)墾模式及侵入植被如表1所示[10]。

表1 不同復(fù)墾模式下的植被配置模式

2 研究方法

2.1 立地因子劃分

礦區(qū)實(shí)行采、排、復(fù)一體化流程作業(yè)，排土場(chǎng)經(jīng)過地貌重塑、土壤重構(gòu)、植被重建過程，較原地貌立地條件發(fā)生徹底改變。綜合排土場(chǎng)特性將其立地因子劃分為工程性因子、生物性因子及風(fēng)險(xiǎn)性因子。工程性因子是指在復(fù)墾過程中隨時(shí)間推移性狀不易改變的因子，包括地形特征的海拔、坡度、坡位、坡向、坡型和土壤機(jī)械特性的覆土基質(zhì)、覆土厚度；生物性因子是指在復(fù)墾過程中由于時(shí)間的推移及生物措施的影響，性狀隨時(shí)間推移會(huì)改變的因子，包括土壤理化指標(biāo)的土壤容重、土壤含水量、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量，土壤化學(xué)污染指標(biāo)的鎘、汞、硫、多環(huán)芳烴含量和植被特征指標(biāo)的植被類型、歸一化植被指數(shù)(NDVI)；風(fēng)險(xiǎn)性因子是指在復(fù)墾過程中易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的不穩(wěn)定性因子，包括平臺(tái)地面非均勻沉降、河流動(dòng)能指數(shù)、地形起伏度。

2.2 立地條件調(diào)查

根據(jù)排土場(chǎng)地形地貌、土壤、植被等特征，于2013年8月，在排土場(chǎng)平臺(tái)及邊坡布設(shè)58個(gè)典型樣點(diǎn)(平臺(tái)21個(gè)、邊坡37個(gè))。在樣點(diǎn)10 m×10 m范圍內(nèi)，進(jìn)行立地條件的取樣與調(diào)查。由GPS測(cè)定各樣點(diǎn)的海拔及地理坐標(biāo)；每個(gè)樣點(diǎn)去除表層植物，用環(huán)刀采取表層土進(jìn)行土壤容重、土壤含水量測(cè)定。由3分點(diǎn)混合得到一個(gè)土層土樣，測(cè)定0—20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量；分3個(gè)土層(0—20 cm，20—50 cm，50—100 cm)進(jìn)行鎘、汞、鉛、硫、多環(huán)芳烴含量測(cè)定；采用礦方地測(cè)部提供1 m間距等高線及高程點(diǎn)，在GIS平臺(tái)下生成的DEM(柵格為2 m×2 m)，通過DEM數(shù)字地形分析，提取坡向、坡位、坡度、坡型[11]、地形起伏度、河流動(dòng)能指數(shù)；以2012年7月WorldView-2衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源提取植被NDVI[12]；在樣點(diǎn)10 m×10 m范圍內(nèi)，進(jìn)行地表植被類型、巖土侵蝕情況等調(diào)查；通過資料查取與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)獲得覆土厚度、覆土基質(zhì)信息[9，13-18]。

3 立地條件分析

3.1 排土場(chǎng)立地因子選擇與分級(jí)

研究區(qū)海拔變化不大，土壤中的鎘、汞、鉛、硫、多環(huán)芳烴含量符合土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(修訂版)，無污染。因此，海拔、土壤化學(xué)污染作為共性因子在立地條件分析及劃分中不予與考慮。定性因子量化時(shí)，遵循各因子對(duì)植被恢復(fù)的限制(強(qiáng)、中、弱)程度大小，通過評(píng)分法(分值分別為3，2，1)確定非共性立地因子體系表(表2)。

