湘潭锰矿矿区生境在锰矿开采和矿渣露天堆积过程中遭受严重破坏并形成残存斑块、地质结构遭到破坏、生物多样性降低、土水受到严重污染,进而导致严重的粮食、蔬菜、水源等重金属污染问题。为恢复矿区的生态环境,从2010年开始实施矿区废弃地生态修复试验,并连续监测生态修复效益四年。效益研究主要从生态学的角度出发,对湘潭锰矿不同时期、不同方式的人工生态修复方案和不同年代自然恢复的生态效益进行了综合对比研究,得出以下主要结论:(1)针对不同类型场地进行相应的生态修复:缓坡场地修复主要将地形处理为3坡向2面坡,再进行植被重建与恢复;陡坡场地修复以设置生态拦截系统为主,并辅以梯田改造、山顶削坡等水土保持措施再进行植被重建与恢复。同时通过建立RUSLE模型分析评估生态修复对土壤侵蚀的控制效果:修复前缓坡场地侵蚀模数为2560.01t·hm-2·a-1,属于中度侵蚀水平;陡坡场地侵蚀模数为5504.90t·hm-2·-a-1,属于强度侵蚀水平。修复后缓坡场地侵蚀模数为62.19t·hm-2·a-1;陡坡场地侵蚀模数为130.61t·hm-2·a-1,两者都达到微水蚀水平。生态修复前,锰矿废弃地试验基地的土壤侵蚀程度从微水蚀到强度侵蚀(203.91~5504.90 t·hm-2·a-1),而通过人工修复,侵蚀模数可以大幅降低到微水蚀水平。(2)研究区域内不同年代的自然恢复样地中共有17种植物,隶属15科17属,以草本植物为主,乔灌木较少;人工生态修复的植物群落(2004年人工林、2010年新造林)中共有36种植物,隶属22科33属,以人工种植的乔木建群种为主;α多样性分析结果显示:原生地次生林群落植物的多样性指数和生态修复人工林之间差异显著,生态修复人工林和不同年代自然恢复植物群落的多样性指数差异显著。声多样性显示:二元属性数据βws、βR、βt、βC和数量数据Cs计算结果基本一致,显示不同恢复模式的群落与原生地次生林群落的相似性排序为:2004年人工林>2010年新造林>40年自然恢复>30年自然恢复>20年自然恢复>10年自然恢复;数量数据中的CN排序为:2004年人工林>2010年新造林>40年自然恢复>10年自然恢复>30年自然恢复>20年自然恢复;CMH排序为:20年自然恢复>40年自然恢复>30年自然恢复>2004年人工林>10年自然恢复>2010年新造林;Cj表排序为:2004年人工林>2010年新造林>40年自然恢复>10年自然恢复>20年自然恢复>30年自然恢复。(3)土壤养分中的全P、全N、全K和有机质含量在人工生态修复样地中显著高于不同年代的自然恢复样地,其中2004年人工林有机质含量与原生地次生林差异不显著;人工生态修复和40年的自然恢复都属于粉砂质粘壤土,比较适合植物生长。土壤物理性质中,容重在人工生态修复和自然恢复中差异不显著,毛管孔隙度、总孔隙度、最大持水量、田间持水量差异显著。土壤中主要重金属Mn、Fe、Zn含量在人工生态修复中显著小于自然恢复。根据灰色关联度模型分析得出:植物多样性与土壤物理性质关联排序趋势为:田间持水量>总孔隙度>毛管孔隙度>毛管持水量>最大持水量、含水量>容重;与土壤化学性质排序趋势为:全N>土壤有机质>全K>全P>pH>全Mn、全Ca>全Fe>全Mg>全Zn>全Cu>全Pb、全Cd。(4)生态修复2004年人工林4年中林冠截留对降水的截留率在5.88%-64.28%之间,穿透水在0.81%-92.84%之间,树干径流在0.60%-2.31%之间,三者具有明显的年变化和季节变化。林外降水年均pH值高低排序为2010>2012>2011>2013,从林外降水到穿透水再到树干茎流,pH平均值不断减小。林外降水、穿透水、树干茎流的大量元素中月平均含量最高是全Ca,最低是全P,微量元素中月平均含量最高是Mn,最低是Pb。穿透水淋溶特征中:大量元素中K元素的淋溶系数最高,微量元素中Fe元素最高;土壤渗透水中,年均淋溶量最大的是Fe和Mn元素。(5)2004年人工林中的栾树不同部位的Mn含量从高到低顺序如下:叶>根>皮>干>枝;杜英不同部位的Mn含量从高到低顺序如下:叶>皮>枝>根>干,杜英相对栾树而言对Mn具有更强的富集能力和转运能力。2010年新造林中香樟不同部位的Mn含量从高到低顺序为:根>叶>皮>枝>干,泡桐不同部位的Mn含量从高到低顺序为:根>叶>枝>皮>干,存活植物中泡桐的富集系数最大,香樟的转移系数最大。湿地修复植物体内Mn含量从高到低顺序如下:紫叶美人蕉>再力花>苎麻>梭鱼草>香蒲>夹竹桃>水葱>德国鸢尾>菖蒲>花叶芦竹>芦苇;对Mn的转运系数(BTF)从大到小的顺序为:芦苇>香蒲>苎麻>水葱>梭鱼草>再力花>德国鸢尾>花叶芦竹>紫叶美人蕉>夹竹桃>菖蒲,对Mn的富集系数(BAF)从大到小的顺序为:紫叶美人蕉>再力花>苎麻>梭鱼草>香蒲>水葱>夹竹桃>德国鸢尾>莒蒲>花叶芦竹>芦苇。