基于OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究.pdf

第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3 2024 年 3 月Mar.2024中 国 草 地 学 报Chinese Journal of Grassland基于 OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究杨鑫光1，李志炜2，王克宙1，张湑泽1，李希来3，*，张静3，王丽蓉1（1.青海民族大学生态环境与资源学院/青海省特色经济植物高值化利用重点实验室，青海 西宁 810007；2.中国地质工程集团有限公司，北京 100093；3.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016）摘要：为探明高寒矿区施肥和覆土的生态恢复效果及土壤速效养分对生态系统健康的影响，将生态系统健康评价指数 CVOR 通过优化土壤基况设计为 OCVOR 指数，并采用 VOR、CVOR 和 OCVOR 指数对 5种施肥梯度（分别为施磷酸二铵 0.0125、0.0375、0.1125 kg/m2以及 1年不施磷酸二铵、5年不施磷酸二铵）和 3种覆土厚度（0、2025、4045 cm）恢复措施下的高寒矿区人工草地生态系统健康程度和恢复效果进行评价和对比分析。结果表明：3种指数对不同施肥和覆土措施的评价结果趋于一致，中施肥（磷酸二铵0.0375 kg/m2）和厚覆土（4045 cm土壤厚度）是该地区适宜的恢复措施，整体上采用覆土措施的生态系统健康水平和恢复效果低于施肥措施。OCVOR指数评价结果表明，该地区采用中施肥、重施肥（磷酸二铵0.1125 kg/m2）措施的生态系统为不健康和一般，轻施肥（磷酸二铵0.0125 kg/m2）、1年不施肥、重覆土措施的生态系统为警戒和差，中覆土（2025 cm土壤厚度）、未覆土和 5年不施肥措施生态系统为崩溃和很差。8 种恢复措施下 VOR、CVOR 和 OCVOR 指数分别在 0.180.95、0.020.30、0.050.41 之间，OCVOR指数评价结果介于 VOR 和 CVOR 指数之间。与 VOR 和 CVOR 指数相比，OCVOR 指数评价结果更加符合破坏程度大的高寒矿区煤矸石山人工草地生态系统健康状况和恢复实际，OCVOR模型更具有客观性和科学性。关键词：高寒矿区；人工草地；恢复措施；模型优化；健康评价中图分类号：X171.4 文献标志码：A 文章编号：1673-5021（2024）03-0038-09十八大以来，我国高度重视生态环境保护工作，目的是维持生态系统长期稳定和健康，保障区域生态安全。生态系统健康是生态安全的重要标志1，科学评价生态系统的健康状况，对于采取有针对性的措施开展生态保护、实现区域可持续发展具有重要意义24。生态系统健康评价是一个复杂的问题，在不同的背景和尺度下，生态系统健康评价指标的选取方法不同，需要建立科学的评价指标体系和评价方法56。目前，在实践中经常应用的评价方法有层次分析法7、模糊综合评价法8、熵权法9、PSR（Pressure-state-response）模 型10、VOR（Vigor-organization-resilience）/CVOR（Condition-vigor-organization-resilience）指数11等。其中，VOR和 CVOR 指数基于生态系统界面论观点，通过研究系统容量与序结构的相互关系，确定生态系统的健康状况，符合生态系统的基本概念和原理12。与其他综合性评价指标相比，VOR和 CVOR指数具有测定指标较少、计算简单、适用广泛、综合性强等特点，在天然草地生态系统健康评价中应用较为普遍13，但对人工草地生态系统健康评价少见报告。VOR指数主要反映生态系统中植物群落健康状况，没有考虑土壤等外界环境对系统造成的影响，应用具有一定局限性1415；而 CVOR 指数在 VOR 指数基础上增加了基况（土壤有机碳）评价指标，能够从土壤和植被两方面整体上反映草地生态系统健康状况16，因此，其评价结果比 VOR 指数更加符合实际。青海木里煤矿地处青藏高原祁连山南麓腹地，黄河重要支流大通河源头，生态安全战略地位突出。该地区经过多年露天开采，大面积高寒草甸表土剥离形成煤矸石山，严重危害区域生态安全。对该地区煤矸石山采取覆土、施肥、种草等恢复措施后，生态环境状况逐步好转，然而不同恢复措施的效果差别很大17，以往的研究仅对生态系统某个指标进行了对比1819，并没有通过建立 VOR、CVOR 等综合评价指数开展人工草地生态系统健康和恢复效果评价。