表2 立地因子表

3.2 平臺(tái)立地條件分析

(1) 平臺(tái)立地特殊性。坡向影響光照的時(shí)間和強(qiáng)度、風(fēng)力強(qiáng)弱、水分等狀況，研究區(qū)坡向分為陰坡、半陰坡、陽坡、半陽坡和全坡；坡度主要影響土壤水土保持能力。坡度大則土壤發(fā)展受到影響，降雨條件下，水土流失發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)大，不利于養(yǎng)分、水分積累[19-20]。平臺(tái)平地范圍占67%，低坡地占28%，緩坡地占5%；研究區(qū)為土石混排的堆砌體，地表物質(zhì)組成復(fù)雜、覆土具有隨機(jī)性。黃土及黃土狀物質(zhì)占大部分，局部漏蓋地段覆蓋紅黏土，只有少量地段母質(zhì)為土石混雜物。不同的地表物質(zhì)決定了土壤的物理結(jié)構(gòu)、保水保肥性、養(yǎng)分以及巖土侵蝕形式；不同植被的根群圈不同，覆土厚度選需求亦不同[21]，平臺(tái)主要為厚層覆土；受排土及大型機(jī)械的輾壓影響，平臺(tái)土壤容重較大且分布不具規(guī)律性，主要在1.3～1.9 g/cm3之間比原地貌土壤容重大約0.2～0.5 g/cm3。不利于水分入滲，降雨后易形成高動(dòng)能的地表匯流，是平臺(tái)巖土侵蝕的最根本原因。土壤結(jié)構(gòu)也發(fā)生較大變化，易板結(jié)，限制了植被的扎根與生長；研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體偏低，有機(jī)質(zhì)、全氮虧缺，均值分別為1.073%，0.047%；由于排土場(chǎng)堆置厚度各部位不等，顆粒組成差異大，自然固結(jié)率不同，在重力和水流入滲作用下，很容易產(chǎn)生地面非均勻沉降，加重平臺(tái)水土流失。地面徑流匯入沉降裂縫及潛蝕，可能誘發(fā)排土場(chǎng)整體失衡[22-23]。

(2) 平臺(tái)立地因子相關(guān)性分析。對(duì)平臺(tái)的工程性因子、風(fēng)險(xiǎn)性因子與生物性因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。由于人為擾動(dòng)劇烈，研究區(qū)平臺(tái)除坡向與土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量、地形起伏度與NDVI、覆土基質(zhì)與土壤容重及植被類型顯著負(fù)相關(guān)，地面穩(wěn)定性與土壤含水量顯著正相關(guān)外，其他立地因子間的相關(guān)性極低(表3)。

(3) 平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)性分析。平臺(tái)立地特殊性決定了其具有較高的巖土侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，選取坡度、覆土基質(zhì)、覆土厚度、土壤容重、植被類型、NDVI、地面非均勻沉降、河流動(dòng)能指數(shù)、地形起伏度作為平臺(tái)巖土侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的影響因素。計(jì)算樣點(diǎn)巖土侵蝕風(fēng)險(xiǎn)值：E=Pi·Qi；其中，E為平臺(tái)巖土侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，Pi為影響因素的分值；Qi為各影響因素的權(quán)重，采用對(duì)比求和評(píng)分法中的0～4評(píng)分法[10]確定權(quán)重系數(shù)(表4)。結(jié)合平臺(tái)的實(shí)際情況，將平臺(tái)巖土侵蝕(1.32～2.15)分為三個(gè)等級(jí)：E1無風(fēng)險(xiǎn)：1.32～1.74(42.9%)；E2低風(fēng)險(xiǎn)：1.74～2(48.5%)；E3：高風(fēng)險(xiǎn)>2(8.6%)。

表3 平臺(tái)工程性因子、地質(zhì)災(zāi)害因子與生物性因子Pearson相關(guān)性

注：*為<0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**為<0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表4 平臺(tái)巖土侵蝕風(fēng)險(xiǎn)影響因素權(quán)重

