煤礦廢棄地自然定居植物群落調(diào)查

摘要 為明確研究區(qū)煤礦廢棄地的優(yōu)勢(shì)植物物種，篩選適合用于生態(tài)修復(fù)的植物種類，采用野外實(shí)地勘察和樣方法等生態(tài)學(xué)手段，調(diào)查了該煤礦廢棄地自然定居的植物種類及原生植被類型。結(jié)果表明，研究區(qū)煤礦廢棄地上自然定居的植物共有19種，其中菊科和藜科最多，分別占總種數(shù)的21.05%；生活型方面，灌木植物種數(shù)最多，占總種數(shù)的52.63%。紅花多枝檉柳和黑果枸杞的相對(duì)密度和蓋度較高，這兩種植物在該區(qū)域分布較廣，在地表覆蓋方面占據(jù)主導(dǎo)地位。紅花多枝檉柳和花花柴分別在灌木和草本樣方中的重要值最高，對(duì)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建發(fā)揮著重要作用，在研究區(qū)煤礦廢棄地開(kāi)展生態(tài)修復(fù)工作時(shí)可優(yōu)先選用上述物種。

關(guān)鍵詞 煤礦廢棄地；自然定居植物；植物種類；優(yōu)勢(shì)物種；生態(tài)修復(fù)

中圖分類號(hào) Q948.2" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" " 文章編號(hào) 1007-7731（2024）16-0066-04

DOI號(hào) 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.016

Investigation of natural settled plant communities in coal mine wasteland

LI Ke" " LI Ping" " WANG Longfei" " SHA Junhong

（Bayin Guoleng Vocational and Technical College， Korla 841000， China）

Abstract In oder to determine the dominant plant species and select suitable plant species for ecological restoration， the study area of coal mine wasteland was investigated using field surveys and ecological sampling methods to identify the naturally settled plant species and types of native vegetation. The results indicated that a total of 19 plant species had naturally settled on the coal mine wasteland in the study area， with the largest number of species belonging to the Compositae and Chenopodiaceae families， accounting for 21.05% of the total species， respectively. In terms of life forms， shrub species were the most numerous， making up 52.63% of the total species. Tamarix hohenackeri and Lycium ruthenicum had higher relative density and coverage， and these two species were widely distributed in the area， dominating the surface coverage. Tamarix hohenackeri and Karelinia caspia had the highest importance values in shrub and herbaceous quadrats， respectively， playing a significant role in the restoration and reconstruction of the regional ecosystem. These species can be prioritized for ecological restoration of coal mine wasteland in the study area.

Keywords" coal mine wasteland; naturally settled plants; plant species; dominant species; ecological restoration

礦區(qū)廢棄地的生態(tài)修復(fù)對(duì)資源的循環(huán)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[1]。針對(duì)礦山廢棄地植被生態(tài)恢復(fù)，學(xué)者們做了大量研究，主要集中在重金屬污染土壤的植物修復(fù)方面。Randelovic等[2]研究發(fā)現(xiàn)，某銅礦山上種植的多年生柳葉菜（Epilobium）根中銅（Cu）、鉛（Pb）和鋅（Zn）的濃度遠(yuǎn)高于地上部分，在礦山廢棄地的植物修復(fù)中具有潛在的應(yīng)用前景。李全生等[3]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)露天礦外排土場(chǎng)的土壤養(yǎng)分、枯落物和含水量進(jìn)行測(cè)定，分析了其植被生態(tài)水文功能受損情況。還有部分學(xué)者研究了煤礦廢棄地上的自然定居植物群落[4-5]。一般煤礦廢棄地生境條件較差[6-7]，多數(shù)植被無(wú)法適應(yīng)生存，在干旱且無(wú)灌溉條件的采礦廢棄地上自然定居的植物能夠適應(yīng)廢棄地極端的生境條件，是礦區(qū)植被修復(fù)乃至生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)[8-10]。本文采用野外實(shí)地勘察和樣方法等生態(tài)學(xué)手段，調(diào)查了煤礦廢棄地自然定居的植物種類及原生植被類型，明確優(yōu)勢(shì)物種，篩選適合用于生態(tài)修復(fù)的植物種類，為重構(gòu)該地區(qū)煤礦廢棄地植物群落，探究礦山廢棄地植被生態(tài)修復(fù)模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于新疆東南部（86°09′ E，41°88′ N），海拔1 077.7 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 990 h，無(wú)霜期210 d，年平均氣溫11.4 ℃，最低氣溫-28 ℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸發(fā)量2 788.2 mm，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。