由于高寒矿区煤矸石山土壤养分含量极低，DOI：10.16742/j.zgcdxb.20220379*通信作者，E-mail：xilai-收稿日期：2022-09-08；修回日期：2023-09-16基金项目：青海省财政林业改革发展资金林业新技术推广项目（2021 002号）；2023年中央科研创新平台建设项目青海省林业草原生态系统功能维护及可持续开发利用科研创新团队（30160101141）作者简介：杨鑫光（1979-），男，甘肃岷县人，副教授，博士，主要从事退化草地恢复研究，E-mail：.38杨鑫光 李志炜 王克宙等 基于 OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究导致人工草地建植困难，采取覆土和施肥的方式增加土壤速效营养供给并在此基础上进行种草复绿，是恢复煤矸石山生态系统的必要措施17，20。同时，在此类草地上采用 CVOR 指数开展生态系统健康评价，可能会由于基况中未考虑土壤速效养分的影响使得评价结果出现偏差。本研究充分考虑高寒矿区特殊环境状况，特别是土壤速效养分因子在草地生态系统健康评价中的重要性和必要性，拟通过在基况中增加速效养分含量指标，对 CVOR 指数进行优化，并对施肥、覆土等不同恢复措施下的人工草地开展恢复效果和生态系统健康评价，验证优化模型的科学性，为生态系统健康评价提供全新的理论方法，同时通过评价寻求适宜高寒矿区生态系统恢复的集成技术，为草地生态系统的恢复提供理论支撑。1材料与方法1.1研究区概况木里矿区位于青海省海西州天峻县木里镇和海北州刚察县吉尔孟乡，是黄河重要支流大通河的发源地，地理位置东经 98599937、北纬 38023810，由江仓、聚乎更、哆嗦贡玛和弧山等矿区组成，东西长 50 km，南北宽 8 km，总面积约 400 km2，是我国重要的煤矿开采区之一。该区地处高寒地带，海拔在 37504200 m 之间，年平均气温4.2 左右，冷季长达 78个月，存在永久冻结带，四季多风，年平均降水量 500 mm以上。原始群落植被种类较少，以 藏 嵩 草（Kobresia tibetica）、青 藏 苔 草（Carex moorcroftii）等为主要优势种，属于高寒草甸类型。1.2评价方法1.2.1参照系统的确定依据 Hobbs等21的方法，本研究将高寒矿区未受到采矿干扰、完全健康的原始群落高寒草甸生态系 统 作 为 参 照 系 统（Undisturbed grassland，UG）。依据前期研究，参照系统植被盖度约 95%，土壤有机质含量约 300 g/kg22。1.2.2指数计算CVOR 指数是在 VOR 指数上将基况评价指数（Condition，C）纳入草地健康的评价体系。其中，基况评价指数、活力评价指数（Vigor，V）、组织力评价指数（Organization，O）、恢复力评价指数（Resilience，R）及 VOR、CVOR综合评价指数计算方法如下：基况：用土壤有机碳含量（Soil organic carbon，SOC）作为评判指标计算23。SOC=土壤有机质含量/1.724。基况计算公式为：C=SOCX/SOCUG。式中：SOCX为评价对象 X 的土壤有机碳含量；SOCUG为参照系统的土壤有机碳含量。C 0，1，如 C1，则取 C=1。活 力：用 地 上 部 分 生 物 量（Above ground biomass，AGB）作为评判指标计算19。活力计算公式为：V=AGBX/AGBUG。式中：AGBX是评价对象X 的地上部分生物量；AGBUG为参照系统的地上部分生物量。V 0，1，如 V1，则取 V=1。组织力：用修正的 Gordron 稳定性测定方法计算24，结果反映群落中有多少种类（%）占有多大的累计盖度（%），即物种在群落间的分布格局。如计算得出参照系统（UG）组织力 OUG1，则取值为 1。组织力计算公式为：O=OX/OUG。式中：OX为评价对象 X 的组织力；OUG为参照系统组织力。O 0，1，如O1，则取 O=1。恢复力：用代表恢复程度物种的分盖度（Relative coverage of restoration species，RCR）和退化程度 物 种 的 分 盖 度（Relative coverage of degradation species，RCD）测 算。恢 复 力 计 算 公 式 为：R=（RCRX/RCRUG）/（RCDX/RCDUG）。