河东矿区煤矸石山植被恢复植物多样性研究

张晋英

（山西省林科院，山西 太原 030012）

矸石山属于严重退化的生态系统类型之一，其主要组成物质是煤炭开采和加工过程中的产物--煤矸石。由于煤矸石特殊的物理与化学性质，对矿区植被的生存环境造成特定的影响。煤矸石山属于原生裸地，植物群落演替为原生演替，在植被恢复技术中植物物种要选择具有适应性强、耐干旱和速生等优良特性的乔灌草种类，以便在煤矸石山上迅速生长并获得稳定持久的生长和生态效益。物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标。

作者对山西汾西集团河东矿区煤矸石山的植物进行多次采集，并对其多样性做了初步探究，不仅有助于全面认识煤矸石山的植被性质和特征，完善该区植被生态系统结构与功能的研究，而且为该区进一步加快矸石山修复进程、提高植被恢复质量提供理论基础。

1 研究区域概况

山西汾西集团河东矿区位于山西省晋中市灵石县东部边缘---崔家沟村。灵石县位于山西省中部，晋中盆地南端，距省会太原市150km，北临介休市，南接霍州市，东靠沁源县，西连交口县、孝义市，有“燕冀之御、秦蜀之经”之称。全县总面积1206km2，东西宽53.5km，南北长39km。境内群山起伏，沟壑纵横，大运公路、南同蒲铁路沿汾河并行而下，是山西南北交通运输之要冲。崔家沟地处灵石县东部边缘，西临汾河，北临108国道，南同蒲铁路穿村而过，自然资源丰富，交通快捷便利。县域境内地下矿藏资源丰富，平均海拔800m，平均气温9.9~10.6℃，年平均降水量为320~738mm，平均无霜期144~184d。

2 研究方法

由于矸石山植被的主要限制因子为水分、温度、土体构造不良、容重大、土壤养分贫乏、矸石自燃等不利因素，因此研究时充分考虑了这些不利因素，通过资料查询、实地考查、走访，首先对矸石山植物进行统计、分析，然后进行实地调查、取样和实验，最后进行总的室内分析，同时进行植被恢复的设计研究。

3 研究结果和分析

3.1 煤矸石山植物种类的多样性

作者参照所采集的植物标本以及调查的相关数据，并参考相关植物文献，将全区的植物按照科属的划分如下。

经鉴定，本区共有植物61种，属23科，53属（见表1）。

在本区23个科中，含5种以下的科有20个，其中，单种科15个；优势科（含5种及5种以上）有3个，为豆科、禾本科、菊科。这3个科所占的种数占该区植物总数的一半以上（见表2）。

表2 按含种多少对河东矿区矸石山植物科/种的分析

在本区植物的53个属中，全部为含5种以下的属。其中含1种的属46个，含2～4种的7个。由此可以看出，该区的单种科和单种属占优势。

从属的组成上看，单属科16个，含2属及2属以上的科7个（见表3）。

表3 按含属多少对河东矿区植物多样性的研究

表1 河东矿区煤矸石山植物名录

3.2 煤矸石山优势科的多样性分析

在本区含5种及5种以上的优势科有3个，为豆科、禾本科、菊科。这3个科所占的种数占该区植物总数的一半以上，达35种。

菊科包含11个属，14种植物，分别为：狗娃花属—阿尔泰狗娃花；鬼针草属—大花鬼针草；飞廉属—飞廉；蒲公英属—蒲公英；苦苣菜属—苣荬菜；飞蓬属—小飞蓬；蒿属—黄花蒿；艾属—野艾蒿，指叶蒿（茶绒）；菊属—野菊花，牛皮削，伏茜草；葎草属—葎草；苍耳属—苍耳。

禾本科包含10个属，12种植物，分别为：羊茅属—高羊茅；马唐属—马唐；稗属—稗草；穇属—牛荕草；画眉草属—画眉草，知风草；狗尾草属—狗尾草，谷；高粱属—高粱；黍属—黍；虎尾草属—虎尾草；披碱草属—披碱草。