1.2 研究方法

在2022、2023年春季和秋季全面踏勘的基礎(chǔ)上，于2023年5月和9月分別對(duì)研究區(qū)煤礦廢棄地植物群落進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查方法參考文獻(xiàn)[9]。根據(jù)煤礦廢棄地實(shí)際地形情況、植被稀疏程度及物種的生活型，每隔一定距離（10～50 m）設(shè)置相應(yīng)的樣方，草本植物調(diào)查樣方設(shè)置為1 m×1 m，共20個(gè)；灌木調(diào)查樣方設(shè)置為5 m×5 m，共10個(gè)。記錄樣方中出現(xiàn)的植物種類并采集標(biāo)本，根據(jù)《新疆植物志》[10]等工具書(shū)進(jìn)行物種鑒定，并測(cè)定每個(gè)樣方中出現(xiàn)物種的相對(duì)密度、相對(duì)蓋度和相對(duì)頻度，計(jì)算重要值，統(tǒng)計(jì)自然定居群落物種組成，分析其群落特征。計(jì)算方法如式（1）～（4）。

相對(duì)密度（RDE，%）：

式（1）中，Di為樣方中某種植物的密度，株/m2；∑Di為群落中所有植物種群密度的總和，株/m2。

相對(duì)蓋度（RCO，%）：

式（2）中，Ci為樣方中某種植物的蓋度，m2；∑Ci為群落中所有植物種蓋度的總和，m2。

相對(duì)頻度（RFE，%）：

式（3）中，F(xiàn)i為樣方中某種植物的頻度；∑Fi為群落中所有植物種的總頻度。

重要值（IV，%）：

[IV=RDE+RCO+RFE] （4）

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

調(diào)查數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然定居植物的種類

通過(guò)實(shí)地踏勘與植物群落調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)煤礦廢棄地上自然定居的植物共19種（表1）。從科的組成來(lái)看，廢棄地植物共11科，其中菊科和藜科最多，分別占總種數(shù)的21.05%。從生活型組成來(lái)看，廢棄地灌木植物種數(shù)最多，有10種，占總種數(shù)的52.63%，主要有紅花多枝檉柳、灌木鐵線蓮和黑果枸杞等；其次是多年生草本植物，有6種，占總種數(shù)的31.58%，主要有沙蒿、花花柴和馬兜鈴等。

2.2 自然定居植物的群落特征

對(duì)研究區(qū)煤礦廢棄地自然定居植物的群落學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每種群落具有不同的特征（表2）。在灌木樣方中，紅花多枝檉柳的相對(duì)密度（22.9%）、相對(duì)蓋度（50.8%）、相對(duì)頻度（25.0%）和重要值（98.7%）較高，這表明紅花多枝檉柳是研究區(qū)灌木群落中的主導(dǎo)物種，占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)地位，對(duì)群落結(jié)構(gòu)和功能有決定性影響；其次，黑果枸杞相對(duì)密度為29.2%，相對(duì)蓋度為16.3%，相對(duì)頻度為30.0%，重要值為75.5%，在群落中也占據(jù)重要地位，與紅花多枝檉柳形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。灌木鐵線蓮和刺旋花的相對(duì)密度、相對(duì)蓋度和相對(duì)頻度稍低，而重要值相對(duì)較高，說(shuō)明其在群落中扮演次要角色，可能在特定生境或生態(tài)位上發(fā)揮重要作用。梭梭和短穗檉柳的相對(duì)蓋度、頻度和重要值相對(duì)較低，可能在群落中處于邊緣地位，對(duì)群落的結(jié)構(gòu)影響較小。

