本文阐述了在大型露天煤矿进行土地开发复垦利用过程中演替理论、限制因子理论、生态适应性理论等多个生态学基础理论，介绍了土壤改良技术、土壤种子库技术、景观生态恢复技术等以及实现土地复垦带来的生态效益。在露天煤矿土地复垦与生态修复过程中，植物选择与配制应遵循因地制宜原则与景观适宜性原则，加强土壤动物与微生物改良技术、土壤种子库技术的应用，在土地复垦工程结束后强化生态监测与生态修复质量评价，以保证生态修复效果。
1土地复垦与生态学理论
1.1植被演替理论
所有生态系统的重建与恢复都是以植物恢复为基础，植被演替理论作为露天煤矿土地复垦与生态修复的重要理论成为专家学者研究的重点。土地复垦实质是经过先锋物种入侵、定居和竞争3个阶段，最终形成植物群落中群落结构呈现稳定动态变化的过程。在露天煤矿土地复垦与生态重建的初期，植物群落处于演替的前期，常常以抗逆性强的豆科、禾本科等草本植物作先锋种，随着演替的进行，物种多样性与植被覆盖度开始提高，灌木与乔木开始出现。植物群落的演替受到土壤养分、土壤水分、土壤物理性状等多种土壤微生态环境因子的影响，引入外来种会减缓生态演替的进程，补植建群种则能加速演替的进程，在植被恢复演替过程中，土壤水分是制约生态修复过程中植物多样性变化的重要因素。在土地复垦与生态修复过程中，自然恢复群落的物种多样性高于人工恢复，从较长的时间尺度分析，自然恢复效果优于人工恢复，但通过自然恢复实现露天煤矿生态重建所需时间较长。绿色矿山建设需要深入研究露天煤矿待复垦土地植被结构特征与演替方式，采用最佳人工修复措施，开展露天煤矿土地复垦与生态重建工作。
1.2限制因子理论
限制因子理论是生态学理论的核心，生物的生长与发育取决于其所处的多种生态因子的综合。在露天煤矿土地复垦与生态重建过程中，采矿剥离物的种类、堆砌时间、坡度坡向、改良措施以及阳光水分均可以成为限制因子，影响露天煤矿土地复垦与生态修复的效果。在土层厚度、土壤质地、土壤养分、土壤酶活性、土壤pH、土壤盐含量等诸多土地复垦过程中植物生长的重要限制因子中，影响最大的因子为土壤有效深度，其次是有机质含量。MARTINEZ－RUIZ等的研究认为，铀矿废弃地生态修复过程中，土壤质地和场地坡度坡向是植被恢复过程中的限制因子。郭逍宇等研究发现，煤矿废弃地生态修复过程中，光照和水分是群落优势种生态梯度变化的重要限制因子。
1.3生态适应性理论
生态位是现代生态学中的重要概念，群落的建群种与优势种在很大程度上直接影响了群落的稳定性。在土地复垦过程中，想要重建1个结构与功能稳定的群落，必须参考当地顶级群落的物种的生态位及物种的重要值，合理配置适应能力强的植物。目前露天煤矿土地复垦过程中，常用的先锋种为适生性较强的禾本科、豆科、菊科等草本植物及部分灌木，这些植物具有较强的耐受性，对改善待复垦土壤微生态具有显著效果，其中以具有茎瘤和根瘤的豆科植物是最为理想的先锋种。在废弃矿山的酸性土壤中，种植乡土豆科植物植被成活率明显提高。
1.4景观生态学理论
景观恢复作为露天煤矿生态修复过程中的重点工作，也是最见效果的环节，因此在土地复垦与生态修复过程中，遵循景观生态学原理至关重要。尊重地形、维持场地完整性是景观生态学所遵循的原理之一，以澳大利亚露天煤矿生态修复为例，以近自然地貌和自然景观重塑作为重点工作，其中关键环节是地形的异质性的提高。成层结构可以有效提高植物对环境资源的利用能力，在土地复垦过程中，应充分考虑群落的垂直结构，依据“近自然群落”理论，在选择植物种类时应参考顶级群落的物种组成和结构特点，形成一个合理的乔－灌－草混合搭配的多层次群落结构。
2土地复垦与生态修复技术
2.1土壤改良技术
良好的立地条件是植物健康生长、群落稳定的基础，土壤改良技术的应用在露天煤矿土地复垦与生态重建中至关重要。土壤改良技术包括物理改良技术、化学改良技术以及生物改良技术。
（1）物理改良技术
客土是最有效的物理改良技术之一。在露天煤矿土地复垦与生态修复工程应用中，采矿前先将耕层土壤分层取走、单独保存，或直接运至带复垦地块，混合采矿剥离物方式来进行土壤改良，并通过深翻、旋耕能农业措施，提高土壤透水透气能力、改善土壤结构。
（2）化学改良技术
化学改良是指向土壤中施入化学试剂、肥料等化学物质来改善土壤条件。实践表明，向露天煤矿待复垦土壤中加入腐熟粪肥、秸秆、无污染的有机污泥可以有效提高土壤养分含量。露天煤矿待复垦土壤常属碱性土壤，采用硫酸氢盐、FeSO4、磷肥等可以有效降低土壤pH。施用硫酸钙可以改善土壤盐碱化程度，提高土壤透水透气能力；施用钙离子、磷酸盐、有机肥、泥炭等材料可以降低土壤重金属毒性。
（3）生物改良技术
