采砂后暴露出的基底由于其物理和化学性质（包括极粗糙的质地、较差的空气-水分交换能力、缺乏土壤有机质、养分不足以及养分比例失衡）通常不利于植物殖民（Pietrzykowski, 2014; Wo? et al., 2022）。因此，大多数采矿后的区域要么经过复垦并造林（Pietrzykowski and Krzaklewski, 2018），要么让其自然再生和演替（Wiegleb and Felinks, 2001; Coradini et al., 2022）。这些采矿后场地管理方法自20世纪初就已存在（Yeager, 1942）。然而，现在越来越倾向于以符合与自然和谐共处、造福社会的大背景来修复这些场地（Pietrzykowski et al., 2024）。
自然再生过程缓慢，往往无法在足够短的时间内恢复森林生态系统（Pietrzykowski and Krzaklewski, 2009; Espigares et al., 2011），而技术性复垦成本高昂，可能导致生物多样性大幅丧失（Prach and Walker, 2011）。自发植被恢复的采矿后场地可以为许多受威胁的维管植物物种提供重要的次生栖息地（Pietrzykowski, 2008; Prach et al., 2011; ?ebelíková et al., 2016; ?ehounková et al., 2020）。Hendrychová等人（2012）发现，在褐煤开采后的采矿后区域中，47%的无脊椎动物物种同时存在于复垦区和自然演替区；其余物种则仅存在于自然演替区（37%）或复垦区（16%）。这些发现表明，结合自然演替和造林的方法可能有利于无脊椎动物群落的建立。相比之下，Tropek等人（2012）观察到，在自然演替区中出现了大量濒危节肢动物物种，而在复垦区中几乎看不到这些物种，这表明技术性复垦对生物多样性保护效果不佳，应仅用于有充分理由的公共利益案例（Tropek et al., 2012）。同样，研究表明自然演替区支持更大的两栖动物种群和更高的物种丰富度（Vojar et al., 2016）。然而，并非所有未复垦的场地都能显著提高生物多样性（Moradi et al., 2018）。未复垦场地中的生物多样性通常集中在特定条件下形成的小范围内，这些范围仅占场地总面积的一小部分（Hendrychová and Bogusch, 2016）。
采矿后场地的生态系统发展不仅与植物和动物的殖民有关，还与土壤改良有关（Pietrzykowski and Krzaklewski, 2009; Mukhopadhyay and Masto, 2022）。然而，关于自然演替和造林形成的生态系统对采矿后土壤化学和生物特性的影响的研究结果存在矛盾。Chodak等人（2009）报告称，与自然演替相比，采砂坑的复垦增强了土壤的微生物特性，并加速了自然森林土壤群落的代谢功能发展。相反，捷克索科洛夫附近褐煤开采后的粘土堆中，自然演替区的微生物生物量和酶活性与种植了Picea omorica、Picea pungens、Pinus concorta、Pinus nigra、Quercus robur和Tilia cordata的造林区相似（?najdr et al., 2013）。在相似的生境条件下，黑桤木（Alnus glutinosa）和灰桤木（Alnus incana）林分下的微生物参数更高（Helingerová et al., 2010; ?najdr et al., 2013）。此外，据报道，在复垦和造林的桤木林分中，土壤大型动物的密度也高于褐煤开采后的未复垦场地（Frouz et al., 2007）。然而，复垦可能减缓土壤压实过程，从而影响土壤深层生物群落的发展（Moradi et al., 2020）。Pietrzykowski和Krzaklewski（2007）发现，造林后的采砂土壤中碳（C）积累速率是自然演替区的三倍，氮（N）积累速率是五倍。在褐煤开采后的粘土土壤中，类似的模式也得到了观察，复垦的矿场土壤中22至32年生的多种树木林分表现出相对较高的碳积累（Frouz et al., 2009）。复垦倾向于增加腐殖质积累、腐殖化过程和腐殖质转化速率，但这种差异会随着场地年龄的增长而减小，大约40年后可能变得不显著（Abakumov et al., 2013）。
总体而言，采矿后场地的复垦和造林比让场地自然演替能产生更高的生物量积累和木材产量（Pietrzykowski and Krzaklewski, 2018; Vacek et al., 2018）。然而，一些研究表明，自然演替形成的林分与造林形成的林分在生长参数上可能存在相似性（Frouz et al., 2015; Vacek et al., 2018; Wo? et al., 2024）。自然演替和造林形成的林分在生长参数上的差异及其对土壤特性的影响可能源于通过自然再生形成的群落具有异质性，即使在小范围内也存在显著差异（Groninger et al., 2017）。在有利条件下，某些快速生长的木材物种可能在干扰后30至40年内达到可采伐的大小；而生长较慢的硬木物种可能需要50至60年或更长时间。相反，由于土壤条件不适或下层植被竞争过于激烈，某些场地在干扰后数十年内可能仍处于草本-灌木阶段（Groninger et al., 2017）。由于采矿后场地通常用于林业用途，长时间保持大面积无植被状态并不现实。然而，自然演替群落在提高森林生态系统对气候变化的适应性和增加生物多样性方面发挥着重要作用（Wiegleb and Felinks, 2001）。因此，在实现木材生产和促进生物多样性双重目标的过程中，人们普遍支持将最有前景的自然演替群落纳入采矿后场地的造林计划中（Pietrzykowski, 2015）。这种镶嵌管理策略包括在造林区域中定期设置自然演替中心（Krzaklewski and Fr?czek, 1999; Pietrzykowski, 2015）。这种方法既提高了生物多样性，也增强了采矿后脆弱生态系统对不利环境因素的抵抗力（Pietrzykowski and Krzaklewski, 2009）。在规划复垦方案之前，应利用遥感等技术对采矿后场地的植被进行调查，然后评估植被组成，并规划其纳入造林的过程（Krzaklewski and Fr?czek, 1999; Pietrzykowski, 2015）。目标不仅是实现最大的自然演替中心多样性，还要考虑出现在最贫瘠生境中的特定物种（例如Corynepphorus canescens等草本植物）。在缺乏植被的情况下（例如必须在采矿结束后立即进行复垦时），应识别出最有利于植被殖民的场地部分。对于采砂坑，这些区域的粘土含量较高，地下水较浅。接下来，可以通过改善环境、加速自然生态演替所需的条件来促进自然殖民过程（Luken, 1990; Pietrzykowski and Krzaklewski, 2018）。
在这项研究中，我们旨在评估由自然演替和造林形成的镶嵌森林生态系统对砂质采矿后土壤物理化学和微生物特性的影响。我们测试了以下假设：通过自然演替形成的森林林分在纳入采矿后造林区域后，其生长参数与造林形成的林分相似，并对土壤的物理化学和微生物特性有同等强烈的影响；同时，这些林分具有更高的树种多样性，这对于发展中的脆弱生态系统非常重要。