式中：RCRX是评价对象 X中代表恢复程度物种的盖度之和；RCDX是评价对象 X 中代表退化程度物种的盖度之和；RCRUG和 RCDUG分别为参照系统代表恢复程度物种、退化程度物种的盖度之和。如果群落中无退化物种出现，则用 R=RCRX/RCRUG计算。R 0，1，如 R1，则取 R=1。VOR=WVV+WOO+WRR。CVOR=CVOR=C（WVV+WOO+WRR）。式中，WV、WO、WR为单项指标 V、O、R的权重系数，WV=WO=WR=1/3。CVOR 0，1，如CVOR1，则取 1。1.2.3OCVOR模型的建立CVOR 指数对于基况（土壤有机碳）改变不是太大的天然草地生态系统健康评价较为客观。在露天采矿受损的草地，表层土壤完全剥离，土壤有机碳含量极低，重建过程中通过施用速效肥改善土壤理化性质，快速增加植被盖度，对于生态系统成功恢复具有重大作用2526。如不考虑土壤速效养分贡献，仅仅基于土壤有机碳开展基况计算，会导致 CVOR 指数模型评价结果偏低。本研究考虑土壤速效氮、磷、钾在植物生长中发挥的重要作用，加39中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期上煤矸石山土壤有机碳含量过低等特点，将 CVOR指数中的基况进行优化，增加土壤速效养分含量因子，以符合高寒矿区人工草地生态系统健康评价实际，构建流程见图 1。经优化后的基况 C 用 OC（Optimizing condition，OC）表 示，计 算 公 式 为：OC=WSOC（SOCX/SOCUG）+WNPKWN（NX/NUG）+WP（PX/PUG）+WK（KX/KUG）。式中：WSOC、WNPK分别为土壤有机碳和土壤速效氮磷钾的权重系数，由于土壤速效氮磷钾能够快速恢复地力，土壤有机碳能够提供土壤肥力长效保障，两个因子视为同等重要，权重系数均设定为 1/2，即 WSOC=WNPK=1/2；WN、WP、WK分别为土壤碱解氮、速效磷、速效钾的权重系数，高寒受损煤矿区土壤氮、磷、钾均缺乏17，27，土壤速效氮、磷、钾含量同等重要，3个因子权重系数均设定为 1/3，即 WN=WP=WK=1/3；NX为评价对象 X的土壤碱解氮含量，NUG为参照；PX为评价对象 X的土壤速效磷含量，PUG为参照；KX为评价对象X的土壤速效钾含量，KUG为参照。NX/NUG、PX/PUG、KX/KUG以及 OC 0，1，如果经过测算，NX/NUG、PX/PUG、KX/KUG以及OC1，则取1。优化后模型用 OCVOR 表示，OCVOR=OCVOR=WSOC（SOCX/SOCUG）+WNPKWN（NX/NUG）+WP（PX/PUG）+WK（KX/KUG（WVV+WOO+WRR）。OCVOR 0，1，如OCVOR1，则取 1。OCVOR=1 表明生态系统最健康，恢复效果最好；OCVOR=0 表明生态系统最不健康，恢复效果为 0。1.2.4生态系统健康等级划分在四分法基础上23，细分健康指数为 5级，对应将人工草地生态系统健康等级及恢复效果划分为5 个不同等级，详见表 1。该划分等级同时适用于VOR、CVOR和 OCVOR三种模型。1.3数据来源由于露天煤矿开采伴随着大量表层土壤损失，采取覆土或施肥的方式增加土壤营养供给，能够保证渣山重建植物正常生长及群落形成，因此，施肥或覆土措施是该地区人工草地建设采取的主要修复方式17。具体恢复措施为：（1）轻施肥（LF，磷酸二铵0.0125 kg/m2）；（2）中施肥（MF，磷酸二铵0.0375 kg/m2）；（3）重施肥（HF，磷酸二铵 0.1125 kg/m2）；（4）1年不施肥（NF1）；（5）5年不施肥（NF5）；（6）未覆土（NS）；（7）中覆土（MS，覆土2025 cm）；（8）重覆土（HS，覆 OCVOR模型 土壤有机碳 土壤碱解氮 土壤速效磷 土壤速效钾 地上部分生物量 物种数累计占比 物种盖度累计占比 恢复物种分盖度 退化物种分盖度 评价系统与参照系统对比 生态系统健康等级及恢复效果确定优化基况评价指数活力评价指数组织力评价指数 恢复力评价指数 图 1OCVOR模型构建流程图Fig.1Flow chart of OCVOR model表 1高寒矿区人工草地生态系统健康评价指数及等级Table 1Index and rank of artificial grassland health evaluation in alpine mining area序号Serial number12345健康指数Health index0.80V1.000.60V0.800.40V0.600.20V0.400.00V0.20健康等级Health rank健康亚健康不健康警戒崩溃恢复效果Restoration effect很好好一般差很差注：V 表示指数模型计算结果值。