張晉英

（山西省林科院，山西 太原 030012）

矸石山屬于嚴(yán)重退化的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，其主要組成物質(zhì)是煤炭開采和加工過(guò)程中的產(chǎn)物--煤矸石。由于煤矸石特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)，對(duì)礦區(qū)植被的生存環(huán)境造成特定的影響。煤矸石山屬于原生裸地，植物群落演替為原生演替，在植被恢復(fù)技術(shù)中植物物種要選擇具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱和速生等優(yōu)良特性的喬灌草種類，以便在煤矸石山上迅速生長(zhǎng)并獲得穩(wěn)定持久的生長(zhǎng)和生態(tài)效益。物種多樣性是衡量一定地區(qū)生物資源豐富程度的一個(gè)客觀指標(biāo)。

作者對(duì)山西汾西集團(tuán)河?xùn)|礦區(qū)煤矸石山的植物進(jìn)行多次采集，并對(duì)其多樣性做了初步探究，不僅有助于全面認(rèn)識(shí)煤矸石山的植被性質(zhì)和特征，完善該區(qū)植被生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的研究，而且為該區(qū)進(jìn)一步加快矸石山修復(fù)進(jìn)程、提高植被恢復(fù)質(zhì)量提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況

山西汾西集團(tuán)河?xùn)|礦區(qū)位于山西省晉中市靈石縣東部邊緣---崔家溝村。靈石縣位于山西省中部，晉中盆地南端，距省會(huì)太原市150km，北臨介休市，南接霍州市，東靠沁源縣，西連交口縣、孝義市，有“燕冀之御、秦蜀之經(jīng)”之稱。全縣總面積1206km2，東西寬53.5km，南北長(zhǎng)39km。境內(nèi)群山起伏，溝壑縱橫，大運(yùn)公路、南同蒲鐵路沿汾河并行而下，是山西南北交通運(yùn)輸之要沖。崔家溝地處?kù)`石縣東部邊緣，西臨汾河，北臨108國(guó)道，南同蒲鐵路穿村而過(guò)，自然資源豐富，交通快捷便利?？h域境內(nèi)地下礦藏資源豐富，平均海拔800m，平均氣溫9.9~10.6℃，年平均降水量為320~738mm，平均無(wú)霜期144~184d。

2 研究方法

由于矸石山植被的主要限制因子為水分、溫度、土體構(gòu)造不良、容重大、土壤養(yǎng)分貧乏、矸石自燃等不利因素，因此研究時(shí)充分考慮了這些不利因素，通過(guò)資料查詢、實(shí)地考查、走訪，首先對(duì)矸石山植物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，然后進(jìn)行實(shí)地調(diào)查、取樣和實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行總的室內(nèi)分析，同時(shí)進(jìn)行植被恢復(fù)的設(shè)計(jì)研究。

3 研究結(jié)果和分析

3.1 煤矸石山植物種類的多樣性

作者參照所采集的植物標(biāo)本以及調(diào)查的相關(guān)數(shù)據(jù)，并參考相關(guān)植物文獻(xiàn)，將全區(qū)的植物按照科屬的劃分如下。

經(jīng)鑒定，本區(qū)共有植物61種，屬23科，53屬（見表1）。

在本區(qū)23個(gè)科中，含5種以下的科有20個(gè)，其中，單種科15個(gè)；優(yōu)勢(shì)科（含5種及5種以上）有3個(gè)，為豆科、禾本科、菊科。這3個(gè)科所占的種數(shù)占該區(qū)植物總數(shù)的一半以上（見表2）。

表2 按含種多少對(duì)河?xùn)|礦區(qū)矸石山植物科/種的分析

在本區(qū)植物的53個(gè)屬中，全部為含5種以下的屬。其中含1種的屬46個(gè)，含2～4種的7個(gè)。由此可以看出，該區(qū)的單種科和單種屬占優(yōu)勢(shì)。

從屬的組成上看，單屬科16個(gè)，含2屬及2屬以上的科7個(gè)（見表3）。

表3 按含屬多少對(duì)河?xùn)|礦區(qū)植物多樣性的研究

表1 河?xùn)|礦區(qū)煤矸石山植物名錄

3.2 煤矸石山優(yōu)勢(shì)科的多樣性分析

在本區(qū)含5種及5種以上的優(yōu)勢(shì)科有3個(gè)，為豆科、禾本科、菊科。這3個(gè)科所占的種數(shù)占該區(qū)植物總數(shù)的一半以上，達(dá)35種。

菊科包含11個(gè)屬，14種植物，分別為：狗娃花屬—阿爾泰狗娃花；鬼針草屬—大花鬼針草；飛廉屬—飛廉；蒲公英屬—蒲公英；苦苣菜屬—苣荬菜；飛蓬屬—小飛蓬；蒿屬—黃花蒿；艾屬—野艾蒿，指葉蒿（茶絨）；菊屬—野菊花，牛皮削，伏茜草；葎草屬—葎草；蒼耳屬—蒼耳。

