喀斯特煤矸石山自然恢復植物群落研究

謝 斐，楊再超，李 芳，田華松，匡其羽

(六盤水師范學院 生物科學與技術學院，貴州 六盤水 553000)

1 引言

煤矸石山是煤炭在開采過程中形成的固體廢棄物煤矸石堆積而成，其不僅侵占大量土地、破壞礦區自然環境，而且會引發礦區水土流失，造成生態系統惡化[1，2]。據不完全統計，我國每年排放煤矸石約1.5～2.0億t，歷年堆積量有35億t以上[2]。素有“江南煤都”“江南煤海”之稱的六盤水市，已探明煤炭儲量近200億t，遠景儲量844億t。按照丁偉等相關報道[4]，可估算現在六盤水市煤矸石排放量至少1000萬t。煤矸石堆積已對六盤水煤炭開采地區造成不可忽視的生態問題。目前，對六盤水煤矸石山的研究包括煤矸石的成分特征、資源化利用途徑、香根草在煤矸石山中作用等[4～7]，而對煤矸石山自然植被群落組成尚未見報道。煤矸石山生態條件惡劣，部分學者開展了煤矸石山生態復墾相關研究工作，如李鵬波等在分析了煤矸石山植被恢復的研究現狀和煤矸石山植被恢復存在的困難基礎上，提出了由立地條件分析與評價、矸石山基質改良技術、樹種選擇和規劃、抗旱造林栽植技術、植被撫育管理技術和植被恢復的監測與評價等組成的矸石山的植被恢復“六階段”技術模式[8]。

由于植物存在很大的地域差異，生態修復如果不基于立地條件，尤其是植物組成和適應性，修復效果往往達不到恢復生態系統穩定性的效果。為此，本研究對六盤水市5個排放3年以上典型煤礦區堆積的煤矸石山自然植物群落多樣性進行了野外調查和生態特征分析，旨在探明六盤水煤矸石山上的優勢本土植物群落組成，對煤矸石山篩選耐性植物與礦山生態重建提供樹種選擇依據，為喀斯特地區煤矸石山生態修復提供理論參考和數據支撐。

2 研究區概況

本研究通過對六盤水市煤礦開采分布區文獻資料查閱和調查，結合煤矸石堆積情況，選取5個排放3年以上典型煤礦(松河煤礦、紅旗煤礦、大河煤礦、四角田煤礦、涼水井煤礦)煤矸石山，研究區地理位置見表1。

3 研究方法

3.1 野外實地考察

對六盤水市5個排放3年以上(煤矸石山排矸年限通過訪問礦區員工或當地常住居民獲取)典型煤礦(松河煤礦、紅旗煤礦、大河煤礦、四角田煤礦、涼水井煤礦)堆積的煤矸石山進行野外實地考察，根據煤矸石山植物群落類型、地理環境、地形等條件，在野外布設5 m×5 m的標準灌木層樣方和1 m×1 m的標準草本層樣方。每個煤矸石山設置草本層樣方和灌木層樣方5個，共計總樣方數50個。在每個樣方里記錄每個樣方的海拔高度、經緯度、坡度等因子。并記錄各樣方的植物多樣性組成、測量各種植被群落組成物種的生態指標(包括株叢數、一般高度、最高高度、株叢所占蓋度等)，且拍照和采集野外疑難標本。

表1 研究區域地理位置統計

3.2 數據分析

以物種重要值作為優勢指標量化煤矸石山自然定居植被在樣方群落中的優勢地位與作用，并作為確定優勢種標準。借助Excel 2010辦公軟件統計分析樣方群落內植物種群的相對密度、相對頻度、相對高度、相對蓋度，其中重要值的計算采用牛翠娟等在《基礎生態學》中主要種群重要值的計算公式[9]：

重要值I.V.( Importance Value) = (相對高度 + 相對頻度 + 相對顯著度或蓋度)/3。

其中相對密度、相對頻度、相對高度、相對蓋度的計算借助廖成浩等人采用物種重要值衡量野生物種在覆土煤矸石山上生長適應性的方法[10]。

4 結果及分析

4.1 煤矸石山植物種類組成分析

通過野外調查和統計分析，發現所調查的六盤水煤矸石山自然恢復定居的植物共有26科46屬50種(表2)。其中所調查的煤矸石山喬木層植物有4種，占總種數的8%；灌木層植物有6種，占總種數的12%；草本層植物30種，占總種數的60%；地被層植物10種，占總種數的20%。