Note：V represents the calculated result of the exponential model.40杨鑫光 李志炜 王克宙等 基于 OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究土 4045 cm）。将原始群落高寒草甸生态系统作为恢复效果对比处理（UG），将未修复的煤矸石山作为对照（CK）。本文数据来自江仓煤矿区五井田渣山同一人工建植混播草地，2013年建植，采用垂穗披碱草（Elymus nutans）、冷地早熟禾（Poa crymophila）、星星草（Puccinellia tenuiflora）混播，种子撒播，播种比例 2 1 1，播量 300 kg/hm2，种植期间及种植后每年春季施用一定量磷酸二铵及氯化钾，以保持植物正常生长。借鉴单贵莲等11在典型草原健康评价过程中原始数据列举方法，为验证 OCVOR 模型结果是否符合实际，选择杨鑫光等18，25在不同施肥水平和不同覆土厚度下煤矸石山植被和土壤恢复研究测定的土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、地上生物量和植被盖度数据（以上土壤和植被特征数据为恢复后第 5年测定）。其中，不同施肥水平试验设计中，仅施用磷酸二胺，未施用氯化钾，同时以 2018年调查为基准，将试验地内 1 年未施肥样方作为 1 年不施肥处理，将试验地外围 5年未施肥人工草地作为 5年不施肥处理25。将数据加以修正（不同施肥和不同覆土下测定的植物和土壤各项指标重复次数不同，为确保数据之间可比性，涉及指标数据均按照 3次重复取值并重新计算），比较不同恢复措施下人工草地生态系统健康程度和恢复效果，涉及的相关指标数据见表2（各物种分盖度数据省略）。1.4数据处理数 据 采 用 Excel 2007 进 行 整 理，运 用 SPSS 19.0 进 行 分 析。采 用 单 因 素 分 析 方 法（One-way ANOVA）检验各处理间的差异，采用 LSD法（Least-significant difference，LSD）进行多重比较，Canoco 4.5软件进行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。计算结果用平均值标准差（MeanSD）表示。2结果与分析2.1施肥对人工草地生态系统健康水平的影响由表 3可看出，轻施肥、中施肥、重施肥及 1年不施肥、5年不施肥措施下各单项指数和综合指数均介于原始群落和对照之间。不同施肥措施间相比，基况指数表现为：除与轻施肥措施差异不显著外，中施表 2模型涉及的原始数据Table 2Original data used in the model处理TreatmentLFMFHFNF1NF5NSMSHSUGCK土壤有机质（g/kg）Soil organic matter（g/kg）73.898.75bc95.9523.24b74.4425.02bc65.685.51c55.816.38c13.933.19d23.059.91d80.1321.08bc304.1926.38a16.324.63d碱解氮（mg/kg）Available nitrogen（mg/kg）23.332.08e28.333.51de61.5033.91bcd18.671.15e20.670.58e44.673.51bcde66.6734.96bc70.3332.52b507.3332.62a33.3310.69cde速效磷（mg/kg）Available phosphorus（mg/kg）7.101.57cd23.405.34bc51.3035.34a4.700.30cd3.000.66d1.370.21d1.600.62d2.271.69d8.370.81cd1.430.15d速效钾（mg/kg）Available potassium（mg/kg）94.0019.08c92.0011.00cd115.6716.26b99.6714.84bc86.675.51cde62.000.00f67.000.00f70.676.35ef159.006.93a74.0012.12def地上生物量（g/m2）Above-ground biomass（g/m2）52.373.11b63.685.36b55.474.12b44.334.86bc6.411.44de10.162.89de16.251.68de98.5241.24a27.662.61cd0.000.00e植被盖度（%）Vegetation coverage（%）81.672.89bc89.004.58ab79.334.04cd72.676.81d12.002.00g23.332.89f55.008.66e85.679.81bc94.671.53a0.000.00h注：同列不同小写字母表示不同处理间有显著差异（P0.05），下同。