禾本科包含10個(gè)屬，12種植物，分別為：羊茅屬—高羊茅；馬唐屬—馬唐；稗屬—稗草；穇屬—牛荕草；畫眉草屬—畫眉草，知風(fēng)草；狗尾草屬—狗尾草，谷；高粱屬—高粱；黍?qū)佟?；虎尾草屬—虎尾草；披堿草屬—披堿草。

豆科包含7個(gè)屬，9種植物，分別為：苜蓿屬—紫花苜蓿；草木樨屬—黃花草木樨，白花草木樨；紫穗槐屬—紫穗槐；胡枝子屬—胡枝子，達(dá)烏里胡枝子；黃芪屬—沙打旺；錦雞兒屬—小葉錦雞兒；刺槐屬—刺槐。

菊科植物多為直立或匍匐草本，或禾質(zhì)藤本或灌木，稀為喬木。禾本科植物多年生、1a生或越年生草本，僅在少數(shù)如竹類中，其莖為木質(zhì)，呈喬木或灌木狀。而豆科植物主要為木本或草本。

本區(qū)植物物種統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，多數(shù)為草本植物，少數(shù)為藤本或灌木，稀為喬木。

可見草本植物在煤矸石山的植被恢復(fù)中起著重要的作用。草本植物體木質(zhì)部較不發(fā)達(dá)至不發(fā)達(dá)，莖多汁，較柔軟。只有初生結(jié)構(gòu)，沒(méi)有次生結(jié)構(gòu)且植物體較低矮，草本植物多數(shù)在生長(zhǎng)季節(jié)終了時(shí)，其整體部分死亡，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 、根狀莖及鱗莖等能生活多年。

在煤矸石山植被恢復(fù)初期生長(zhǎng)的多為淺根系的草本植物，尤其是鄉(xiāng)土植物為主。此作物由于根系淺，抗逆性強(qiáng)，能適應(yīng)這類惡劣生存環(huán)境并能成功定居，在土壤保持一定的水分時(shí)就開始生長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境及有機(jī)物質(zhì)、能量要求較低。此種自然定居植物，可以使煤矸石山迅速被覆蓋的同時(shí)適當(dāng)改良土壤，為矸石山的土壤理化性質(zhì)恢復(fù)及植被恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。草本植物在毒性較高的廢棄地上能成功定居，主要有3種生態(tài)對(duì)策：耐性對(duì)策、微生境對(duì)策和根莖對(duì)策。選擇性種植先鋒草類植物就能達(dá)到加速生態(tài)系統(tǒng)演替的進(jìn)程，從而達(dá)到加速植被重建的目的。草本植物與環(huán)境在長(zhǎng)期的相互作用中形成了具有適應(yīng)惡劣生境、生活周期長(zhǎng)、繁殖系數(shù)高等特點(diǎn)，因而是恢復(fù)植被、改善生態(tài)環(huán)境條件的先鋒物種。因此，篩選具有特殊耐性的草類植物種進(jìn)行受損生態(tài)系統(tǒng)早期的恢復(fù)能更有效地進(jìn)行植被恢復(fù)。

3.3 煤矸石山植物生態(tài)功能多樣性

植物的多樣性意味著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)化程度高，異質(zhì)性強(qiáng)，能量、物質(zhì)和信息輸入輸出的渠道眾多而密集，縱橫交錯(cuò)，暢通無(wú)阻，因而流量大、流速快、生產(chǎn)力高。即使個(gè)別途徑被破壞，系統(tǒng)也會(huì)因多樣物種之間的相生相克、相互補(bǔ)償和替代而保證能量流、物質(zhì)流、信息流的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被破壞的部分迅速得到修復(fù)，恢復(fù)系統(tǒng)原有的穩(wěn)定態(tài)，或形成新的穩(wěn)定態(tài)。

草本植物具有增加生物多樣性、防止水土流失、改良土壤結(jié)構(gòu)、保持和提高土壤肥力、促進(jìn)林木生長(zhǎng)、改善林地小氣候、加速生態(tài)恢復(fù)等方面的功效，其功能是相當(dāng)強(qiáng)大且多種多樣的。

改良土壤:植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，耐寒、耐旱、耐瘠薄。因此，植物可以改造貧瘠的荒山和石質(zhì)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。如紫穗槐適應(yīng)性很強(qiáng)，耐寒，耐瘠薄，耐鹽堿，有一定的耐澇能力，根部有根疣可改良土壤。

