海州露天煤礦排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)

呂剛，劉雅卓，李葉鑫，傅昕陽，宋子嶺

1. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；3. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000

海州露天煤礦排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)

呂剛1,2，劉雅卓1，李葉鑫1,3，傅昕陽1，宋子嶺1

1. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；3. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000

為揭示排土場復(fù)墾區(qū)植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)，選取12個(gè)環(huán)境因子作為排土場植被恢復(fù)過程中土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立排土場土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)模型，并對6種復(fù)墾植被類型下（刺槐Robinia pseudoacacia林地、榆樹林地、混交林地、灌木林地、農(nóng)地和荒草地）土壤水文效應(yīng)進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明：（1）土壤因子、水分因子和植被因子的權(quán)重值分別為0.513 8、0.193 0和0.293 2，各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重在0.031 8～0.146 2之間；（2）排土場不同植被恢復(fù)模式的土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)大小順序?yàn)榇袒绷值兀?.553 85）＞混交林地（0.534 9）＞榆樹林地（0.521 3）＞灌木林地（0.429 2）＞荒草地（0.375 3），較農(nóng)地（0.361）分別提高53.41%、48.17%、44.4%、18.89%和3.96%；（3）植被恢復(fù)可以有效地改善排土場的土壤水文效應(yīng)，且以喬木林恢復(fù)效果更佳。該研究可為排土場不同植被恢復(fù)過程中土壤水文效應(yīng)的評價(jià)提供較為科學(xué)的評價(jià)指標(biāo)體系，同時(shí)為排土場土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)和新的分析角度。關(guān)鍵詞：土壤水文；排土場；復(fù)墾植被；層次分析法；露天煤礦；評價(jià)

排土場是露天開采過程中形成的平臺(tái)-邊坡相間的階梯寶塔狀巨型人工松散堆積體，具有坡面較陡、結(jié)構(gòu)松散、土壤貧瘠、植被覆蓋度低、生態(tài)修復(fù)難度大等特性（魏忠義等，2003），是一種典型的重構(gòu)土體，其水土流失程度和強(qiáng)度更為劇烈。因此，如何快速恢復(fù)植被是排土場復(fù)墾所要面臨的首要問題。人工植被構(gòu)建是生態(tài)恢復(fù)的主要措施，也是最有效的恢復(fù)方法之一，它可通過整治改造使喪失的生產(chǎn)能力重新得到利用，有效地恢復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，提高植物多樣性和植被覆蓋度，從而提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、防治水土流失、增強(qiáng)土壤水源涵養(yǎng)功能，被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)、荒漠區(qū)、濕地等地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)（Henry et al.，2000）。

目前，關(guān)于排土場復(fù)墾土壤的研究已成為熱點(diǎn)。從土壤侵蝕和土壤理化性質(zhì)角度，白中科等（1997）研究了安太堡露天煤礦不同區(qū)域的水土流失特征及其危害，并提出礦區(qū)水土流失治理重點(diǎn)和水土保持措施。史倩華等（2016）以內(nèi)蒙古永利煤礦不同排土年限和植被措施的排土場為研究對象，分析其邊坡細(xì)溝侵蝕特征。郭建英等（2015）以不同治理措施的排土場為研究對象，研究植被生長-枯萎對邊坡產(chǎn)流、產(chǎn)沙的影響，認(rèn)為降雨強(qiáng)度和降雨量是邊坡產(chǎn)流、產(chǎn)沙的主控因子，并提出合理的生物-工程措施是控制礦區(qū)排土場邊坡土壤侵蝕的最有效途徑之一。趙洋等（2015）研究了黑岱溝露天煤礦北排土場5種不同人工植被配置條件下草本植物的種類和數(shù)量，認(rèn)為豆科植物可以促進(jìn)排土場草本植物多樣性恢復(fù)和改善土壤質(zhì)量。方瑛等（2016）以黑岱溝露天煤礦排土場不同植被恢復(fù)方式下復(fù)墾土壤為研究對象，研究了不同植被恢復(fù)方式下土壤理化性質(zhì)的差異。

