采煤塌陷區(qū)自生植物多樣性調(diào)查與分析

蒙元仙 楊學民 羅珍領(lǐng) 胡藝山 楊瑞卿

摘??? 要：植被修復是采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復的基礎(chǔ)工作。為了更好地發(fā)揮自生植物在采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復中的作用，在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上，對徐州市九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物的物種多樣性進行調(diào)查和分析。結(jié)果表明：九里湖采煤塌陷區(qū)共有自生植物53科122屬147種;菊科、禾本科、豆科是優(yōu)勢科，在群落演替中發(fā)揮著重要作用;生活型組成中以草本植物為主，占總種數(shù)的73.83%;鄉(xiāng)土植物占62.16%，外來植物中有部分入侵植物，應防止其對生態(tài)系統(tǒng)的破壞;植物種間個體數(shù)量分布極不均勻，少數(shù)種占優(yōu)勢;建議在采煤塌陷地的生態(tài)修復中增加菊科、禾本科、豆科自生植物的應用。

關(guān)鍵詞：自生植物;種類;結(jié)構(gòu);多樣性;采煤塌陷區(qū)

中圖分類號：X173???????? 文獻標識碼：A???????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.01.017

Investigation and Analysis on Biodiversity of the Spontaneous Plant in Coal Mining Subsidence Area：

A Case Study of Jiulihu Coal Mining Subsidence Area in Xuzhou City

MENG Yuanxian1， YANG Xuemin2， LUO Zhenling1， HU Yishan1， YANG Ruiqing1

（1.College of Environmental Engineering，Xuzhou University of Technology， XuZhou， Jiangsu 221008， China;2. Xuzhou Institute of Ecological Civilization Construction，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

Abstract： Vegetation restoration is the basic work of ecological restoration in coal mining subsidence area. In order to play better role of spontaneous plant in ecological restoration of coal mining subsidence area， the species diversity of the spontaneous plant in Jiulihu coal mining subsidence area in Xuzhou was investigated and analyzed based on the field investigation. The results showed that there were 147 species， belonging to 122 genera and 53 families of spontaneous plants in Jiulihu coal mining subsidence area.Compositae， Gramineae and Leguminosae were the dominant families which played an important role in community succession. Herbaceous plants accounting for 73.83% of the total species was dominant. Native plants had accounted for 62.16%. There were some invasive plants which should be prevented from damaging the ecosystem. The distribution of individual numbers among species was uneven and a small number of species were dominant .It was suggested that the spontaneous plants of Compositae， Gramineae and Leguminosae should be increased in ecological restoration of coal mining subsidence area.

Key words： spontaneous plant; species; structure; diversity; coal mining subsidence area

收稿日期：2021-09-11

基金項目：徐州工程學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目"采煤塌陷區(qū)自生植物生態(tài)修復潛力及應用研究";徐州市生態(tài)文明建設(shè)研究院基金項目（2019ZD-01）

作者簡介：蒙元仙（1999—），女，貴州黔南人，在讀本科生，主要從事風景園林方面研究。

通訊作者簡介：楊瑞卿（1966—），女，山西晉中人，博士，副教授，主要從事風景園林的教學方面研究。

煤炭是我國的主要能源。煤炭資源的高強度開采，形成大規(guī)模的采煤塌陷區(qū)，造成嚴重的生態(tài)和社會問題。因此，采煤塌陷區(qū)的生態(tài)修復成為煤炭資源型城市可持續(xù)發(fā)展急需解決的問題。植被修復是采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復的基礎(chǔ)[1]。近年來，自生植物以其適應性強、生長迅速、種類豐富、易于管理等優(yōu)點引起越來越多的重視[2-4]。