3.3 邊坡立地條件分析

(1) 邊坡立地特殊性。坡向由陰坡向陽坡過渡中，邊坡的NDVI變化規(guī)律與原地貌相符；排土場(chǎng)邊坡緩坡、斜坡各占約50%；自上坡—中坡—下坡，土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量及NDVI變化規(guī)律與原地貌相同，呈增加趨勢(shì)(表5)。上坡優(yōu)勢(shì)群種為草灌類，中下坡草灌喬比例增加。巖土侵蝕強(qiáng)度隨坡位的不同而異，下坡發(fā)生侵蝕頻次及侵蝕溝寬深比均大于中坡和上坡；坡型包括凹型坡、直型坡、凸型坡，邊坡的剖面形態(tài)對(duì)滑坡的孕育有著重要影響作用。凸型坡、直型坡發(fā)生滑坡的概率高于凹型坡。其中邊坡與平臺(tái)交界處以凸型坡為主，由中坡到下坡坡型逐漸由直型坡過渡到凹型坡。接近的41%邊坡為直型坡，凹型坡大約32%，凸型坡約27%；邊坡物質(zhì)組成同樣具有隨機(jī)性，有的坡面覆有薄層黃土狀物質(zhì)，有的坡面地表裸露著碎礫或石塊。土狀物質(zhì)的土壤顆粒較細(xì)，易于植物的扎根、生長。砂質(zhì)、礫質(zhì)土機(jī)械組成較差，其中部分混有大礫。還有一些是石礫土，地表植被稀疏，以草本為主；邊坡未經(jīng)機(jī)械壓實(shí)，土體較疏松(1.2～1.6 g/cm3)、顆粒大、膠結(jié)差，易產(chǎn)生土壤侵蝕。不同物質(zhì)構(gòu)成對(duì)侵蝕程度或破壞類型不同：在黃土邊坡，在中下坡出現(xiàn)輕微細(xì)溝侵蝕。紅黏土斜坡上，坡面細(xì)溝侵蝕交織成網(wǎng)，有發(fā)生瀉溜的危險(xiǎn)。砂質(zhì)、礫質(zhì)坡在重力作用下，沙土向坡角傾瀉，飽和后可能引發(fā)泥石流。土石混排區(qū)砂礫化較為明顯。在煤矸石埋深淺的部位易發(fā)生自燃，其對(duì)植被立地條件的破壞幾乎是不可修復(fù)的。

表5 不同坡位上相關(guān)因子差異特征

(2) 邊坡立地因子相關(guān)性分析。對(duì)邊坡的工程性因子、風(fēng)險(xiǎn)性因子與生物性因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。研究區(qū)邊坡除坡向與NDVI顯著負(fù)相關(guān)，坡位與植被類型顯著正相關(guān)外，其他立地因子間的相關(guān)性極低(表6)。

(3) 邊坡穩(wěn)定性分析。邊坡立地特殊性決定了其具有不穩(wěn)定性，選取坡位、坡度、坡型、覆土基質(zhì)、土壤容重、植被類型、NDVI、河流動(dòng)能指數(shù)、坡度起伏度作為邊坡穩(wěn)定性影響因素，同平臺(tái)侵蝕風(fēng)險(xiǎn)分析確定影響因素權(quán)重、計(jì)算穩(wěn)定性分值：S=Bi·Qi；S為邊坡穩(wěn)定性，Bi為影響因素分值，Qi為各影響因素的權(quán)重(表7)，最終將邊坡穩(wěn)定性分值(1.3～2.4)分為兩類：S1穩(wěn)定：1.3～2.3(70%)，S2不穩(wěn)定：>2.3(30%)。

表6 邊坡工程性因子、地質(zhì)災(zāi)害因子與生物性因子Pearson相關(guān)性

注：*為<0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**為<0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表7 邊坡穩(wěn)定性影響因素權(quán)重

