太原西山地区煤矿采空区植被恢复技术研究

张晋英

（山西省林业科学研究院，山西 太原 030012）

土壤是矿山废弃地植被恢复及生态重建的主要障碍因子，也是衡量退化生态系统生态功能恢复与维持的关键指标之一。近年来，越来越多的采矿废弃地区出现地质塌陷，不同程度地改变了土壤结构和养分状况。植被的种植和生长发育可以改善土壤形成与发育，不同的植被类型对土壤养分及理化性质变化产生的影响也不尽相同。为了解不同植被群落对土壤肥力和营养元素循环机制所起到的促进作用，笔者以太原西山地区杜儿坪、官地、西铭和白家庄4 个煤矿为研究对象，筛选出适宜矿山修复的植被类型，以期为煤矿采空区植被恢复工作提供一定的参考依据。

1 研究区域概况

太原，位于山西省中部，地处太原盆地北端，属华北地区黄河流域，地理坐标东经111°30′～113°09′、北纬37°27′～38°25′，东西宽约144km，南北宽约107km。太原东、北、西三面环山，中部和南部以河谷平原为主，地形北高南低，最高海拔2 670m。气候属于北温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥，年均气温9.50℃，年均无霜期202d，年均降水量456mm。太原市探明的矿藏主要有铁、锰、铜等金属矿和煤、硫磺、石膏等非金属矿，其中煤矿主要分布于西山和东山地区，经过多年开采资源出现枯竭，现基本停产，部分采空区进行了植被恢复。

2 植被恢复类型

通过现地调查，太原西山地区废弃矿地存在6个典型的植被恢复类型，分别是护坡林、文育风景林、农林复合林、侧柏林、杨树林和紫穗槐林。

护坡林，是为防止和减少水土流失而营建的防护林，通过栽植乔、灌木利用树冠对天然降水进行截留，削弱降水对地表土壤的冲击作用。护坡林可有效改善地表物质组成和土壤微生物环境，对当地小气候的改善有促进作用。护坡林主要树种有油松、侧柏、刺槐、杨、黄刺玫、荆条、沙棘等。

文育风景林，在废弃矿山地表栽植不同的园林绿化植物，并铺设有四通八达的人工步道，将废弃矿山改造为公园。树种较多，主要包括油松、银杏、国槐、合欢、女贞、香花槐等。

农林复合林，以经济林树种和蔬菜为主，为提高其产量和质量，每年要进行一定的松土、施肥及灌溉等作业。主要经济林树种包括核桃、桃、杏、枣等。

侧柏林，是矿山修复的主要树种之一。初植状态为纯林，后随年限增加，部分乔、灌树种（如黄刺玫、杠柳、榆、山杏、臭椿等）通过漂移的方式在侧柏林内落地生长，形成了以侧柏为主的混交林，密度较大，可以有效保持土壤水肥。林下草本植物种类较多，密度也较大，主要有紫苑、苦苣、土地黄、蒿类等。

杨树林，多以纯林形式存在。一般种植于沟底平地及公路两侧，树种较为单一。其具有抗逆性强、高大笔直、成林速度快、防风固沙、吸收废气等优点，短期绿化效果良好。

紫穗槐林，是煤矸石堆积区环境治理的先锋树种。其根系发达，枝叶繁茂，具有根瘤菌，可以改良土壤，对废弃矿山土壤修复效果良好。

3 植被恢复效果分析

对太原西山地区废弃矿区6 种不同植被恢复类型，各布设3 个样方：即乔木10m×10m、灌木5.0m×5.0m、草本1.0m×1.0m；对每个样方进行每木检尺，在植被群落调查的基础上，分别在每块样地按对角线随机布设3 个点，挖取土壤剖面，按0cm～15cm、15cm～30cm、30cm～45cm 不同层次取土样，测定其理化性质。通过对不同植被修复类型土壤各项理化因子指标主成分分析，筛选出最优植被恢复模式。

3.1 样地基本概况

废弃矿山6 种不同植被恢复类型选取的样方基本概况见表1。

表1 调查样地基本概况

3.2 不同植被类型对土壤物理性质影响分析

太原西山地区废弃矿山6 种植被恢复类型对土壤物理性质影响，主要从土壤容重、土壤孔隙度和土壤饱和持水量等方面进行分析。

土壤容重，是指一定体积的土壤经过烘干后质量与烘干前体积的比值，可以反应出土壤结构的松紧和对地表水的蓄积能力。通过实验得知，农林复合林植被类型土壤容重最小，说明农林复合林可以有效改善土壤疏松度；同种植被恢复模式的土壤容重随土层的增加而递增。6 种植被恢复模式对土壤容重的改良效果为：土层厚度0cm～15cm，护坡林＞侧柏林＞文育风景林＞农林复合林＞紫穗槐林＞杨树林；土层厚度15cm～30cm，护坡林＞文育风景林＞紫穗槐林＞杨树林＞侧柏林＞农林复合林；土层厚度30cm～45cm，护坡林＞侧柏林＞紫穗槐林＞农林复合林＞杨树林＞文育风景林。