表2 六盤水煤矸石山自然植被科屬種組成

續表2

4.2 煤矸石山優勢種分析

對群落結構和群落環境的形成有明顯控制作用的植物種稱為優勢種[9]。本文借助物種重要值作為優勢指標量化煤矸石山自然定居植被在樣方群落中的優勢地位與作用，并作為確定優勢種標準。

結合煤矸石山植被分布情況，煤矸石山喬木或灌木層植物重要值大于15的物種為優勢種。從表3可知，六盤水煤矸石山優勢的小喬木為亮葉樺(Betulaluminifera)(重要值21.92)，灌木層優勢植物為戟葉酸模(Rumexhastatus)(重要值23.81)和大葉醉魚草Buddlejadavidi(重要值18.32)。

表3 六盤水煤矸石山喬木和灌木層植物重要值

另外，根據六盤水煤矸石山草本層植被分布情況，選取草本層重要值排名前五位的植物重要值(表4)，草本層植物重要值大于10的物種為優勢種，發現六盤水煤矸石山草本層植物優勢種為五節芒(Miscanthusfloridulus)(重要值12.30)和斑茅(Saccharumarundinaceum)(重要值11.18)。

表4 六盤水煤矸石山草本層重要值排前五的植物重要值

4.3 煤矸石山優勢群落分析

根據樣方內植物種類組成，結合樣方內建群種的特點，可以看出六盤水煤矸石山喬木層、灌木層和草本層植物群落組成結構都比較簡單，每種群落建群種只有1～2種。以群落建群種命名，根據出現的頻度發現六盤水煤矸石山的優勢群落主要有3種類型：

I：戟葉酸模群落(RumexhastatusCom.)，建群種戟葉酸模在煤矸石山樣方數中出現的頻度最高，為80%，平均蓋度最高，為90%，重要值最高，為23.81。伴生種為大葉醉魚草、鬼針草等。

Ⅱ：亮葉樺群落+戟葉酸模(Betulaluminifera+RumexhastatusCom.)，建群種亮葉樺在松河煤礦煤矸石山的平均蓋度為75%，戟葉酸模的相對蓋度為56.8%，亮葉樺的重要值為21.92。伴生種為鬼針草、千里光等。

Ⅲ：五節芒+斑茅群落(Miscanthusfloridulus+SaccharumarundinaceumCom.)，建群種五節芒在涼水井煤矸石山的頻度最高，為68%，平均蓋度最高，為70%，重要值最高，為12.30。伴生種為何首烏、蕨、小蓬草、蛇莓等。

5 結論與展望

5.1 結論

(1)煤矸石山自然定居植物共有26科46屬50種。根據植物的生長型，所調查煤矸石山喬木層植物有4種，占總種數的8%；灌木層植物有6種，占總種數的12%；草本層植物30種，占總種數的60%；地被層植物10種，占總種數的20%。在各調查礦區植物種類有交叉分布，特別是優勢植物的交叉分布最為明顯。說明該植物群落適應六盤水多個煤矸石山的生境。

(2)不論是從種群生態學分析，還是從群落生態學分析，都可以得出從株叢數、物種優勢度、蓋度及生長狀況等各觀測指標來考察六盤水煤矸石山自然植物群落占主體地位物種為戟葉酸模、亮葉樺、大葉醉魚草、五節芒和斑茅。說明這些植物較為適宜六盤水煤矸石山的環境條件，對六盤水煤矸石山自然植被修復具有潛力，人工修復煤矸石山植被時可優先考慮。

5.2 展望

六盤水煤礦區煤矸石山的生態恢復對城市的自然經濟和可持續發展有著十分復雜的影響。通過本次調查分析，發現六盤水煤矸石山自然植被恢復是一個緩慢的過程，且效果不明顯。因此，對于煤矸石山的生態恢復采用人工恢復的方法是比較好的選擇。本研究已經基本弄清六盤水地區煤矸石山的優勢植物群落，對選擇適宜于煤矸石山生長的植被、進行煤矸石山生態系統修復具有一定意義。下一步將深入探究煤矸石山優勢植物種群對煤矸石山的生態適應性機制、優勢群落中建群種之間的關聯性及土壤生物活力，旨在為喀斯特地區煤矸石山生態修復提供數據支撐。