煤矿废弃地自然定居植物群落调查

摘要 为明确研究区煤矿废弃地的优势植物物种，筛选适合用于生态修复的植物种类，采用野外实地勘察和样方法等生态学手段，调查了该煤矿废弃地自然定居的植物种类及原生植被类型。结果表明，研究区煤矿废弃地上自然定居的植物共有19种，其中菊科和藜科最多，分别占总种数的21.05%；生活型方面，灌木植物种数最多，占总种数的52.63%。红花多枝柽柳和黑果枸杞的相对密度和盖度较高，这两种植物在该区域分布较广，在地表覆盖方面占据主导地位。红花多枝柽柳和花花柴分别在灌木和草本样方中的重要值最高，对该区域生态系统恢复和重建发挥着重要作用，在研究区煤矿废弃地开展生态修复工作时可优先选用上述物种。

关键词 煤矿废弃地；自然定居植物；植物种类；优势物种；生态修复

中图分类号 Q948.2" " 文献标识码 A" " 文章编号 1007-7731（2024）16-0066-04

DOI号 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

矿区废弃地的生态修复对资源的循环利用和生态环境保护具有重要意义[1]。针对矿山废弃地植被生态恢复，学者们做了大量研究，主要集中在重金属污染土壤的植物修复方面。Randelovic等[2]研究发现，某铜矿山上种植的多年生柳叶菜（Epilobium）根中铜（Cu）、铅（Pb）和锌（Zn）的浓度远高于地上部分，在矿山废弃地的植物修复中具有潜在的应用前景。李全生等[3]通过现场调查与室内试验相结合的方法，对露天矿外排土场的土壤养分、枯落物和含水量进行测定，分析了其植被生态水文功能受损情况。还有部分学者研究了煤矿废弃地上的自然定居植物群落[4-5]。一般煤矿废弃地生境条件较差[6-7]，多数植被无法适应生存，在干旱且无灌溉条件的采矿废弃地上自然定居的植物能够适应废弃地极端的生境条件，是矿区植被修复乃至生态修复的基础[8-10]。本文采用野外实地勘察和样方法等生态学手段，调查了煤矿废弃地自然定居的植物种类及原生植被类型，明确优势物种，筛选适合用于生态修复的植物种类，为重构该地区煤矿废弃地植物群落，探究矿山废弃地植被生态修复模式提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

研究区位于新疆东南部（86°09′ E，41°88′ N），海拔1 077.7 m，属暖温带大陆性干旱气候，总日照时数2 990 h，无霜期210 d，年平均气温11.4 ℃，最低气温-28 ℃，年平均降水量58.6 mm，年最大蒸发量2 788.2 mm，主导风向为东北风。

1.2 研究方法

在2022、2023年春季和秋季全面踏勘的基础上，于2023年5月和9月分别对研究区煤矿废弃地植物群落进行调查。调查方法参考文献[9]。根据煤矿废弃地实际地形情况、植被稀疏程度及物种的生活型，每隔一定距离（10～50 m）设置相应的样方，草本植物调查样方设置为1 m×1 m，共20个；灌木调查样方设置为5 m×5 m，共10个。记录样方中出现的植物种类并采集标本，根据《新疆植物志》[10]等工具书进行物种鉴定，并测定每个样方中出现物种的相对密度、相对盖度和相对频度，计算重要值，统计自然定居群落物种组成，分析其群落特征。计算方法如式（1）～（4）。

相对密度（RDE，%）：

式（1）中，Di为样方中某种植物的密度，株/m2；∑Di为群落中所有植物种群密度的总和，株/m2。

相对盖度（RCO，%）：

式（2）中，Ci为样方中某种植物的盖度，m2；∑Ci为群落中所有植物种盖度的总和，m2。

相对频度（RFE，%）：

式（3）中，Fi为样方中某种植物的频度；∑Fi为群落中所有植物种的总频度。

重要值（IV，%）：

[IV=RDE+RCO+RFE] （4）

1.3 数据统计分析

调查数据采用Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 自然定居植物的种类

通过实地踏勘与植物群落调查发现，研究区煤矿废弃地上自然定居的植物共19种（表1）。从科的组成来看，废弃地植物共11科，其中菊科和藜科最多，分别占总种数的21.05%。从生活型组成来看，废弃地灌木植物种数最多，有10种，占总种数的52.63%，主要有红花多枝柽柳、灌木铁线莲和黑果枸杞等；其次是多年生草本植物，有6种，占总种数的31.58%，主要有沙蒿、花花柴和马兜铃等。