在草本樣方中，刺沙蓬和蘆葦?shù)南鄬?duì)密度均為1.0%，中華苦荬菜的相對(duì)密度為2.0%，表明其數(shù)量較少。乳苣的相對(duì)密度和相對(duì)頻度最高，分別為8.1%、20.0%；蛛絲蓬的相對(duì)密度和相對(duì)頻度位居第二，分別為7.1%和17.5%，說(shuō)明二者在該環(huán)境中的個(gè)體數(shù)量較為豐富。花花柴和馬兜鈴的相對(duì)蓋度較高，分別為20.5%和19.9%，表明二者在該地區(qū)一旦存活下來(lái)，長(zhǎng)勢(shì)較好。刺沙蓬和蘆葦?shù)南鄬?duì)頻度較低，說(shuō)明其分布較為稀疏。花花柴、馬兜鈴、乳苣和蛛絲蓬的重要值均較高，分別為41.6%、37.5%、36.4%和33.5%，說(shuō)明其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用明顯。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)煤礦廢棄地進(jìn)行實(shí)地踏勘和植物群落調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域自然定居的植物種類較豐富，共計(jì)19種，這顯示了生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自我修復(fù)能力。煤礦廢棄地的植物群落呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)種和稀有種分布特征，具有一定的物種多樣性，這有助于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能多樣性[11]。從物種科的組成看，調(diào)查的19種植物中，菊科和藜科分布較為廣泛，各占總種數(shù)的21.05%，表明這兩個(gè)科的植物對(duì)于適應(yīng)廢棄地環(huán)境具有優(yōu)勢(shì)。從生活型角度看，該區(qū)域灌木植物占據(jù)主導(dǎo)地位，主要有紅花多枝檉柳、灌木鐵線蓮和黑果枸杞等，其相對(duì)密度、相對(duì)蓋度和相對(duì)頻度較高，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用，不僅增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還為昆蟲(chóng)、小型哺乳動(dòng)物等提供棲息地，增加了食物鏈的復(fù)雜性。多年生草本植物有6種，包括花花柴、馬兜鈴和乳苣等，其相對(duì)密度與灌木相比不高，但其重要值不容忽視，為土壤保持和生物多樣性提供了支持。

Zhan等[12]在自然修復(fù)的礦山荒地中發(fā)現(xiàn)，植物群落發(fā)育時(shí)期的優(yōu)勢(shì)種可通過(guò)改善土壤pH、降低重金屬毒性、增加有機(jī)質(zhì)濃度和水分含量等途徑，影響固氮微生物的多樣性和群落結(jié)構(gòu)。本研究中紅花多枝檉柳的重要值高達(dá)98.7%，表明其在生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。中華苦荬菜、瓜瓣山柑等相對(duì)密度較低，而重要值較高，說(shuō)明其在特定生態(tài)位上具有較高的生態(tài)功能。多年生草本植物，如花花柴和馬兜鈴，其相對(duì)密度與灌木相比較低，但在土壤保持和生物多樣性方面仍扮演著重要角色?；ɑú竦母的軌蚬潭ㄍ寥?，防止水土流失，而馬兜鈴則以其豐富的花蜜吸引授粉者，促進(jìn)種子傳播。張進(jìn)德等[13]通過(guò)劃定礦山廢棄地的生態(tài)修復(fù)區(qū)，提出了針對(duì)不同地區(qū)礦山生態(tài)的修復(fù)模式。本研究揭示了煤礦廢棄地在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，通過(guò)植物的自然定居和演替，逐漸恢復(fù)了部分生物多樣性。然而，煤礦廢棄地的恢復(fù)過(guò)程可能受到土壤、氣候和人為干預(yù)等多種因素的影響，未來(lái)需進(jìn)一步探討這些因素對(duì)植物群落動(dòng)態(tài)變化的影響，以及通過(guò)科學(xué)的生態(tài)修復(fù)措施，促進(jìn)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)和資源可持續(xù)利用。

綜上，煤礦廢棄地的植被恢復(fù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，需要科學(xué)的管理和監(jiān)測(cè)，以恢復(fù)和維持生態(tài)系統(tǒng)的健康和生物多樣性的持續(xù)提升。通過(guò)合理的生態(tài)修復(fù)措施，如植被重建、土壤改良和生物多樣性保護(hù)等，將廢棄地轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢棄地的可持續(xù)利用和生態(tài)轉(zhuǎn)型。

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（責(zé)任編輯：何 艷）