自生植物泛指自然定居生長的植物[5]，其概念最早在20世紀70年代被國外學者所使用。目前我國對自生植物的研究還不成熟。鄭焯玲等[6]和宮政靖等[7]對廣州自生草本地被植物的適應性與園林應用進行了分析;李曉鵬等[8-9]對北京公園自生植物物種組成特征及群落類型、多樣性時空特征進行研究;朱佳穎[10]對相如湖國家濕地公園自生植物的多樣性及其影響因素進行了調(diào)查和分析;這些研究的重點主要集中在城市各類綠地，對采煤塌陷區(qū)自生植物的研究未有報道。本研究以徐州市九里湖采煤塌陷區(qū)為例，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對其自生植物的種類組成和多樣性進行分析，其目的是為自生植物在采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復中的應用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1?? 研究區(qū)概況

徐州位于江蘇省西北部，東經(jīng)116°22′～118°40′、北緯33°43′～34°58′之間。九里湖采煤塌陷區(qū)位于徐州市泉山區(qū)北部，包括北湖、東湖、小北湖、西湖四個湖泊及其湖濱帶區(qū)域。該區(qū)地處暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，光照充足，雨熱同期。年平均氣溫在14 ℃左右，年平均降雨量為850 mm;年平均相對濕度72%;全年平均無霜期208 d;地帶性植被屬暖溫帶落葉闊葉林帶。

1.2?? 研究方法

1.2.1 調(diào)查方法 調(diào)查地點為徐州市九里湖采煤塌陷區(qū)小北湖保育區(qū)。小北湖保育區(qū)占地面積19.16 hm2，其中陸地面積8.3 hm2，水面面積10.86 hm2，湖岸線總長度為1 541 m。調(diào)查時間為2021年4—6月。調(diào)查方法采用樣方調(diào)查法，每隔20 m設(shè)一個1 m×1 m的樣方，共設(shè)樣方106個，對樣方內(nèi)的植物種類及數(shù)量進行逐一統(tǒng)計并記錄分析。

1.2.2 植物種類構(gòu)成分析方法 以《中國植物志》[11]、《園林樹木學》[12]、《江蘇植物志》[13-14]、《中國高等植物圖鑒》[15]等為主要依據(jù)進行植物種類的鑒定，以保證植物種類的正確性;根據(jù)《中國入侵植物名錄》[16]確定物種的入侵性。

植物多樣性分析方法植物多樣性分析采用Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)和頻度，其計算公式如下：

Shannon -Wiener指數(shù) H=-（PilnPi） （1）

Pielou植物均勻度指數(shù)E=H/Hmax（2）

式中，S為調(diào)查區(qū)域內(nèi)植物物種的總數(shù)量;i為第i種物種;Pi為植物物種i的個體數(shù)在總個體數(shù)中的比例;N為調(diào)查區(qū)域內(nèi)所有植物個體的總數(shù)量;Hmax為調(diào)查區(qū)域內(nèi)最大的植物物種多樣性指數(shù)，Hmax= LnS。