4 排土場(chǎng)微立地類型劃分

依據(jù)上述植被恢復(fù)立地因子特點(diǎn)，按立地類型小區(qū)、立地類型組、立地類型的三級(jí)分類系統(tǒng)進(jìn)行分類。

4.1 平臺(tái)立地類型

根據(jù)平臺(tái)立地特點(diǎn)，選取坡度、坡向、覆土基質(zhì)、覆土厚度、土壤容重、地面非均勻沉降、地形起伏度、河流動(dòng)能指數(shù)8個(gè)非生物性因子為變量，運(yùn)用SPSS軟件，采用組間聯(lián)接的聚類方法、以平方Euclidean距離為度量標(biāo)準(zhǔn)，Z得分標(biāo)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)排土場(chǎng)平臺(tái)各樣點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)聚類[18，24]。

結(jié)合平臺(tái)立地條件分析及立地因子相關(guān)性分析，選取坡向、覆土厚度、覆土基質(zhì)為主導(dǎo)因子。按照“坡向+覆土基質(zhì)”，二段式命名法對(duì)平臺(tái)立地類型組進(jìn)行命名；按照“坡向+覆土厚度+覆土基質(zhì)+風(fēng)險(xiǎn)性”，四段式命名法對(duì)平臺(tái)立地類型進(jìn)行命名[13-18，24](表8)，完全組合可得到135種立地類型，在調(diào)查范圍內(nèi)有9種立地類型組、13種立地類型。

表8 平臺(tái)立地類型劃分結(jié)果

平臺(tái)立地類型特征及植被恢復(fù)狀況：類型Ⅰ陽坡黃土型，植被覆蓋度高，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量較低。厚層覆土區(qū)，植物生長無明顯限制因子。薄層覆土區(qū)，檸條等灌木長勢(shì)較好；類型Ⅱ陽坡礫質(zhì)型，土質(zhì)疏松，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量低，有大面積沙棘枯死，出現(xiàn)小陷坑等巖土侵蝕痕跡；類型Ⅲ半陽坡黃土型，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量較高。植被覆蓋率高的區(qū)域土壤容重??；類型Ⅳ半陽坡紅黏土型，土質(zhì)緊實(shí)，植被較稀疏，水土流失嚴(yán)重，土壤較貧瘠；類型Ⅴ半陽坡礫質(zhì)型，土質(zhì)疏松，土層薄，土壤養(yǎng)分貧瘠，導(dǎo)致“小老樹”產(chǎn)生。地面有非均勻沉降痕跡；類型Ⅵ半陰坡黃土型，土層厚，土質(zhì)緊實(shí)，土壤含水量、土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量較高。植物生長限制因素少，具有很好的立地條件；類型Ⅶ半陰坡礫質(zhì)型，厚層覆土，土質(zhì)偏緊實(shí)，土壤養(yǎng)分較貧瘠。地形起伏較大，是水土流失易發(fā)區(qū)域；類型Ⅷ陰坡黃土型，土層厚，土壤含水量及土壤養(yǎng)分較高。植物生長限制因素少，具有較好的立地條件；類型Ⅸ全坡黃土型，為平臺(tái)頂部地區(qū)。土層厚，土質(zhì)疏松，土壤有機(jī)質(zhì)及全氮較高，主要為農(nóng)用地及其防護(hù)林帶。

4.2 邊坡立地類型

根據(jù)邊坡立地特點(diǎn)，選取坡度、坡向、坡位、坡型、基質(zhì)、土壤容重、地形起伏度、河流動(dòng)能指數(shù)8個(gè)非生物性因子為變量，采用與平臺(tái)相同的方法對(duì)邊坡各點(diǎn)進(jìn)行聚類。

結(jié)合邊坡立地條件分析及立地因子相關(guān)性分析，選取坡向、坡位、坡度、基質(zhì)為主導(dǎo)因子。按照“坡向+坡位”，二段式命名法對(duì)邊坡立地類型組進(jìn)行命名；按照“坡向+坡位+基質(zhì)+穩(wěn)定性+坡度”，五段式命名法對(duì)邊坡立地類型進(jìn)行命名[13-18，24](表9)，完全組合可得到144種立地類型，在調(diào)查范圍內(nèi)有9種立地類型組、20種立地類型。

