我国西部半干旱矿区生态环境脆弱,气候条件恶劣,煤炭资源开发重心西移,使本就脆弱的生态环境恶化,社会生态环境问题进一步加剧。实现矿山土地的可持续管理、恢复矿山土地的生产能力变得尤为迫切,弄清煤炭资源开采扰动下地表环境因子的改变对植物影响规律,探索半干旱矿区植物引导型恢复的有效方法是矿区生态环境可持续发展的必然要求,也是国家科技的重大需求。但是,半干旱矿区受损植被引导型恢复还面临植被在哪种破坏程度下可以实现自恢复、当需要人工引导干预时,在什么地方干预、怎么干预、干预到何种程度等几个基本问题。因此,本文综合利用叶绿素荧光诱导技术、机载高光谱监测技术、卫星遥感监测技术,多角度、多尺度实现半干旱矿区植被受扰动状况的快速准确提取,在对煤炭开采塌陷对植物损伤机理以及时空扰动规律研究的基础上,对上述四个基本问题展开研究,探索半干旱矿区植被引导型恢复模式,为绿色矿山建设、矿区植被重建利用提供方法论基础。论文取得如下研究结果:(1)采煤塌陷引起植物生长土壤立地条件破坏,植物叶片快速叶绿素荧光诱导曲线发生变形,植物叶片减少用于电子传递的能量份额,电子传递逐渐受到抑制,降低了植物叶片的光合作用效率;气孔限制值升高,气孔导度、光合速率和蒸腾速率均显著降低。拉伸区和压缩区植物损伤程度大于中性区植物损伤程度,应当优先考虑对压缩区、拉伸区受损植物进行引导恢复。塌陷区植物个体损伤原因在于,采煤塌陷在地表形成大量裂缝,破坏了土体结构,增加了土壤水分的蒸发面,加速了土壤水的散失,地下部分被抽空,潜水位埋深降低,影响地下水对地表水的补给。土壤含水量为影响半干旱煤炭开采塌陷区植物光合生理活动的最关键要素,植物生长开始受到胁迫和开始死亡的土壤含水量阈值分别为8.91%和4.87%。对土壤含水量小于8.91%的开采区域应提前采取相应的土壤技术提高土壤含水量,避免土壤含水量的减少导致植被迅速恶化。(2)利用机载高光谱数据,基于CARS特征选择数据,建立了植被叶片最大光合效率Fv/F_M、相对含水量LRWC、叶绿素含量SPAD值高光谱反演模型,获取了植物光合生理相关要素在矿区尺度上的空间分布特征。植物叶片Fv/F_M、LRWC、SPAD值的范围分别在0.764-0.822、35.81-52.32%和30.35-48.41 mg/g之间。采区地表植物生长受到煤炭开采扰动,原始植物空间格局被打破,部分地区出现植物退化,导致叶片光合生理要素空间变异程度增加,空间自相关性降低。由于土壤含水量在压缩区、拉伸区,中性区的空间异质性,采煤塌陷后地表“三区”植物叶片Fv/F_M、LRWC、SPAD变化同样具有空间差异性,中性区植物叶片Fv/F_M、LRWC、SPAD高于压缩区、拉伸区。最后根据F_V/F_M反演结果对采煤扰动区植物受胁迫区域进行了空间识别。(3)利用机载高光谱数据,基于完全约束最小二乘法对大柳塔矿区地表典型植物进行识别,并分析半干旱矿区煤炭开采对典型植物物种时空分布以及多样性的影响。通过与地面典型植物物种现场调查结果相比,利用完全约束最小二乘法分类精度总体为77.41%,矿区地表植物分布以灌木和草本植物为主,乔木所占的百分比最低、平均丰度值较小,乔木、灌木、草本植物的百分比分别为:15.94%、57.97%和26.09%。通过对采区与非采区主要植物多样性指数进行差异显著性分析,得到采区与非采区地表主要植物多样性受地表塌陷的扰动影响很小。采煤塌陷2-7年后,煤炭开采对乔木的影响较大,而抗塌陷干扰能力相对较强的灌草类植物重要值升高;塌陷8-12年后,随着生长立地条件恢复,植被群落结构趋于稳定,乔木植物重要值升高;塌陷12年后,塌陷区植物重要值慢慢趋于稳定。在半干旱矿区进行植被引导型恢复时,植被配置物种应优先选种抗逆性较强的草灌类植物,为了保证半干旱矿区植被恢复的可持续性,管护周期至少为12年。(4)从2001-2016年神东中心矿区植被NDVI整体呈物候性周期变化。通过对采区和非采区NDVI差异分析可知,采后5年内,相对于非采区,采区植被NDVI的变化表现为持续降低的过程;采后7年,采区植被开始恢复,NDVI差异值开始降低;至采后12年,采区植被NDVI基本能够恢复至非采区水平。神东中心矿区植被覆盖度呈升高与降低的区域面积分别占中心矿区总面积的72.35%和27.65%,年际间植被覆盖度以中、低幅度波动变化为主。地下水埋深4 m和8m是影响神东矿区植被NDVI的两个重要阈值,当地下水埋深大于4 m后,根系较浅的湿生植被演替为根系较长的旱生植被;当地下水埋深大于8 m后,旱生植被演替为沙生植被。地下水埋深对地表植被类型的影响主要通过影响土壤含水量来实现的。通过对比不同立地条件和不同植被覆盖度变化趋势下典型植物物种组成及丰度差异,以植被覆盖度升高区各植物物种平均丰度值作为植被重建丰度基准,得到不同立地条件下植被恢复重建丰度阈值在36.60%-45.30%之间,此外,还得到了不同立地条件植被重建乔木、灌木、草本植物配置差异性比例。(5)半干旱矿区受损植被引导型恢复应采用“自然恢复和人工修复并重、自然恢复为主、人工恢复为辅”的模式,首先对不同塌陷区位地面裂缝治理,然后以地下水位埋深、土壤含水量等关键限制性因素及相关阈值条件为根本出发点,并以限制因素是否达到阈值条件作为矿区植被引导恢复目标的合理程度判别的基本标准,进行重点、有针对性的引导恢复植被生长立地条件,最后依据本文得到的不同立地条件下植被恢复重建丰度阈值以及乔木、灌木、草本植物配置差异性比例,采用“恢复初期灌草先行、恢复后期乔灌草搭配”模式对植被群落结构进行恢复。研究构建了半干旱矿区受损植被引导型恢复模式,解答了植被在哪种破坏程度下可以实现自恢复、当需要人工引导干预时,在什么地方干预、怎么干预、干预到何种程度等几个基本问题,从而为半干旱矿山植被恢复提供方法论基础和实践依据。该论文有图66幅,表14个,参考文献368篇。