2.2 自然定居植物的群落特征

对研究区煤矿废弃地自然定居植物的群落学调查发现，每种群落具有不同的特征（表2）。在灌木样方中，红花多枝柽柳的相对密度（22.9%）、相对盖度（50.8%）、相对频度（25.0%）和重要值（98.7%）较高，这表明红花多枝柽柳是研究区灌木群落中的主导物种，占据明显优势地位，对群落结构和功能有决定性影响；其次，黑果枸杞相对密度为29.2%，相对盖度为16.3%，相对频度为30.0%，重要值为75.5%，在群落中也占据重要地位，与红花多枝柽柳形成竞争关系。灌木铁线莲和刺旋花的相对密度、相对盖度和相对频度稍低，而重要值相对较高，说明其在群落中扮演次要角色，可能在特定生境或生态位上发挥重要作用。梭梭和短穗柽柳的相对盖度、频度和重要值相对较低，可能在群落中处于边缘地位，对群落的结构影响较小。

在草本样方中，刺沙蓬和芦苇的相对密度均为1.0%，中华苦荬菜的相对密度为2.0%，表明其数量较少。乳苣的相对密度和相对频度最高，分别为8.1%、20.0%；蛛丝蓬的相对密度和相对频度位居第二，分别为7.1%和17.5%，说明二者在该环境中的个体数量较为丰富。花花柴和马兜铃的相对盖度较高，分别为20.5%和19.9%，表明二者在该地区一旦存活下来，长势较好。刺沙蓬和芦苇的相对频度较低，说明其分布较为稀疏。花花柴、马兜铃、乳苣和蛛丝蓬的重要值均较高，分别为41.6%、37.5%、36.4%和33.5%，说明其在生态系统中的作用明显。

3 结论与讨论

通过对研究区煤矿废弃地进行实地踏勘和植物群落调查，发现该区域自然定居的植物种类较丰富，共计19种，这显示了生态系统具有一定的自我修复能力。煤矿废弃地的植物群落呈现出一定的优势种和稀有种分布特征，具有一定的物种多样性，这有助于维持生态系统的稳定性和功能多样性[11]。从物种科的组成看，调查的19种植物中，菊科和藜科分布较为广泛，各占总种数的21.05%，表明这两个科的植物对于适应废弃地环境具有优势。从生活型角度看，该区域灌木植物占据主导地位，主要有红花多枝柽柳、灌木铁线莲和黑果枸杞等，其相对密度、相对盖度和相对频度较高，对生态系统结构稳定起着关键作用，不仅增强了生态系统的结构稳定性，还为昆虫、小型哺乳动物等提供栖息地，增加了食物链的复杂性。多年生草本植物有6种，包括花花柴、马兜铃和乳苣等，其相对密度与灌木相比不高，但其重要值不容忽视，为土壤保持和生物多样性提供了支持。

Zhan等[12]在自然修复的矿山荒地中发现，植物群落发育时期的优势种可通过改善土壤pH、降低重金属毒性、增加有机质浓度和水分含量等途径，影响固氮微生物的多样性和群落结构。本研究中红花多枝柽柳的重要值高达98.7%，表明其在生态系统中占据主导地位。中华苦荬菜、瓜瓣山柑等相对密度较低，而重要值较高，说明其在特定生态位上具有较高的生态功能。多年生草本植物，如花花柴和马兜铃，其相对密度与灌木相比较低，但在土壤保持和生物多样性方面仍扮演着重要角色。花花柴的根系能够固定土壤，防止水土流失，而马兜铃则以其丰富的花蜜吸引授粉者，促进种子传播。张进德等[13]通过划定矿山废弃地的生态修复区，提出了针对不同地区矿山生态的修复模式。本研究揭示了煤矿废弃地在经过一段时间后，通过植物的自然定居和演替，逐渐恢复了部分生物多样性。然而，煤矿废弃地的恢复过程可能受到土壤、气候和人为干预等多种因素的影响，未来需进一步探讨这些因素对植物群落动态变化的影响，以及通过科学的生态修复措施，促进废弃地的生态恢复和资源可持续利用。

综上，煤矿废弃地的植被恢复是一个动态的过程，需要科学的管理和监测，以恢复和维持生态系统的健康和生物多样性的持续提升。通过合理的生态修复措施，如植被重建、土壤改良和生物多样性保护等，将废弃地转变为绿色生态系统，实现废弃地的可持续利用和生态转型。

参考文献

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[10] 新疆植物志编写委员会. 新疆植物志[M]. 乌鲁木齐：新疆人民出版社，新疆科学技术出版社，2019.

[11] 张斌.绍兴历史园林调查与研究[D].杭州：浙江农林大学，2011.

[12] ZHAN J，SUN Q Y. Diversity of free-living nitrogen-fixing microorganisms in wastelands of copper mine tailings during the process of natural ecological restoration[J]. Journal of environmental sciences，2011，23（3）：476-487.

[13] 张进德，郗富瑞. 我国废弃矿山生态修复研究[J]. 生态学报，2020，40（21）：7921-7930.

（责任编辑：何 艳）