邊坡立地類型特征及植被恢復(fù)狀況：類型Ⅰ陽坡上部坡，土壤含水量及土壤養(yǎng)分最低，土質(zhì)疏松，凸形坡多見，礫質(zhì)及坡度大的地區(qū)易產(chǎn)生土壤侵蝕；類型Ⅱ陽坡中部坡，土壤養(yǎng)分低。直型坡，在礫質(zhì)坡面易產(chǎn)生溝蝕；類型Ⅲ陽坡下部坡，土壤含水量及土壤養(yǎng)分有所增加，有冰草、榆樹等植被侵入[25-26]。礫質(zhì)陡坡上，植被稀疏，石礫化嚴(yán)重，有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)性；類型Ⅳ半陽坡中部坡，土壤養(yǎng)分較低。石礫質(zhì)坡面上，有大塊石頭裸露，只有草本和稀疏灌木生長；類型Ⅴ半陽坡下部坡，土壤含水量及土壤養(yǎng)分較高，有較高穩(wěn)定性；類型Ⅵ半陰坡上部坡，紅黏土質(zhì)坡面有小細(xì)溝侵蝕，礫質(zhì)坡面有輕微礫化；類型Ⅶ半陰坡中部坡，偏土質(zhì)緊實(shí)，土樣養(yǎng)分較好，植被覆蓋度較高，在礫質(zhì)坡面有侵蝕溝逐漸變小；類型Ⅷ半陰坡下部坡，土壤養(yǎng)分較高。土質(zhì)坡面具有很好的立地條件；類型Ⅸ陰坡上部坡，礫質(zhì)坡面，土壤較疏松，易發(fā)生水土流失。

表9 邊坡立地類型劃分結(jié)果

5 植被恢復(fù)優(yōu)化措施

植被重建是土地復(fù)墾的基礎(chǔ)與成敗關(guān)鍵，不同的立地類型決定著植被恢復(fù)的難易程度、植被類型的配置類型及演替規(guī)律。其中，平臺(tái)厚層黃土型、邊坡土質(zhì)中/下部坡型具有良好的立地條件，有利于植被恢復(fù)。在排土場(chǎng)構(gòu)筑過程中，應(yīng)避免礫質(zhì)、礫石質(zhì)覆土的出現(xiàn)；豆科牧草(如：沙打旺、紫花苜蓿、草木樨等)能夠短期內(nèi)取得水土保持、改善土壤營養(yǎng)狀況的成效；通過培植耐干旱、耐貧瘠、生命力強(qiáng)、防風(fēng)固沙能力較強(qiáng)的植被(如：沙棘、檸條等)使植物生境逐步得到改善；陽坡栽植喜光植被(如：沙棘、沙棗、油松、刺槐、新疆楊等)，陰坡應(yīng)栽植耐陰植被(如：沙柳、榆樹、旱柳等)；合理配置植物空間，減少植物內(nèi)部的相互競(jìng)爭(zhēng)。喜光、速生的植物種植宜稀一些，耐陰、生長慢的宜密一些；采用較好的混交林種植模式(如：刺槐×油松×檸條林、刺槐×油松林、刺槐×沙棘林)，充分利用營養(yǎng)空間，有利于立地條件的改善、防護(hù)效能的發(fā)揮、抵抗災(zāi)害能力的提升；必要時(shí)增施肥料，加快復(fù)墾土壤熟化，改善其營養(yǎng)狀況；對(duì)于水土流失嚴(yán)重的區(qū)域及不穩(wěn)定邊坡，加強(qiáng)平臺(tái)堆狀地面、坡面截排工程、道路硬化等工程措施的實(shí)施；采取“苗木防凍、鋤草、施肥、修枝、間伐”等植被維護(hù)及管理技術(shù)，防范植被退化、推動(dòng)復(fù)墾區(qū)植被與生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與正向演替。