頻度=一個物種占的樣方數(shù)/總樣方數(shù)? （3）

2?????? 結(jié)果與分析

2.1 九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物的構(gòu)成特征

2.1.1 植物的科屬種構(gòu)成特征 調(diào)查結(jié)果表明，九里湖采煤塌陷區(qū)共有自生植物53個科122個屬147種，其中含5屬5種以上的科僅有5個，分別為菊科（Compositae）、禾本科（Gramineae）、豆科（Leguminosae）、薔薇科（Rosaceae）和十字花科（Brassicaceae），這5個科占總科數(shù)的9.43%，但其包含的屬占所有屬數(shù)的37.7%。菊科是優(yōu)勢科，主要種類包括黃鵪菜（Youngia japonica L.）、艾（Artemisia argyi Levl. et Van）、鉆形紫苑（Aster subulatus）、苣荬菜（Sonchus wightianus DC.）、春飛蓬（Erigeron philadelphicus L.）等共計23種，其所含屬數(shù)占了所有屬數(shù)的13.11%，所含種數(shù)占總種數(shù)的15.65%;禾本科主要種類包括白茅（Imperata cylindrica （L.） Beauv.）、鵝觀草（Roegneria kamoji Ohwi）、蘆葦（Phragmites australis）、蘆竹（Arundo donax）等，其所含屬數(shù)占所有屬數(shù)的8.20%，所含種數(shù)占總種數(shù)的6.80%;豆科主要種包含救荒野豌豆（Vicia sativa L.）、野豌豆（Viciasepium Linn）、廣布野豌豆（Vicia cracca L.）、白車軸草（Trifolium repens L.）等11種，其所含屬數(shù)占所有屬數(shù)的6.56%，所含種數(shù)占總種數(shù)的7.48%，其中救荒野豌豆為優(yōu)勢種;薔薇科主要種包括蛇莓（Duchesnea indica （Andr.） Focke）、朝天委陵菜（Potentilla chinensis Ser.）等，其所含屬數(shù)占所有屬數(shù)的4.92%，所含種數(shù)占總種數(shù)的5.44%;十字花科主要種包括薺菜（Capsella bursa-pastoris （L.） Medic.）、野油菜（Brassica juncea （Linnaeus） Czernajew）、臭薺（Coronopus didymus（L.） J. E. Smith）等6種，其所含屬數(shù)占所有屬數(shù)的4.92%，所含種數(shù)占總種數(shù)的4.08%;而僅包含1屬、1種的科有31種，所占總科數(shù)的比例高達58.49%，但其包含的屬和種分別僅占總屬數(shù)、總種數(shù)的25.41%，21.09%（表1）。

2.1.2 植物的生活型構(gòu)成特征 生活型是生物對于特定生境長期適應而在外貌上反映出來的類型，將外貌上具有相同（似）適應特征的歸為同一類生活型。九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物的生活型組成見圖1。

由圖1可以看出，九里湖采煤塌陷區(qū)的自生植物分為草本植物和木本植物兩大類。草本植物又分為一年生、二年生、一或二年生、多年生草本;木本植物分為常綠灌木、落葉灌木、常綠喬木、落葉喬木。自生草本植物共有38科89屬109種，占總種數(shù)的73.83%，其中一年生草本有29種，占總種數(shù)19.73%，主要植物種類有野豌豆、豬殃殃（Galium spurium L.）、黃鵪菜、野老鸛草（Geranium carolinianum L.）、阿拉伯婆婆納（Veronica persica L.）;二年生草本有4種，占總種數(shù)2.72%，主要有野胡蘿卜（Cnidium monnieri（L.） Cuss.）、月見草（Oenothera erythrosepala Borb.）等;一或二年生草本有15種，占總種數(shù)10.2%，主要植物種類有救荒野豌豆、寶蓋草（Lamium amplexicaule）等;多年生草本有59種，占總種數(shù)40.14%，主要植物種類有鵝觀草、白茅、艾、蘆葦、白車軸草。自生木本植物共有38種，占總數(shù)的25.85%，涵蓋了23科33屬，其中常綠灌木有4種，占總種數(shù)2.72%，數(shù)量較多的有枸骨（Ilex cornuta Lindl. et Paxt.）、金森女貞（Ligustrum vicaryi）、火棘（Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li）;落葉灌木有18種，占總種數(shù)12.24%;常綠喬木只有大葉女貞（Ligustrum lucidum）1種，占總種數(shù)0.68%;落葉喬木有15種，占總種數(shù)10.2%。結(jié)合以上分析結(jié)果可以看出，在九里湖采煤塌陷區(qū)的自生植物中，草本植物占絕對優(yōu)勢，在草本植物中，多年生草本>一年生草本>一或二年生草本>二年生草本;木本植物相對于草本植物占比較低，其中落葉灌木>落葉喬木>常綠灌木>常綠喬木。