從排土場生態(tài)重建與恢復(fù)角度，孫泰森等（2001）以平朔安太堡露天煤礦為例，論述了大型露天煤礦廢棄地生態(tài)重建的理論與方法。白中科等（1998）研究了平朔安太堡露天煤礦土地?cái)_動(dòng)特征和生態(tài)重建適用技術(shù)，提出了5項(xiàng)工程復(fù)墾技術(shù)和3項(xiàng)生物復(fù)墾技術(shù)。臺(tái)培東等（2002）研究認(rèn)為沙棘是草原露天礦排土場理想的復(fù)墾植物，可以有效地防治水土流失、提高土壤肥力、減緩草場鹽漬化。從排土場植被適宜性角度，李志強(qiáng)等（2007）采用極限條件法對待復(fù)墾土地對農(nóng)林牧業(yè)的適宜性進(jìn)行了評價(jià)，并對排土場復(fù)墾土地利用的效益進(jìn)行了分析。樊文華等（2011）從重金屬污染角度分析了復(fù)墾土壤中Cd、Cr、Cu、Pb、Hg和As的污染程度及潛在的生態(tài)危害性。張紫昭等（2015）以新疆15個(gè)煤礦為研究背景，選取7個(gè)評價(jià)因子建立新疆煤礦土地復(fù)墾為草地的適宜性評價(jià)指標(biāo)體系，其評價(jià)結(jié)果符合規(guī)范分類結(jié)果范圍且更加精確和符合實(shí)際，為新疆煤礦土地復(fù)墾工作提供了參考。

目前，關(guān)于排土場復(fù)墾土壤水文效應(yīng)的研究較少。楊國敏等（2015）以黑岱溝礦區(qū)排土場為研究對象，利用穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)分析了排土場土壤水分的穩(wěn)定性同位素特征，揭示了不同植被類型土壤水的入滲規(guī)律。楊政等（2015）以排土場不同人工草地為研究對象，分析不同草地地上生物量、土壤水分及土壤入滲性能特征。饒良懿等（2005）對重慶四面山林地枯落物及土壤的水文效應(yīng)進(jìn)行了研究。趙建生等（2013）從森林土壤的容重、孔隙度、持水能力和入滲能力等方面，研究了冀北山地6種典型森林的土壤水文效應(yīng)。

本文以海州露天煤礦排土場6種復(fù)墾植被為研究對象，選取12個(gè)環(huán)境因子作為植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法建立排土場植被恢復(fù)土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)模型并對其進(jìn)行評價(jià)，確定排土場最優(yōu)植被恢復(fù)模式，為排土場土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省阜新市海州露天煤礦排土場位于露天礦坑西南部（E121°40′12″，N41°57′36″），總面積約為13 km2，屬北溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年蒸發(fā)量1790 mm，年均氣溫7.3 ℃，≥10 ℃年積溫3476 ℃，無霜期154 d，年均日照時(shí)數(shù)2865.5 h，年均風(fēng)速3 m·s-1，年均降水量511.4 mm，且多集中于7、8月份。排土場區(qū)呈階梯狀，分為十多個(gè)大盤面，每個(gè)盤面矸石林立、溝壑縱橫，陡坎坡平均坡度45o，盤面海拔平均高度為270 m，相對高差為3～60 m。2004年由國土資源部投資對該排土場開展了土地復(fù)墾工作。在復(fù)墾前期，利用大型采礦復(fù)墾機(jī)械進(jìn)行搬運(yùn)、平整、壓實(shí)工作，使“人造場地”恢復(fù)成較合理的地形地貌；之后再進(jìn)行客土回填工程，覆土厚度為30 cm（如今覆土層厚度經(jīng)不均勻沉降發(fā)生了不同程度的壓縮），以此建立有利于植物生長的表層和生根層，為后期生物復(fù)墾奠定基礎(chǔ)。

綜合考慮植被類型、地形狀況、巖土排棄等因素，在保證立地條件基本一致的前提下，本研究于2012年4月根據(jù)人工植被恢復(fù)現(xiàn)狀在排土場同一區(qū)域（復(fù)墾年限為8年）內(nèi)選取相鄰但相互之間無影響的6種復(fù)墾植被下的土壤作為研究對象，分別為刺槐林地（Robinia pseudoacacia）、榆樹林地（Elm）、混交林地（mixed forests，Robinia pseudoacacia和Elm）、灌木林地（Shrub）、農(nóng)地（Farmland）和荒草地（weeds）。采用設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)地的方法研究各個(gè)樣地的植被恢復(fù)特征。在刺槐林地、榆樹林地、混交林地內(nèi)各設(shè)置1個(gè)20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地，在灌木林地設(shè)置1個(gè)10 m×10 m的標(biāo)準(zhǔn)地，在荒草地設(shè)置1個(gè)5 m×5 m的標(biāo)準(zhǔn)地，各樣地基本情況見表1。

