神木北部礦區(qū)不同塌陷年限植被群落演替特征

杜華棟

摘 要：文章研究了神木北部礦區(qū)不同采煤塌陷年限下植物群落演變特征，探討采煤塌陷過(guò)程中植物群落的響應(yīng)及其機(jī)制。結(jié)果表明：（1）神木北部礦區(qū)植物生長(zhǎng)型構(gòu)型以一二年生和多年生草本為主，喬木、灌木植物較少。塌陷1～2a一年生草本和旱生和旱中生植物比例顯著增加，小灌木和半灌木的比例降低；（2）采煤塌陷初期植物群落物種數(shù)、蓋度、生物量、物種密度和生物多樣性指數(shù)均顯著下降，并在塌陷2年達(dá)到最低；（3）隨著塌陷年限的增長(zhǎng)，沉陷區(qū)上述植被群落指標(biāo)均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但在自然恢復(fù)條件下塌陷10a后仍未恢復(fù)至未塌陷地群落水平。綜合表明采煤塌陷對(duì)植被群落的損害具有一定延續(xù)性。

關(guān)鍵詞：榆神府礦區(qū)；采煤塌陷；植物群落；演變規(guī)律；生態(tài)恢復(fù)

中圖分類號(hào)：Q148 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）26-0010-03

煤炭開(kāi)采對(duì)環(huán)境所造成的影響是會(huì)長(zhǎng)期存在的，特別是對(duì)土地資源的破壞及其引發(fā)的環(huán)境變化，會(huì)伴隨著整個(gè)開(kāi)采過(guò)程一直延續(xù)下去[1]，其中地表塌陷是煤炭開(kāi)采最明顯和嚴(yán)重的形式之一[2]。神木北部礦區(qū)是我國(guó)西部的能源重化工基地，煤層埋藏淺、開(kāi)采厚度大、上覆基巖厚度較薄、地表為厚風(fēng)積沙覆蓋層，煤炭資源的開(kāi)采和工業(yè)建設(shè)，使得該區(qū)生態(tài)環(huán)境遭受損害。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)采煤沉陷的機(jī)理、類型和形態(tài)等地質(zhì)相關(guān)研究較多[3]，但該區(qū)采煤沉陷后植被群落變化及其內(nèi)在機(jī)理研究較為薄弱，如地表沉陷對(duì)植被群落的影響存在相反的結(jié)論[4，5]。為此，本研究通過(guò)神木北部礦區(qū)不同塌陷年限下植被群落組成、多樣性和演替過(guò)程的研究，探討采煤塌陷干擾對(duì)植物群落組成特征的影響，試圖了解塌陷對(duì)礦區(qū)植被群落演替影響的規(guī)律，為礦區(qū)的生態(tài)治理建設(shè)提供植被保護(hù)的理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)

樣區(qū)選擇在神木北部礦區(qū)，從氣候上看屬于半干旱氣候向東南濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候過(guò)渡區(qū)，地區(qū)的地帶性植被屬于暖溫帶典型草原植被。該區(qū)煤層呈平緩單斜構(gòu)造，煤層埋深約100m[6]。隨著煤炭的大量開(kāi)采，礦區(qū)呈現(xiàn)地表大裂縫和臺(tái)階狀斷裂。

1.2 研究方法

本文主要研究大柳塔礦區(qū)覆沙地。首先通過(guò)收集資料和調(diào)查走訪確定地表沉陷時(shí)間，確定采煤地表沉陷1年、2年、5年和10年工作面。每種沉陷年限選擇7塊下墊面狀況（海拔、坡形等）比較相近的沉陷地作為研究樣地，同時(shí)每塊樣地選擇一塊鄰近下墊面狀況一致且沒(méi)有受到沉陷影響的坡地作為對(duì)照樣地。每個(gè)樣地設(shè)立3個(gè)樣方重復(fù)，樣方大小草本為2m×2m，灌木為5m×5m，喬木為10m×10m。調(diào)查包括種類、每個(gè)物種的數(shù)量、平均高以及蓋度，同時(shí)統(tǒng)計(jì)主要建群種植被生長(zhǎng)、死亡狀況，并剪取主要物種地上生物量，帶回實(shí)驗(yàn)室，105℃下烘干稱重。調(diào)查數(shù)據(jù)用以分析地表沉陷對(duì)植物群落多樣性、物種分布格局、初級(jí)生產(chǎn)力的影響。選擇物種豐富度Margalef指數(shù)、均勻度Pielou指數(shù)、多樣性Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)來(lái)衡量群落結(jié)構(gòu)[7]。計(jì)算不同侵蝕環(huán)境下不同生長(zhǎng)型和水分生態(tài)型植物占群落物種總數(shù)比例，同時(shí)用Sorensen相似度指數(shù)測(cè)定不同塌陷年限下植物群落物種相似程度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）表示。所有數(shù)據(jù)采用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）比較組間的差異，差異顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 神木北部礦區(qū)不同塌陷年限植被群落物種組成特征