Note：The significant difference between different treatments of the same trait is denoted as different lowercase letters in the same column，the same below.表 3不同施肥水平下的人工草地生态系统健康评价Table 3Ecosystem health assessment of artificial grassland at the different levels of fertilization处理TreatmentLFMFHFNF1NF5UGCK基况Condition0.240.03bc0.320.08b0.240.07c0.220.02c0.180.03c1.000.00a0.050.02d优化基况Optimizing condition0.370.02c0.430.05b0.430.03b0.320.02d0.250.02e1.000.00a0.140.02f活力Vigor1.000.00a1.000.00a1.000.00a1.000.00a0.230.05b1.000.00a0.000.00c组织力Organization1.000.00a0.970.05a1.000.00a1.000.00a0.180.31b1.000.00a0.000.00b恢复力Resilience0.800.04b0.880.10b0.810.04b0.700.06c0.120.02d1.000.00a0.000.00eVOR指数VOR index0.930.01ab0.950.04ab0.940.02ab0.900.02b0.180.12c1.000.00a0.000.00dCVOR指数CVOR index0.230.02c0.300.08b0.230.06c0.200.02c0.040.03de1.000.00a0.000.00eOCVOR指数OCVOR index0.350.02c0.410.06b0.400.03b0.280.02d0.050.04e1.000.00a0.000.00e41中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期肥措施显著高于其他施肥措施（P0.05）；优化基况指数表现为：中施肥和重施肥显著高于其他施肥措施（P0.05）；活力指数和组织力指数表现为：除5年不施肥显著下降外（P0.05），其他施肥措施间差异不显著；恢复力指数表现为：轻施肥、中施肥和重施肥显著高于1年不施肥、5年不施肥措施（POCVORCVOR。其中，VOR指数表现为：除 5 年不施肥措施显著降低外（P0.05），其他施肥措施间差异不显著；CVOR 指数表现为：中施肥显著高于重施肥、轻施肥和 1 年不施肥措施（P0.05），5年不施肥显著低于其他施肥措施（P0.05）；OCVOR 指数表现为：中施肥、重施肥显著高于其他施肥措施（P0.05）。3 种综合指数均表现为中施肥措施高于其他施肥措施。2.2覆土对人工草地生态系统健康水平的影响由表4可看出，未覆土、中覆土和重覆土措施下各单项指数和综合指数均介于原始群落和对照之间。不同覆土措施间相比较，基况指数和优化基况指数表现为：重覆土显著高于中覆土、未覆土措施（P0.05），而未覆土与中覆土间差异不显著；活力指数和恢复力指数表现为：重覆土显著高于中覆土、未覆土措施（P0.05），中覆土显著高于未覆土措施（POCVORCVOR。其中，VOR 指数表现为：随着覆土厚度的增加而显著增加（P0.05）；CVOR 和 OCVOR 指数表现为：厚覆土显著高于中覆土、未覆土措施（P0.05），而未覆土与中覆土间差异不显著。3种综合指数均表现为厚覆土措施高于其他覆土措施。2.3不同恢复措施下人工草地生态系统健康水平比较由表 5可看出，8种恢复措施下 VOR、CVOR 和OCVOR 指数均大于对照、小于原始群落。