豆科包含7个属，9种植物，分别为：苜蓿属—紫花苜蓿；草木樨属—黄花草木樨，白花草木樨；紫穗槐属—紫穗槐；胡枝子属—胡枝子，达乌里胡枝子；黄芪属—沙打旺；锦鸡儿属—小叶锦鸡儿；刺槐属—刺槐。

菊科植物多为直立或匍匐草本，或禾质藤本或灌木，稀为乔木。禾本科植物多年生、1a生或越年生草本，仅在少数如竹类中，其茎为木质，呈乔木或灌木状。而豆科植物主要为木本或草本。

本区植物物种统计结果显示，多数为草本植物，少数为藤本或灌木，稀为乔木。

可见草本植物在煤矸石山的植被恢复中起着重要的作用。草本植物体木质部较不发达至不发达，茎多汁，较柔软。只有初生结构，没有次生结构且植物体较低矮，草本植物多数在生长季节终了时，其整体部分死亡，包括1a生和2a生的草本植物。多年生草本植物的地上部分每年死去，而地下部分的根 、根状茎及鳞茎等能生活多年。

在煤矸石山植被恢复初期生长的多为浅根系的草本植物，尤其是乡土植物为主。此作物由于根系浅，抗逆性强，能适应这类恶劣生存环境并能成功定居，在土壤保持一定的水分时就开始生长，对环境及有机物质、能量要求较低。此种自然定居植物，可以使煤矸石山迅速被覆盖的同时适当改良土壤，为矸石山的土壤理化性质恢复及植被恢复奠定基础。草本植物在毒性较高的废弃地上能成功定居，主要有3种生态对策：耐性对策、微生境对策和根茎对策。选择性种植先锋草类植物就能达到加速生态系统演替的进程，从而达到加速植被重建的目的。草本植物与环境在长期的相互作用中形成了具有适应恶劣生境、生活周期长、繁殖系数高等特点，因而是恢复植被、改善生态环境条件的先锋物种。因此，筛选具有特殊耐性的草类植物种进行受损生态系统早期的恢复能更有效地进行植被恢复。

3.3 煤矸石山植物生态功能多样性

植物的多样性意味着生态系统的结构复杂，网络化程度高，异质性强，能量、物质和信息输入输出的渠道众多而密集，纵横交错，畅通无阻，因而流量大、流速快、生产力高。即使个别途径被破坏，系统也会因多样物种之间的相生相克、相互补偿和替代而保证能量流、物质流、信息流的正常运转，使系统结构被破坏的部分迅速得到修复，恢复系统原有的稳定态，或形成新的稳定态。

草本植物具有增加生物多样性、防止水土流失、改良土壤结构、保持和提高土壤肥力、促进林木生长、改善林地小气候、加速生态恢复等方面的功效，其功能是相当强大且多种多样的。

改良土壤:植物对环境的适应性强，耐寒、耐旱、耐瘠薄。因此，植物可以改造贫瘠的荒山和石质的山地。如紫花苜蓿根部共生有根瘤固氮菌。可以利用生物固氮作用增加土壤中的氮素含量。如紫穗槐适应性很强，耐寒，耐瘠薄，耐盐碱，有一定的耐涝能力，根部有根疣可改良土壤。

防止水土流失：草本植物种类多，适应性强，能较好的覆盖矸石山表层，有效地涵养水源，防止水土流失。如飞廉主根肥大，侧根发达，茎直立或匍匐生长，能够很好的固定根系周围土质，保持土壤养分。

防风固沙：植物根系发达，能够防固土壤，保持其土表结构。如紫穗槐侧根发达，萌芽力强，是固土护坡的优良树种。

调节区域气候净化大气：利用植物改良和保持煤矸石及其风化物，达到吸附有害物质和净化空气的目的，从而改善煤矸石山及其周围地区的生态环境。如紫穗槐枝叶对烟尘有较强的抗性，可以调节空气中的烟尘含量。

维持生态系统平衡：草本植物的种植，增加了系统生物的多样性，使系统内生物与环境、作物与害虫、害虫与天敌都维持在相对平衡状态，减少了害虫种群数量，同时还能增加土壤的有机质，使土壤肥力逐步改善并对土壤微生物数量及组成产生明显的影响。