生物改良是通过利用植物、土壤动物和微生物的生命活动及其代谢产物来改良土壤的理化性质和土壤营养状况。研究表明，豆科植物可以提高土壤中可利用氮素水平；鸭跖草、蜈蚣草、景天、香蒲等植物对土壤重金属表现出较强的富集能力，降低土壤中重金属污染；微生物肥料现已广泛应用于露天煤矿土地复垦与生态修复中，豆科植物所具有的根瘤菌可将氮气转化为氮素固定到土壤，用VA菌根真菌接种可以提高修复植物生物量，AM菌根能够增强植物获取养分的能力，对植物抗逆性的提高有明显效果，显著提高修复植物的成活率。土壤动物是生态系统食物链中的的重要组成部分，在改善土壤结构、增强土壤肥力、促进物质循环等反面发挥着重要作用，蚯蚓在改善土壤理化性质的同时，还能起到富集重金属的作用，应用于露天煤矿生态修复中可以起到较好的效果。
2.2水土保持工程技术
露天煤矿排土场在堆砌过程中，形成大量边坡，边坡具有不稳定特点，降雨量过大已形成水土流失，严重时会产生滑坡现象。对于坡度较大地块，常采用削坡整形技术，降低边坡坡度。对于不具备作业条件的边坡，现已开发出较多成熟的水土保持技术，例如：客土喷播技术、纤维绿化技术、挂网植生基材喷附技术、生态多孔混凝土绿化法、生态植被毯铺植技术、钢筋水泥框格法等。
2.3土壤种子库技术
土壤种子库的组成、数量与植被群落的发生、更新、物种多样性和组成有着密切的联系，在适宜程度的干扰作用下，土壤种子库在恢复退化生态系统以及更新植物等方面发挥着重要的作用，土壤种子库技术已经广泛应用于露天煤矿土地复垦与生态修复工程中。土壤种子库的国内亦有较多研究成果，土壤种子库数量充足、分布均匀时，群落向着稳定的方向演替；而土壤种子库数量不足时，群落向衰败的方向演替。种子库技术的应用有利于露天煤矿生态修复过程中修复植物向原有植被方向演替。
2.4景观恢复技术
景观生态学已广泛的被应用于露天煤矿土地复垦与生态修复过程中。在加拿大关闭油砂矿的生态修复过程中就将景观恢复及作为首要目标，景观恢复技术主要强调地表地貌重塑，其次加强加强修复场地和周边湖滨生态系统功能的协调、斑块的联通性采场排水系统和地面水系的有机联系等。近年来，矿山生态修复中其他景观恢复方面的研究同样备受关注，如不同物种对景观配置的影响对矿山景观恢复的作用、生态恢复过程中景观结构和功能的响应和反馈、景观价值、景观尺度上的生态恢复、采后景观的维持和优化、景观恢复效果评价等。
2.5生态监测技术
露天煤矿的土地复垦与生态修复具有长期性和系统性，土地复垦本质上是对土地功能与土地用途的恢复，植物种植工程的结束恰恰是植被生长、土壤功能提高、生态系统开始演替和趋于稳定的开始。因此，必须对进行了土地复垦与生态修复工程后的露天煤矿进行长期监测十分必要，通过持续的监测进而判断工程的有效性。土地质量、植被长势与演替方向、区域小气候变化及其它环境指标的动态变化是监测的重点。传统监测技术、遥感技术、GIS技术等已广泛应用于露天煤矿生态监测中。
3生态效益
露天煤矿实现土地复垦与生态修复带来的生态的效益很多，不仅包括土壤肥力的恢复和物种多样性的恢复，还包括土地价值的提高、碳信用潜力增加、水资源的保护等，同时，在促进煤炭资源开采利益相关方的合作以及提供更好的生态系统服务等发面均有重要意义。先锋物种的生长发育为群落的生态环境的改变提供了条件，为其它物种的自然入侵、定居及种群扩大创造良好的环境，从而提高生物多样性，生物量不断的积累，系统生产力也随之增加，恶劣生态环境逐渐被改善。随着露天煤矿生态修复年限的增加，土壤化学性质、土壤物理性状、土壤微生态以及土壤生产力逐年提高，经过植物修复的土壤，其性状与养分水平明显高于裸地恢复，并且随着修复时间的延长呈现不断提高的趋势。对露天煤矿进行植物修复可以有效减少风蚀、水蚀作用，降低矿区范围内粉尘污染，同时起到涵养水源的作用。
4结语
我国露天煤矿在采取土地复垦与生态修复工程措施后，存在的主要问题在于修复方案照搬照抄，所采取的工程措施缺乏针对性；修复后短期内生态系统的结构和功能依然不稳定；缺乏长期的监测与科学的评价；常以园艺思维进行生态修复，忽视重建生态系统功能和结构的整体修复。本文阐述了在大型露天煤矿进行土地开发复垦利用过程中演替理论、限制因子理论、生态适应性理论等多个生态学基础理论，介绍了土壤改良技术、土壤种子库技术、景观生态恢复技术等以及实现土地复垦带来的生态效益在后续开展露天煤矿土地复垦与生态修复工作中，还应从以下几个方面加强研究：
（1）我国露天煤矿分布范围广，气候环境与地域特征不尽相同，在土地复垦过程中应注意因地制宜原则，合理选择修复植物，植物配置时因遵循景观适宜性原则，按照“近自然”地貌设计景观效果。
（2）在土壤改良技术中，植物改良措施已取得较多研究成果，土壤动物与微生物作为生态系统的重要组成部分，在土壤改良中发挥着无可替代的作用，应加强土壤动物与微生物改良技术的研究与应用。
（3）土壤种子库技术的应用有利于群落向着稳定的方向演替，在采矿作业时，应注意收集和保存表土及种子库，方便土地复垦过程中加以利用。
（4）土地复垦工作结束后，应加强生态监测与生态修复质量评价，要根据监测与评估结果及时进行植被的调整与补充。
参考文献
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