不同评价指数对 8种恢复措施下的健康等级和恢复效果的评价差异较大。VOR 指数在 0.180.95 之间，其中，轻施肥、中施肥、重施肥、1 年不施肥、重覆土措施评价结果为健康和很好，中覆土措施为不健康和一般，未覆土措施为警戒和差，5年不施肥措施为崩溃和很差；CVOR 指数在 0.020.30之间，其中，轻施肥、中施肥、重施肥、1年不施肥、重覆土措施评价结果为警戒和差，中覆土、未覆土和 5年不施肥措施为崩溃和很差；OCVOR指数在 0.050.41之间，其中，中施肥、重施肥措施评价结果为不健康和一般，表 4不同覆土厚度下的人工草地生态系统健康评价Table 4Ecosystem health assessment of artificial grassland at the different replaced topsoil depths处理TreatmentNSMSHSUGCK基况Condition0.050.02c0.080.03c0.260.06b1.000.00a0.050.02c优化基况Optimizing condition0.130.01c0.160.03c0.270.07b1.000.00a0.140.02c活力Vigor0.370.10c0.590.02b1.000.00a1.000.00a0.000.00d组织力Organization0.580.07b0.580.06b0.580.08b1.000.00a0.000.00c恢复力Resilience0.230.04d0.540.08c0.850.12b1.000.00a0.000.00eVOR指数VOR index0.390.07d0.570.02c0.810.03b1.000.00a0.000.00eCVOR指数CVOR index0.020.01c0.040.02c0.210.05b1.000.00a0.000.00cOCVOR指数OCVOR index0.050.01c0.090.01c0.220.06b1.000.00a0.000.00d表 5基于 VOR、CVOR和 OCVOR指数模型的人工草地生态系统健康评价Table 5Ecosystem health assessment of artificial grassland based on VOR，CVOR and OCVOR index models处理TreatmentLFMFHFNF1NF5NSMSHSUGCKVOR指数VOR index指数值Index value0.930.950.940.900.180.390.570.811.000.00健康等级Health level健康健康健康健康崩溃警戒不健康健康健康崩溃恢复效果Restoration effect很好很好很好很好很差差一般很好很差CVOR指数CVOR index指数值Index value0.230.300.230.200.040.020.040.211.000.00健康等级Health level警戒警戒警戒警戒崩溃崩溃崩溃警戒健康崩溃恢复效果Restoration effect差差差差很差很差很差差很差OCVOR指数OCVOR index指数值Index value0.350.410.400.280.050.050.090.221.000.00健康等级Health level警戒不健康不健康警戒崩溃崩溃崩溃警戒健康崩溃恢复效果restoration effect差一般一般差很差很差很差差很差42杨鑫光 李志炜 王克宙等 基于 OCVOR优化模型的高寒受损煤矿区人工恢复效果评价研究轻施肥、1 年不施肥、重覆土措施为警戒和差，中覆土、未覆土和 5年不施肥措施为崩溃和很差。3种综合指数评价结果均表现为采用覆土措施生态系统健康水平和恢复效果低于施肥措施。2.4草地生态系统健康评价指数间的相互关系从 图 2 可 见，各 单 项 指 数 与 VOR、CVOR 和OCVOR 综合指数之间存在明显的正相关关系。其中，活力、恢复力、组织力与 VOR 相关性更好，而基况、优化基况与CVOR、OCVOR相关性更好。3个综合指数之间相比较，CVOR 和 OCVOR 之间相关性相对较高，其次为 VOR 和 OCVOR，VOR 和 CVOR之间相关性相对较低。3讨论本研究对 VOR、CVOR 和 OCVOR 指数评价结果进行对比，从不同施肥措施来看，3种指数评价结果均表现出相同的趋势，即中施肥措施下生态系统健康水平和恢复效果优于重施肥、轻施肥、1年不施肥、5年不施肥，与人工草地适宜施肥量为中施肥水平研究结论一致25；从不同覆土措施来看，3种模型也表现出相同的趋势，即重覆土措施下生态系统健康水平和恢复效果优于中覆土、未覆土，与重覆土措施是有效的恢复策略研究结论一致18。