构建优美环境：植物本身而言及其所具有的一系列的特性，都有助于美好生态环境的构建，创造美好生活。

3.4 恢复植物多样性的措施

既然植物在矿地上的自然定居过程极其缓慢，那么，为了加速矿地的生态恢复，开展人工修复，特别是根据矿地的具体条件．利用一定的技术措施开展人工修复工作，则是十分必要的。

具体地说，对矿地开展人工生态恢复与重建，特别是要恢复成原有的或与周围一致的植被类型与生态景观时，，根据河东矿区的特性，所采用的主要措施是对矿区矸石山废弃地的恢复。

3.4.1 矿区废弃地恢复的主要技术 目前在矿区废弃地恢复方面的主要技术是矿区废弃地的基质改良。基质改良的关键在于解决土壤热化和培肥问题，只有提高了土壤肥力，才能真正创造植物生长的条件，达到复垦的目的。所以土壤改良在整个工作中占有举足轻重的地位。基质的改良方法主要有绿肥法、微生物法、施肥法、客土法、化学法、管理法等。

3.4.2 矿区废弃地生态恢复树种选择的研究 树种选择一直是备受重视的问题。在选择树种时，除考虑地带性规律外，还坚持以下原则：耐寒性、抗旱性、耐贫瘠、生长快和一定的土壤改良作用。所选的植物种类应具有抗污染、速生、良好发育、水土保持、卫生保健、绿化及经济功能等生物生态系统特性。大量的资料表明，固氮植物能适应严酷的立地条件，特别是豆科植物，因而，它们常作为先锋树种。针对矿区废弃地生态恢复研究表明，应该选择耐贫瘠的豆科植物，并注重乔灌草合理配置，既有利于控制水土流失，也有利于植物对土壤的改良。而且，一般条件下，低营养状态下选育的生态型植物比高营养条件下选育的生态型植物生长慢得多。在低营养状态下选择的生态型无性系虽然生长慢，但需肥少，在劣质条件下成活率高，能长期生长，有助于土壤有机物的积累和营养物质的循环。

所以针对本研究区而言，应选择低营养状态下选育的豆科草本植物来种植，以加快植物多样性恢复的进程。

4 结论与建议

通过对山西汾西集团河东矿区煤矸石山的植物进行研究，可得知该矿区共有植物23科，53属，61种。在这23个科中，含5种以下的科有20个，其中，单种科15个；优势科（含5种及5种以上）有3个，为豆科、禾本科、菊科。这3个科所占的种数占该区植物总数的一半以上。在本区植物的53个属中，全部为含5种以下的属。从属的组成上看，单属科16个，含2属及2属以上的科7个。其中含1种的属46个，含2～4种的7个。分析得出，该区的单种科和单种属占优势。

综观本区植物物种，多数为草本植物，少数为藤本或灌木，稀为乔木。综合本区地理性质特质，由于煤矸石山存在的影响，区内植物进行着缓慢的初生演替，所以具有适应性强、耐干旱和速生等优良特性的乔灌草种类，优先在研究区域内生长。通过植物、动物的共同作用，在优化矿区生态环境的同时，也对土壤的恢复、改良具有显著地作用。为较高级物种的生存、繁衍奠定物质基础。

全区植物的多样性，意味着生态系统网络化程度高，异质性强，能量、物质和信息输入输出的渠道纵横交错，畅通无阻，因而流量大、流速快、生产力高。即使个别途径被破坏，系统也会因多样物种之间的相生相克、相互补偿和替代而保证能量流、物质流、信息流的正常运转，使系统结构被破坏的部分得到修复，恢复系统稳定态。全区植物不仅具有改良土壤、防止水土流失、防风固沙、调节区域气候、净化大气的作用，而且还对维持当地生态系统平衡、构建优美环境起着非常重要的作用。

针对本矿区矸石山的研究，植物多样性丰富度还是比较低，建议今后应加强对煤矸石及其风化物理化性质改良方法的研究，为植物生长提供适合的环境；同时结合人工培育的方法，种植适合矿区生长的先锋植物，进一步增强植物物种的多样性。

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