6 結(jié) 論

(1) 本文立地類型劃分的數(shù)據(jù)建立在安太堡礦區(qū)西排土場(chǎng)基礎(chǔ)上，雖然調(diào)查范圍未涵蓋露天礦區(qū)所有排土場(chǎng)，但是分類方法具有一定科學(xué)性，分類體系較為完整、涉及了排土場(chǎng)范圍內(nèi)所有可能的立地類型。

(2) 本文立地類型劃分的對(duì)象是復(fù)墾后的排土場(chǎng)，其劃分方法及體系同樣適用于未復(fù)墾的排土場(chǎng)。針對(duì)不同的立地類型以及復(fù)墾區(qū)呈現(xiàn)出的立地條件變化、植被恢復(fù)規(guī)律，對(duì)未復(fù)墾排土場(chǎng)的植被選配等重建技術(shù)具有指導(dǎo)意義。

[1] 魏忠義,王云鳳,李曉雷等.露天礦區(qū)景觀恢復(fù)與整治措施探討[J].金屬礦山,2012(1):144-146.

[2] 德安,郭仕濤,孫大慶,等.青島市大陸基巖海岸宜林地立地類型的劃分[J].山東林業(yè)科技,1996(4):43-46.

[3] 樊華,趙方瑩,孫保平,等.北京市門頭溝區(qū)植被恢復(fù)立地類型劃分[J].中國水土保持,2007(8):29-31.

[4] 周應(yīng)書,何興輝,謝永貴,等.畢節(jié)喀斯特山地植被恢復(fù)立地類型劃分[J].林業(yè)科學(xué),2009,44(12):123-128.

[5] 高華端,林澤北,羅婷,等.貴州省強(qiáng)度石漠化區(qū)立地分類系統(tǒng)研究[J].水土保持研究,2011,18(2):26-29.

[6] 王富,李紅麗,董魯光,等.淄博市周邊破壞山體立地類型劃分[J].山東林業(yè)科技,2008,38(3):41-43.

[7] 趙薈,朱清科,王晶,等.黃土區(qū)陽坡不同立地植被恢復(fù)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012,26(3):116-121.

[8] 萬浩宇,高欣,高保山,等.陜北資源開發(fā)區(qū)植被恢復(fù)與重建制約因子調(diào)查分析[J].陜西林業(yè)科技,2011(3):31-35.

[9] 王治國,佟則昴.黃土區(qū)大型露天礦排土場(chǎng)巖土侵蝕及其控制技術(shù)的研究[J].水土保持學(xué)報(bào),1994,8(2):10-17.

[10] 郝蓉,白中科,趙景逵,等.黃土區(qū)大型露天煤礦廢棄地植被恢復(fù)過程中的植被動(dòng)態(tài)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(8):1470-1476.

[11] 殷昊,劉飛,杜立新,等.黃土高原區(qū)地形與植被分布規(guī)律對(duì)滑坡發(fā)生概率的影響[J].現(xiàn)代地質(zhì),2010,24(5):1016-1021.

[12] 衛(wèi)亞星,王莉雯,劉闖.基于MODIS NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)的青海省草地分級(jí)[J].資源科學(xué),2008,30(5):688-693.

[13] 王富,李紅麗,董智,等.城市周邊破壞山體的立地條件類型劃分及其植被恢復(fù)措施:以山東淄博市為例[J].中國水土保持科學(xué),2009,7(1):92-96.

[14] 樊華,趙方瑩,孫保平,等.北京市門頭溝區(qū)植被恢復(fù)立地類型劃分[J].中國水土保持,2007(8):29-31.

[15] 趙鵬祥,徐國策,王鴻哲,等.基于GIS的陜北農(nóng)牧交錯(cuò)帶立地類型劃分研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,37(10):76-82.

