纵观国内外研究现状,尚无对煤矸石地植被演替规律的研究报道。本文以阜新、郑州、兖州和铜川矿务局矸石地为研究对象,以植被发生与演替理论、土壤发生理论为依据,通过资料查询、野外调查、室内分析测定相结合的方法,研究了矸石地生态环境特点、植被类型、改土效应及人工植被建设技术,揭示了矸石地植被演替规律。在矸石地类型划分、土壤重金属元素的污染评价、植被演替规律等方面进行了创新性探索。主要研究结果如下:(1)查明了我国北方四个煤矿区13个煤矿矸石堆积地的气候、土壤等自然条件特征,包括pH值、温度、湿度、有机质、N、P、K、S等理化性质和As、Hg、Cu、Zn、Cr、Pb元素含量等;分析了研究地区矸石堆积地生态环境的基本特点是气候干、土层薄、地温高、水分少、养分缺、重金属污染严重;指出各地矸石土壤均有不同程度的重金属污染,其中,铜川王家河矸石山Pb污染为3级;超化和米村As的污染为2级;除裴沟外,其它矸石地Hg均达到中度或强度污染。(2)采用模糊聚类方法将所有研究地矸石堆积地划分为七类,并查明了各类型的植被类型。同时,划分了立地类型,阐明了各类型植被分布的规律。(3)草本植物群落在矸石地上的演替过程,随时间推移一般要经历五个阶段:1~10 a为刺儿菜+早熟禾+反枝苋+车前群丛;10~20 a为狗尾草+猪毛菜+马唐+打碗花+披碱草群丛;20~30 a为紫草+香茅+狗尾草+萝摩+青蒿群丛;30~40 a为黄蒿+苜蓿+稗+地锦草+蒺藜+艾蒿+早熟禾+夏枯草+苦荬菜群丛。40 a以上为狗尾草+狗牙根+苔草+大豆+番茄群丛。排矸终止30年后,群落开始趋于稳定。(4)在矸石地上植被的自然演替过程中,禾本科、菊科、豆科、蔷薇科、蓼科、十字花科植物起着巨大作用。物种丰富度指数、多样性指数以及均匀度指数达到最大值的时间,不同植被有很大差别。草本群落约为20~30a,灌木群落为30~40a,乔木群落估计约在100a左右。榆树和杠柳是植被自然演替过程中出现最早而且持续时间较长的木本植物,刺槐、侧柏、楝树、臭椿、紫穗槐、沙棘等是矸石山人工造林获得成功的树种。(5)植被恢复下的矸石堆积地的土壤养分含量基本上符合全国土壤养分五级标准的要求(速效N除外);土壤中As、Hg、Cu、Zn、Cr、Pb的含量均低于裸露矸石地,且随着植被覆盖度增大而减少。植物吸收土壤中有毒元素的数量与植物种类、土壤中有毒元素含量、贮存状态、植物生长发育阶段等因素有关。以楝树和侧柏吸收量最大,其次是刺槐,再次是臭椿和白榆。(6)人工植被建设应先选择一些豆科类植物作为先锋植物;随着土壤肥力的提高和水分状况的改善,可逐步增植一些耐旱、耐瘠薄、抗污染性较强的多年生宿