1.2 研究方法

選取土壤因子、水分因子、植物因子作為評價(jià)排土場植被恢復(fù)過程中土壤水文效應(yīng)的環(huán)境因子。其中，土壤因子包括土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤大孔隙平均半徑、礫石含量、砂粒含量、粉粒含量和黏粒含量；水分因子包括土壤自然含水率和土壤飽和導(dǎo)水率，植物因子包括根重密度、＜1 mm根長密度、1～2 mm根長密度和2～5 mm根長密度。在每一個(gè)試驗(yàn)樣地內(nèi)各自選取1個(gè)具有代表性的地段，取1個(gè)面積為65 cm×65 cm的地塊進(jìn)行野外染色示蹤試驗(yàn)，24 h后開挖土壤剖面，用1200萬像素的數(shù)碼相機(jī)采集垂直染色剖面圖像以分析土壤優(yōu)先流分布特征并計(jì)算土壤優(yōu)先流染色面積比；用環(huán)刀（高為5 cm、體積為200 cm3的鋼環(huán)刀）分別采集0～5、5～10、10～20、20～30、30～40、40～50和50～60 cm土層的土壤樣品，并在每個(gè)土層采集1 kg混合散樣以測定土壤自然含水率和土壤顆粒組成。各試驗(yàn)指標(biāo)設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

表1 排土場各個(gè)樣地基本性質(zhì)Table 1 The basic profiles in all plots

1.2.1 土壤因子測定方法

土壤容重、總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度采用環(huán)刀法測定；砂粒含量、粉粒含量和黏粒含量采用MS 2000型激光粒度分析儀測定，并按照國際制進(jìn)行劃分和計(jì)算。

礫石（質(zhì)量）含量采用水洗法測定：將環(huán)刀內(nèi)土壤置于2 mm土壤篩上用自來水進(jìn)行沖洗，在沖洗過程中左右轉(zhuǎn)動(dòng)篩子，將沖洗后留在篩子上的礫石自然風(fēng)干后稱重以計(jì)算＞2 mm礫石含量。

土壤大孔隙平均半徑采用水分穿透曲線和Poesiulle方程測定并計(jì)算：將野外采集的土壤環(huán)刀樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，使其達(dá)到田間持水量，利用馬氏瓶測定土壤水分穿透曲線，其水頭高始終保持1 cm。當(dāng)?shù)谝坏嗡瘟鞒鰰r(shí)開始計(jì)時(shí)，每5 秒記錄1次出水量，直到流速達(dá)到穩(wěn)定。根據(jù)土壤水分穿透曲線和Poesiulle方程計(jì)算從開始排水到飽和穩(wěn)定流階段大孔隙的大小分布，從而計(jì)算土壤大孔隙平均半徑。

1.2.2 水分因子測定方法

土壤自然含水率采用烘干法測定；土壤飽和導(dǎo)水率采用環(huán)刀法測定：利用土壤水分穿透曲線穩(wěn)定后的流量計(jì)算土壤飽和導(dǎo)水率，為了消除溫度對水黏滯系數(shù)的影響，統(tǒng)一換算為10 ℃的飽和導(dǎo)水率。

1.2.3 植物因子測定方法

利用內(nèi)徑為10 cm、長為10 cm的根鉆采集土壤剖面內(nèi)的植物根系，每隔10 cm為1個(gè)土層，將其放入布袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，用清水將根系洗凈，按照＜1 mm、1～2 mm和2～5 mm的劃分方法對植物根系進(jìn)行分級(jí)，采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)對各個(gè)徑級(jí)根系長度進(jìn)行分析，并測定根系生物量（恒溫75 ℃條件下烘干至恒重）。

將上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與土壤優(yōu)先流染色面積比進(jìn)行Spearman相關(guān)性，以此篩選排土場復(fù)墾區(qū)土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)。具體結(jié)果見表2。