[16] 賴挺.四川巨桉人工林立地分類研究[D].四川 雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.

[17] 趙飛.淄博市四寶山破壞山體立地分類與評(píng)價(jià)研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[18] 田濤.北京典型邊坡立地條件類型劃分研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué),2011.

[19] 閆德仁,趙麗.華北落葉松,興安楊樹人工林對(duì)土壤養(yǎng)分變化的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,41(1):27-31.

[20] 易亮,李凱榮,張冠華,等.渭北黃土高原經(jīng)濟(jì)林地土壤養(yǎng)分特征研究[J].水土保持研究,2009,16(2):186-190.

[21] 馮全洲,徐恒力.土地復(fù)墾的覆土厚度及覆土基質(zhì)確定[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù):英文版,2009,10(4):183-188.

[22] 呂春娟,白中科,秦俊梅,等.黃土區(qū)大型排土場(chǎng)巖土侵蝕特征研究:以平朔礦區(qū)排土場(chǎng)為例[J].水土保持研究,2006,13(4):233-236.

[23] Zhang Y, Liu B, Zhang Q, et al. Effect of different vegetation types on soil erosion by water[J]. Acta Botanica Sinica,2002,45(10):1204-1209.

[24] 鄧送求,閆家鋒,關(guān)慶偉,等.基于聚類分析的風(fēng)景林立地類型劃分[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009(3):73-77.

[25] 李晉川,白中科,張立城，等.露天煤礦土地復(fù)墾與生態(tài)重建[M]. 北京:科學(xué)出版社,2000.

[26] 郭逍宇,張金屯,宮輝力,等.安太堡礦區(qū)復(fù)墾地植被恢復(fù)過程多樣性變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(4):763-770.

TypeClassificationforVegetationRestorationonDumpofLargeOpencastCoal-MineinLoessArea-TakingAntaibaoOpencastCoal-MineasanExample

ZHANG Ling1, BAI Zhong-ke1,2, JING Ming1, CAO Yin-gui1, CHEN Xiao-hui1

(1.CollegeofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.KeyLaboratoryofLandConsolidationandRehabilitation,MinistryofLandandResources,Beijing100035,China)

Opencast mining has led to severe land damage and intricate site conditions, only by taking full accounts of environmental factors and ecological habits of vegetation and, according to different site types, conducting appropriate vegetation configuration and management can make the goal of ecological restoration of mining area achieved. Thus, the western dump of Antaibao opencast coal mine was selected as the site, 58 samples were taken in this research site. Within the scope of 10 m×10 m at each sample plot, the total amount of 18 site factors were examined, such as altitude, aspect, slope position, slope, slope type, soil matrixes, soil thickness, soil bulk density, soil water content, organic matter content, total nitrogen content, vegetation type, NDVI, non-uniform settlement of ground, relief degree of land surface and rivers momentum index. Based on the analysis of site conditions and characteristics of dump, site type was divided by using the clustering analysis method of SPSS. The study area was eventually divided into 2 site areas: the platform and the slope. The platform area was classified into 9 site groups and 13 site types; similarly, the slope area was divided into 9 site groups and 20 site types. This classification can provide the guidance for the improvement of mine site conditions, vegetation restoration and maintenance as well as the local ecosystem restoration.

loess area; large opencast coal-mine; land reclamation; dump; site conditions; SPSS clustering analysis; site type

2014-01-21

：2014-03-25

國土資源部公益行業(yè)科研專項(xiàng)課題(201311088-02)

張靈(1989—),女,河北省定州人,博士生,主要從事土地整理復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)研究。E-mail:zhangling19891101@163.com

白中科(1963—),男,山西省運(yùn)城人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地整理復(fù)墾與生態(tài)修復(fù)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究工作。E-mail:baizk@cugb.edu.cn

S718.5；S725.1

：A

：1005-3409(2014)06-0054-07