2.1.3 植物的物種來源構(gòu)成特征 植物物種來源主要分為鄉(xiāng)土和外來兩大類。鄉(xiāng)土植物指沒有人為影響的條件下，經(jīng)過長期物種選擇與演替后，對特定地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有高度適應性的自然植物;外來植物是指從原生境地以各種方式擴散或遷徙到其他地區(qū)，是該地區(qū)非自然發(fā)生或進化但能完成生活周期且建立種群的植物[17];外來入侵種指非本土物種，通過自然入侵、人為引進、無意引進等方式在當?shù)氐淖匀换蛉斯ど鷳B(tài)系統(tǒng)中定居、自行擴繁，占據(jù)本地種原有生態(tài)位、排擠本地物種、降低生物多樣性，最終造成一定的生態(tài)破壞或生態(tài)污染的物種[18]。

九里湖采煤塌陷區(qū)的自生植物中，鄉(xiāng)土植物占61.9%，涉及46科81屬91種，外來植物占38.1%，涉及22科46屬56種。入侵植物原產(chǎn)地主要有北美洲、巴西、西亞等，其中一級惡性入侵類植物有5種，分別是：鉆葉紫菀、一年蓬、小蓬草、加拿大一枝黃花、喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）。

2.2 九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物的物種多樣性分析2.2.1 物種多樣性和均勻度分析 Shannon -Wiener多樣性指數(shù)用來描述種的個體出現(xiàn)的紊亂和不確定性，群落內(nèi)植物的多樣性越高，不確定性就越大。Pielou均勻度指數(shù)用來反映物種在群落的分布情況。計算結(jié)果表明，九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值為0.76，最高值為2.3，Pielou均勻度指數(shù)平均值為0.18，最高值為0.74，表明九里湖采煤塌陷區(qū)自生植物多樣性指數(shù)總體偏低，種間個體數(shù)量分布極度不均勻，少數(shù)種占優(yōu)勢。

2.2.2不同種類植物的頻度分析 九里湖采煤塌陷區(qū)的自生植物中，不同種類的植物頻度差異顯著。救荒野豌豆的頻度最高，其頻度值為0.74，在106個樣方中有78個樣方分布了救荒野豌豆，其他自生植物頻度由高到低依次是蘆葦、野老鸛草、寶蓋草、蘆竹、艾蒿等，其中有85種自生草本植物頻度值低于0.1，說明不同種類的植物在區(qū)內(nèi)的分布差異很大。

3?????? 結(jié)論與討論

九里湖采煤塌陷區(qū)內(nèi)自生植物種類豐富，共分布有自生植物147種，隸屬于53個科122個屬。菊科、豆科和禾本科是主要大科，在群落的演替中發(fā)揮著重要作用。

就植物的生活型而言，自生草本植物占絕對優(yōu)勢。自生草本植物生活周期短，擴散繁殖能力強，能快速適應環(huán)境干擾，應作為采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復的先鋒物種。

就植物來源而言，鄉(xiāng)土植物占比高達62.16%，并且生長良好，應作為采煤塌陷區(qū)生物修復的骨干植物。5種一級惡性入侵類植物鉆葉紫菀、一年蓬、小蓬草、加拿大一枝黃花、喜旱蓮子草在區(qū)內(nèi)已形成小群落，但目前尚未出現(xiàn)大面積入侵現(xiàn)象，應密切跟蹤觀察并采取積極的應對措施，防止其對本地植物生長的影響和對生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

從植物的多樣性特征來看，調(diào)查樣地內(nèi)植物物種多樣性偏低，說明植物數(shù)量分布不均勻;菊科、禾本科、豆科分布范圍廣，頻率高，適應能力強，在采煤塌陷地的生態(tài)修復中可增加菊科、禾本科、豆科自生植物的應用。

徐州九里湖采煤塌陷區(qū)的自生植物種類豐富，在采煤塌陷地的生態(tài)修復中有著巨大的應用潛力，希望本項研究能為采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復中植物種類的選擇和植物群落的構(gòu)建提供一定的依據(jù)和參考。

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