2 評價(jià)模型的建立

采用多指標(biāo)綜合評價(jià)法對排土場植被恢復(fù)土壤水文效應(yīng)進(jìn)行評價(jià)，基本步驟為：（1）將選取的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分類，如土壤因子、水分因子和植物因子；（2）確定所選的評價(jià)指標(biāo)的范圍，即評價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值；（3）對選取的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化和合成公式；（4）確定每個(gè)指標(biāo)在評價(jià)指標(biāo)體系中的權(quán)重；（5）對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)。

2.1 評價(jià)因子的選取

為評價(jià)植被恢復(fù)對排土場土壤水文效應(yīng)的影響，選擇與土壤水文效應(yīng)關(guān)系密切的環(huán)境因子進(jìn)行分析，以環(huán)境因子與染色面積比相關(guān)分析相關(guān)系數(shù)大于0.1（顯著性系數(shù)小于0.4）為標(biāo)準(zhǔn)（王偉，2011），確定排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)。選取土壤因子、水分因子和植物因子三大類環(huán)境因子構(gòu)建排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系。其中，土壤因子（B1）包括土壤總孔隙度C1、土壤毛管孔隙度C2、土壤大孔隙半徑C3、礫石含量C4、黏粒含量C5、砂粒含量C6；水分因子（B2）包括土壤自然含水率C7、土壤飽和導(dǎo)水率C8；植物因子（B3）包括根重密度C9、＜1 mm根長密度C10、1～2 mm根長密度C11、2～5 mm根長密度C12（表3）。

表2 環(huán)境因子與土壤優(yōu)先流染色面積比的Spearman相關(guān)性Table 2 The spearman correlation between the environmental factors and staining area ratio

表3 評價(jià)指標(biāo)體系Table 3 Evalation index system

2.2 評價(jià)指標(biāo)無量綱化

由于評價(jià)體系中各個(gè)指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)意義和度量單位不同，需要對數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化以消除量綱的影響。結(jié)合前文分析和排土場各評價(jià)指標(biāo)變化范圍，采用下列標(biāo)準(zhǔn)化方法對排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化，正指標(biāo)和負(fù)指標(biāo)分別采用公式（1）和（2）計(jì)算，式中各指標(biāo)含義見前文研究方法：

2.3 評價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

層次分析法是一種將定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，是一種決策分析者對復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程，是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在因素之間進(jìn)行簡單的比較和計(jì)算，從而得到不同方案的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)（梁嘉驊等，1992；韓武波等，2004）。對同一層的各元素關(guān)于上一層某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣以1～9級(jí)建立判斷尺度（表4）。

表4 判斷矩陣標(biāo)度定義Table 4 Definition of the scale of the judgment matrix

在計(jì)算指標(biāo)體系的綜合權(quán)重時(shí)，首先要確定準(zhǔn)則層B的權(quán)重因子，準(zhǔn)則層B包括土壤因子（B1）、水分因子（B2）和植被因子（B3）3項(xiàng)指標(biāo)，然后再確定準(zhǔn)則層C中各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，從而確定綜合權(quán)重。一致性檢驗(yàn)的步驟如下：

（1）計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.：

式中，n為判斷矩陣階數(shù)。

超深礦井提升機(jī)卷筒是提升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它承受著提升過程中全部有效載荷。僅對卷筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，通過分析幾種典型計(jì)算工況得出卷筒最大應(yīng)力值，無法準(zhǔn)確得到提升系統(tǒng)在上提、下放全過程中卷筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化情況。因此針對目前我國正在創(chuàng)新設(shè)計(jì)的1 500 m超深礦井多層纏繞式提升機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)需要，有必要對作業(yè)過程中卷筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到卷筒作業(yè)過程中關(guān)鍵部位的動(dòng)態(tài)載荷與應(yīng)力分布，從而對卷筒結(jié)構(gòu)的疲勞壽命作出較準(zhǔn)確的預(yù)測。

（2）計(jì)算平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.。

（3）計(jì)算一致性比例C.R.：

（4）計(jì)算各層要素對系統(tǒng)總目標(biāo)的總權(quán)重，其計(jì)算結(jié)果見表5。

2.4 評價(jià)模型

為了綜合評價(jià)排土場復(fù)墾區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤水文效應(yīng)，引入土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)SHEI，SHEI越大，排土場土壤水文效應(yīng)越好。土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)SHEI的計(jì)算模型如下所示：