神木北部礦區(qū)植被共調(diào)查植物69種，分屬22科54屬，其中菊科、豆科、禾本科植物約占到了植物總數(shù)的70%左右，植物生長(zhǎng)型構(gòu)型以一二年生和多年生草本為主，喬木、灌木植物較少，基本反映了研究區(qū)植物區(qū)系分布特征，這些科屬中耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)的物種構(gòu)成了研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)種和先鋒植物[8]。由圖1A可以看出，與未塌陷地相比塌陷1～2a一年生草本比例顯著增加，而多年生草本比例顯著減?。≒<0.05），這是因?yàn)榈乇硭莩跗诘乇硗寥浪蓜?dòng)，產(chǎn)生的裂縫損傷了原有優(yōu)勢(shì)植物根系，同時(shí)裂縫為以大量種子繁殖的一二年生植物提供了棲息地，再加之裂縫增加的降雨滲透為種子萌發(fā)提供了較好的條件。采煤塌陷初期1～2a小灌木和半灌木的比例降低了約60%；大灌木的比例在不同塌陷年限下差異不顯著（P>0.05）。由圖1B不同采煤塌陷年限植物生態(tài)型可以看出，采煤塌陷后中生和中旱生植物比例顯著降低，而旱生多年生草本比例顯著增加（P<0.05），這是因?yàn)橥寥拉h(huán)境變得穩(wěn)定且越來(lái)越接近沉陷前，多年生植物以其發(fā)達(dá)的根系和克隆器官等，在生長(zhǎng)生殖中處于優(yōu)勢(shì)[9]，一年生和一二年生草本植物逐漸減少，取而代之的是旱生的多年生草本。

2.2 神木北部礦區(qū)不同塌陷年限下植物群落生物量與物種多樣性特征

煤炭開(kāi)采引起的地表塌陷使得土壤質(zhì)量退化，同時(shí)微地形坡度增加使得土壤侵蝕強(qiáng)度加大，植物生存條件被破壞，由表1可以看出，采煤塌陷初期植物群落物種數(shù)、蓋度、生物量、物種密度和生物多樣性指數(shù)均顯著下降（P<0.05），并在塌陷2年達(dá)到最低，這與以往研究者[4]的研究相似。但隨著塌陷年限的增長(zhǎng)，被破壞土體的逐漸穩(wěn)定，植被群落表現(xiàn)出正向的演替，沉陷區(qū)上述植被群落指標(biāo)均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但在自然恢復(fù)條件下塌陷10a后仍未恢復(fù)至未塌陷地群落水平。塌陷1a植物群落豐富度和多樣性指標(biāo)并未顯著下降（P>0.05），但塌陷2a其數(shù)值驟降達(dá)到最低，后隨著沉陷年限的增加至塌陷5a后這兩個(gè)指數(shù)顯著提高（P<0.05），到沉陷10a其數(shù)值已接近沉陷區(qū)。這與周瑩等[5]在本地區(qū)研究采煤沉陷2年之后植被已基本趨于穩(wěn)定不同，表明雖然采煤塌陷使得植物群落物種豐富度增加，但這種一兩年生伴生物種的增加并不能掩蓋采煤塌陷對(duì)優(yōu)勢(shì)種的關(guān)鍵功能屬性的干擾[10]，植被生產(chǎn)力下降，植物群落生態(tài)功能受損。endprint

2.3 神木北部礦區(qū)不同塌陷年限下植物群落演變過(guò)程分析

由表2可以看出，塌陷1年植物群落與未塌陷地相比仍有較高的相似性，達(dá)到0.7左右；而塌陷2a時(shí)植物群落相似性與其他塌陷年限和未塌陷地相似性較小，塌陷地隨著塌陷年限的增加植物群落與未塌陷地相似性增加，但自然恢復(fù)10a植物群落仍未恢復(fù)至未塌陷水平。神木北部礦區(qū)地表沉陷對(duì)該區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)的損害具有延續(xù)性，且生態(tài)系統(tǒng)自修復(fù)能力較弱，植被被破壞后的自然恢復(fù)是極其緩慢的，因此在生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)在以自然恢復(fù)為主的前提下，輔以適當(dāng)?shù)娜斯ば迯?fù)措施，促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)快速、健康地恢復(fù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）神木北部礦區(qū)植物植物群落在塌陷初期1～2a一年生草本和旱生和旱中生植物比例顯著增加，小灌木和半灌木的比例降低，塌陷5a后多年生草本比例顯著增加，大灌木比例在不同塌陷年限下差異不顯著。

（2）采煤塌陷初期植物群落物種數(shù)、蓋度、生物量、物種密度和生物多樣性指數(shù)均顯著下降，并在塌陷2年達(dá)到最低，但隨著塌陷年限的增長(zhǎng)，沉陷區(qū)上述植被群落指標(biāo)均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但在自然恢復(fù)條件下塌陷10a后仍未恢復(fù)至未塌陷地群落水平。

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