土壤孔隙度是反映土壤通透性的重要指标，侧柏林植被覆盖度最高，对土壤孔隙度的改善优于其他植被类型。除文育风景林外，其他植被类型的土壤孔隙度均随着土层的加深呈下降趋势，主要原因是除乔木树种之外的灌草丛生物量小、根系浅，凋落物的积累分解对深层土壤的影响较弱。6 种植被恢复模式对土壤孔隙度的改良效果为：土层厚度0cm～15cm，农林复合林＞侧柏林＞杨树林＞紫穗槐林＞文育风景林＞护坡林；土层厚度15cm～30cm，杨树林＞文育风景林＞农林复合林＞紫穗槐林＞侧柏林＞护坡林；土层厚度30cm～45cm，文育风景林＞杨树林＞农林复合林＞紫穗槐林＞侧柏林＞护坡林。

土壤持水能力是直接影响植被恢复效果的重要因子。随着土层厚度的增加，各植被模式下的土壤持水量逐渐增加，其中农林复合植被类型的饱和持水量最高，可能与人工干扰（耕地、浇水、施肥）等因素有关；侧柏林、杨树林、紫穗槐林之间差异不明显。土层厚度0cm～15cm，土壤饱和持水量依次排序为：农林复合林＞杨树林＞侧柏林＞紫穗槐林＞文育风景林＞护坡林；土层厚度15cm～30cm，杨树林＞农林复合林＞紫穗槐林＞文育风景林＞护坡林＞侧柏林；土层厚度30cm～45cm，文育风景林＞杨树林＞农林复合林＞紫穗槐林＞护坡林＞侧柏林。

3.3 不同植被类型对土壤化学性质影响分析

土层厚度0cm～15cm，侧柏林土壤全氮含量明显高于其他植被类型，各植被类型土壤全氮含量从大到小依次为（其他土壤因子均为从大到小排序）：文育风景林＞侧柏林＞农林复合林＞杨树林＞护坡林＞紫穗槐林；速效钾：农林复合林＞杨树林＞文育风景林＞侧柏林地＞护坡林＞紫穗槐林；有机质：侧柏林＞文育风景林＞农林复合林＞护坡林＞杨树林＞紫穗槐林；pH 值：护坡林＞紫穗槐林＞侧柏林地＞杨树林＞农林复合林＞文育风景林；土壤有效磷：侧柏林＞杨树林＞紫穗槐林＞护坡林＞文育风景林＞农林复合林。

土层厚度15cm～30cm，各植被类型土壤全氮：侧柏林＞杨树林＞农林复合林＞文育风景林＞护坡林＞紫穗槐林；土壤有机质：侧柏林＞护坡林＞农林复合林＞杨树林＞文育风景林＞紫穗槐林；土壤有效磷：侧柏林＞杨树林＞护坡林＞农林复合林＞紫穗槐林＞文育风景林；pH 值：护坡林＞文育风景林＞农林复合林＞杨树林＞侧柏林＞紫穗槐林；土壤速效钾：杨树林＞农林复合林＞侧柏林＞紫穗槐林＞护坡林＞文育风景林。

土层厚度30cm～45cm，各植被类型土壤全氮：侧柏林＞农林复合林＞文育风景林＞ 杨树林＞护坡林＞紫穗槐林；土壤有机质：护坡林＞侧柏林＞农林复合林＞杨树林＞紫穗槐林＞文育风景林；土壤有效磷：护坡林＞农林复合林＞侧柏林＞紫穗槐林＞杨树林＞文育风景林；土壤速效钾：侧柏林＞农林复合林＞紫穗槐林＞杨树林＞护坡林＞文育风景林。

3.4 综合评价

煤矿采空区由于其特殊的立地条件，对植被恢复效果的评价主要考虑其对土壤的容重、持水量和孔隙度的改善效果。侧柏耐干旱，对水肥要求低，成活率高；随着成活率的提高，又可以有效改善立地的水土流失，加大漂移树种的成活率，使覆盖度不断增大，林地的枯落物也在不断增多，有效改善了林地的养分，形成良性循环，植被恢复效果良好。不同植被恢复模式下，土壤养分增加存在显著差异，侧柏林和农林复合林、文育风景林、杨树林模式改善效果较好。在这4 个模式中，农林复合林和文育风景林人为干扰（灌溉、除草、施肥等）较多，对实验数据影响较大。实践证明，侧柏林对废弃矿山植被恢复效果最佳。