式中，SHEI（Soil hydrological effect index）為土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)；Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；Ri為各個(gè)樣地第i項(xiàng)指標(biāo)的無量綱化數(shù)據(jù)矩陣；m為評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，m=12。

3 評價(jià)結(jié)果與分析

3.1 評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果

由表6可知，各指標(biāo)系數(shù)在0～1之間，各個(gè)樣地最大系數(shù)所對應(yīng)的指標(biāo)有所不同。刺槐林地最大系數(shù)出現(xiàn)在1～2 mm根長密度，為0.876；灌木林地最大系數(shù)出現(xiàn)在礫石含量，為0.6091；荒草地最大系數(shù)出現(xiàn)在＜1 mm根長密度，為0.7376。

3.2 評價(jià)結(jié)果

結(jié)合表5和表6，計(jì)算得到排土場復(fù)墾區(qū)不同植被恢復(fù)模式的土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)和綜合排序（表7）。由表7可知，各個(gè)樣地評價(jià)系數(shù)分別在0.0159～0.0821、0.0119～0.1172、0.0159～0.0915、0.0074～0.076、0.0078～0.0749、0.0104～0.0838之間，其最大系數(shù)所在指標(biāo)各有不同，主要集中在礫石含量、根重密度、土壤大孔隙、土壤飽和導(dǎo)水率，說明土壤礫石對土壤結(jié)構(gòu)、植物根系對土壤水文效應(yīng)有著重要的影響。

表5 排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系Table 5 Index system of Soil Hydrological Effect of vegetation restoration of dump

表6 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Table 6 The matrix of index standardization

表7 排土場不同植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)綜合評價(jià)Table 7 Comprehensive evaluation of soil hydrological effects of different vegetation restoration of dump

由表7可知，排土場不同植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)排序結(jié)果為刺槐林地＞混交林地＞榆樹林地＞灌木林地＞荒草地＞玉米地，刺槐林地、混交林地、榆樹林地、灌木林地和荒草地的綜合指數(shù)分別為0.5538、0.5349、0.5213、0.4292和0.3753，較農(nóng)地分別提高了53.41%、48.17%、44.4%、18.89和3.96%，說明植被恢復(fù)可以有效地改善排土場土壤水文效應(yīng)，且以喬木林恢復(fù)效果最為突出，而喬木林又以刺槐林效果最佳。因此，在今后的排土場植被恢復(fù)重可優(yōu)先選用刺槐作為先鋒樹種。

4 結(jié)論

（1）選取與影響土壤優(yōu)先流分布特征關(guān)系密切的12個(gè)環(huán)境因子作為排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)，采用AHP從土壤、水分和植被3個(gè)角度建立較為合理的評價(jià)指標(biāo)體系。

（2）土壤因子、水分因子和植被因子的權(quán)重值分別為0.5138、0.1930和0.2932，各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重在0.0318～0.1462之間；排土場不同植被恢復(fù)模式的土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)大小順序?yàn)榇袒绷值兀?.55385）＞混交林地（0.5349）＞榆樹林地（0.5213）＞灌木林地（0.4292）＞荒草地（0.3753），較農(nóng)地（0.361）分別提高了53.41%、48.17%、44.4%、18.89和3.96%。

（3）植被恢復(fù)可以有效地改善排土場的土壤水文效應(yīng)，且以喬木林恢復(fù)效果最為突出，而喬木林又以刺槐林效果最佳。因此，在今后排土場土地復(fù)墾和植被恢復(fù)中可優(yōu)先選用刺槐作為先鋒樹種。

5 討論

我國露天煤礦多位于干旱半干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，年降雨量在300～500 mm之間，而年蒸發(fā)量又較大，同時(shí)排土場結(jié)構(gòu)松散、透水性強(qiáng)，水分入滲表層土壤后快速向下運(yùn)動(dòng)，通過植物根系吸水層而直接匯入地下水，嚴(yán)重影響植物正常生長。因此，植物根系無法較好地利用水分，致使大量復(fù)墾植物因缺水而死亡，這是排土場復(fù)墾失敗的主要原因。相關(guān)研究表明（王改玲等，2002），安太堡露天煤礦排土場1～3年生刺槐春季地上部分因脫水而抽梢嚴(yán)重，甚至死亡；7～8年后，在密度較大的種植區(qū)，40 cm以下土壤出現(xiàn)明顯干層，也會(huì)使刺槐死亡。楊國敏等（2015）也認(rèn)為礦區(qū)土壤中活塞流和優(yōu)先流并存于降水入滲過程中，加快了深層土壤水分或地下水的補(bǔ)給，進(jìn)而改變整個(gè)水文過程。因此，為提高排土場復(fù)墾植物成活率，首先要解決排土場水分快速流失這一問題，提高植物對水分的利用效率。