不同恢复措施间比较，覆土措施生态系统健康水平和恢复效果普遍低于施肥措施，主要原因是施肥措施不仅能够有效恢复地上植被，而且能增加土壤营养元素供给，而覆土为深层底土，土壤中有机碳和速效氮磷钾含量低，导致地上植被活力、组织力和恢复力也相对较低。本研究中，虽然评价结果趋势一致，但是不同指数模型评价结果差异较大，整体上表现出 VOR指数评价的健康等级和恢复效果好于 OCVOR 指数，OCVOR 指数好于 CVOR 指数。采用 VOR 指数评价，除 5年不施肥、未覆土和中覆土之外其他恢复措施均达到了健康水平，恢复效果很好，与 CVOR指数相比，VOR指数评价结果偏高，这一结果与干旱风沙区荒漠草原生态系统健康评价结果类似23。这是由于 VOR指数仅考虑植物层面，并未考虑土壤等环境因素对生态系统健康的影响，意味着草地生态系统特别是土壤层面或已出现一定程度退化风险，但是VOR指数不能够完全评估出存在的风险，仍然显示为生态系统健康，对于是否及时补充恢复措施产生评估偏差。采用 CVOR指数评价，8种恢复措施健康等级均表现为警戒及以下，恢复效果为差甚至很差。CVOR 指数中加入土壤有机碳作为基况，在一定程度上弥补了 VOR 指数的不足，但与植物相比，土壤有机碳变化较为迟缓23，加上不同恢复措施下土壤有机碳含量仍然大幅低于参照系统（仅占参照系统的 4.58%31.54%），使得 CVOR 指数评价结果偏低。基于该评价结果，需要继续通过施肥、补播等措施开展生态系统恢复，这使一些已经达到恢复效果的草地生态系统仍然持续投入，额外增加了维护成本。VOR、CVOR指数评价结果过高和过低，均不利于科学指导高寒矿区人工草地生态系统的后期管护。在 CVOR 指数基础上，通过在基况中增加土壤速效氮磷钾对生态系统健康的贡献度形成 OCVOR指数，OCVOR指数健康等级和恢复效果评价结果介于 VOR 指数和 CVOR 指数之间。OCVOR 指数评价结果表明，在木里矿区，中施肥、重施肥措施为不健康和一般，反映出虽然地上植被生长状况良好，但是土壤有机碳和速效养分含量依然偏低的实际；轻施肥、1年不施肥、重覆土措施为警戒和差，中覆土、未覆土和 5年不施肥措施为崩溃和很差，反映出高寒矿区煤矸石山人工草地建植过程中施肥的重要性，同时可见，利用深层底土作为土壤基质进行覆土，并不能有效改善草地生态系统健康状况，恢复效果差，主要是由于深层底土中的有机碳含量和速效氮磷钾含量低所致18。从冗余分析结果来看，VOR 与OCVOR 指数之间的相关性要大于 VOR 与 CVOR指数之间的相关性，这表明，与 CVOR指数反映“土”和“草”的相互作用相比23，OCVOR指数反映“土”和“草”的相互作用更加明显。图 2生态系统健康评价指数之间的冗余分析二维排序Fig.2The ordination diagram of RDA analysis among the ecosystem health evaluation parameters43中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期从以上论述中可以看出，OCVOR 指数更适用于矿山开采、道路施工、水土流失等遭受较大破坏草地的恢复重建生态系统健康评价。在实际应用中，对于基况可按照关键环境因子进行设定，以充分反映生态系统植物-土壤-大气界面过程，体现水热因素与土壤营养库整体状况。4结论与 VOR、CVOR 指数模型相比，OCVOR 指数模型更适宜破坏程度大的高寒矿区煤矸石山人工草地生态系统的健康评价和恢复效果判断，反映“土”和“草”的相互作用更加明显。通过 OCVOR指数模型评价生态系统健康等级和恢复效果，中施肥、重施肥措施为不健康和一般，轻施肥、1 年不施肥、重覆土措施为警戒和差，中覆土、未覆土和 5 年不施肥措施为崩溃和很差。综合比较，中施肥措施下的人工草地生态系统健康水平和恢复效果优于其他措施。由于矿坑深层底土有机碳和速效氮磷钾含量低，导致覆土措施的恢复效果差于施肥措施。OCVOR 指数模型的应用拓展了草地生态系统健康评价的方式，今后可在类似地区进一步进行验证并推广应用。参考文献（References）：1 闫宝龙，吕世杰，赵萌莉，等.草原生态安全评价方法研究进展 J.中国草地学报，2019，41（5）：164-171.YAN Baolong，LYU 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