本文從土壤水文效應(yīng)角度系統(tǒng)地分析排土場復(fù)墾區(qū)植被恢復(fù)效果及其對排土場土壤物理性質(zhì)的影響，采用層次分析法建立排土場植被恢復(fù)條件下土壤水文效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系，引入土壤水文效應(yīng)綜合指數(shù)評價(jià)土壤水文效應(yīng)對排土場不同恢復(fù)模式的響應(yīng)，以期為排土場不同植被恢復(fù)過程中土壤水文效應(yīng)的評價(jià)提供較為科學(xué)的評價(jià)體系，同時(shí)為排土場土地復(fù)墾和生態(tài)恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)和新的分析角度。但是，本文只是初步探討不同植被恢復(fù)模式對土壤水文效應(yīng)的影響，除本文所涉及的評價(jià)指標(biāo)外，土壤水文過程還受到林分結(jié)構(gòu)特征、林下枯落物層持水特性、地表徑流、土壤水分蒸發(fā)等多方面因素共同影響，影響過程復(fù)雜，今后應(yīng)加強(qiáng)該方面及排土場土壤水文過程的研究，進(jìn)一步完善評價(jià)指標(biāo)體系。

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Evaluation of Soil Hydrology Effects of the Vegetation Restortion in Haizhou Open-pit Coal Mine Dump

LV Gang1,2, LIU Yazhuo1, LI Yexin1,3, FU Xinyang1, SONG Ziling1
1. College of Environmental Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China;
2. College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China;
3. College of Mining Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

To reveal the soil hydrology effect of vegetation restoration in the reclamation dump, 12 environmental factors were selected as the evaluation indexes, the weight of each evaluation index was determined by the AHP method, the evaluation system and model was established, then, the soil hydrology effects of 6 reclaimed vegetation (Robinia pseudoacacia Linn. forest, Ulmus pumila L. forest, mixed forest, shurb, farmland, waste-grassland) were evaluated. The results showed that: (1) the weight value of soil, water and vegetation was 0.513 8, 0.193 0 and 0.293 2, respectively. The comprehensive weight of each evaluation index was ranged from 0.031 8 to 0.146 2. (2) The comprehensive index was in the order of Robinia pseudoacacia Linn. forest (0.553 85)＞mixed forest (0.534 9)＞Ulmus pumila L. forest (0.521 3)＞shrub (0.429 2)＞waste-grassland (0.375 3). Compared with the farmland, the comprehensive index of Robinia pseudoacacia Linn. forest, mixed forest, Ulmus pumila L. forest, shurb, waste-grassland increased by 53.41%, 48.17%, 44.4%, 18.89% and 3.96%, respectively. And (3) the soil hydrology effect of the dump was effectively improved through vegetation restoration, especially the arbor forest. This study not only provide scientific evaluation index system in the process of vegetation restoration, but also provide theoretical basis and the new analytical perspective for ecological restoration and reconstruction in the dump.

soil hydrology; dump; reclaimed vegetation; AHP; open-pit coal mine; evaluation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.01.011

S152.7; X171.4; TD7

A

1674-5906（2017）01-0067-06

呂剛, 劉雅卓, 李葉鑫, 傅昕陽, 宋子嶺. 2017. 海州露天煤礦排土場植被恢復(fù)的土壤水文效應(yīng)評價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(1): 67-72.

LV Gang, LIU Yazhuo, LI Yexin, FU Xinyang, SONG Ziling. 2017. Evaluation of soil hydrology effects of the vegetation restortion in Haizhou open-pit coal mine dump [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(1): 67-72.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51474119）

呂剛（1979年生），男，副教授，博士，主要從事土壤侵蝕與土壤水文學(xué)的教學(xué)和科研工作。E-mail: lvgang2637@126.com

2016-12-20