防止水土流失：草本植物種類多，適應(yīng)性強(qiáng)，能較好的覆蓋矸石山表層，有效地涵養(yǎng)水源，防止水土流失。如飛廉主根肥大，側(cè)根發(fā)達(dá)，莖直立或匍匐生長(zhǎng)，能夠很好的固定根系周圍土質(zhì)，保持土壤養(yǎng)分。

防風(fēng)固沙：植物根系發(fā)達(dá)，能夠防固土壤，保持其土表結(jié)構(gòu)。如紫穗槐側(cè)根發(fā)達(dá)，萌芽力強(qiáng)，是固土護(hù)坡的優(yōu)良樹種。

調(diào)節(jié)區(qū)域氣候凈化大氣：利用植物改良和保持煤矸石及其風(fēng)化物，達(dá)到吸附有害物質(zhì)和凈化空氣的目的，從而改善煤矸石山及其周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。如紫穗槐枝葉對(duì)煙塵有較強(qiáng)的抗性，可以調(diào)節(jié)空氣中的煙塵含量。

維持生態(tài)系統(tǒng)平衡：草本植物的種植，增加了系統(tǒng)生物的多樣性，使系統(tǒng)內(nèi)生物與環(huán)境、作物與害蟲、害蟲與天敵都維持在相對(duì)平衡狀態(tài)，減少了害蟲種群數(shù)量，同時(shí)還能增加土壤的有機(jī)質(zhì)，使土壤肥力逐步改善并對(duì)土壤微生物數(shù)量及組成產(chǎn)生明顯的影響。

構(gòu)建優(yōu)美環(huán)境：植物本身而言及其所具有的一系列的特性，都有助于美好生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建，創(chuàng)造美好生活。

3.4 恢復(fù)植物多樣性的措施

既然植物在礦地上的自然定居過(guò)程極其緩慢，那么，為了加速礦地的生態(tài)恢復(fù)，開展人工修復(fù)，特別是根據(jù)礦地的具體條件．利用一定的技術(shù)措施開展人工修復(fù)工作，則是十分必要的。

具體地說(shuō)，對(duì)礦地開展人工生態(tài)恢復(fù)與重建，特別是要恢復(fù)成原有的或與周圍一致的植被類型與生態(tài)景觀時(shí)，，根據(jù)河?xùn)|礦區(qū)的特性，所采用的主要措施是對(duì)礦區(qū)矸石山廢棄地的恢復(fù)。

3.4.1 礦區(qū)廢棄地恢復(fù)的主要技術(shù) 目前在礦區(qū)廢棄地恢復(fù)方面的主要技術(shù)是礦區(qū)廢棄地的基質(zhì)改良?；|(zhì)改良的關(guān)鍵在于解決土壤熱化和培肥問(wèn)題，只有提高了土壤肥力，才能真正創(chuàng)造植物生長(zhǎng)的條件，達(dá)到復(fù)墾的目的。所以土壤改良在整個(gè)工作中占有舉足輕重的地位?；|(zhì)的改良方法主要有綠肥法、微生物法、施肥法、客土法、化學(xué)法、管理法等。

3.4.2 礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)樹種選擇的研究 樹種選擇一直是備受重視的問(wèn)題。在選擇樹種時(shí)，除考慮地帶性規(guī)律外，還堅(jiān)持以下原則：耐寒性、抗旱性、耐貧瘠、生長(zhǎng)快和一定的土壤改良作用。所選的植物種類應(yīng)具有抗污染、速生、良好發(fā)育、水土保持、衛(wèi)生保健、綠化及經(jīng)濟(jì)功能等生物生態(tài)系統(tǒng)特性。大量的資料表明，固氮植物能適應(yīng)嚴(yán)酷的立地條件，特別是豆科植物，因而，它們常作為先鋒樹種。針對(duì)礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)研究表明，應(yīng)該選擇耐貧瘠的豆科植物，并注重喬灌草合理配置，既有利于控制水土流失，也有利于植物對(duì)土壤的改良。而且，一般條件下，低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下選育的生態(tài)型植物比高營(yíng)養(yǎng)條件下選育的生態(tài)型植物生長(zhǎng)慢得多。在低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下選擇的生態(tài)型無(wú)性系雖然生長(zhǎng)慢，但需肥少，在劣質(zhì)條件下成活率高，能長(zhǎng)期生長(zhǎng)，有助于土壤有機(jī)物的積累和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)。

所以針對(duì)本研究區(qū)而言，應(yīng)選擇低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下選育的豆科草本植物來(lái)種植，以加快植物多樣性恢復(fù)的進(jìn)程。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)山西汾西集團(tuán)河?xùn)|礦區(qū)煤矸石山的植物進(jìn)行研究，可得知該礦區(qū)共有植物23科，53屬，61種。在這23個(gè)科中，含5種以下的科有20個(gè)，其中，單種科15個(gè)；優(yōu)勢(shì)科（含5種及5種以上）有3個(gè)，為豆科、禾本科、菊科。這3個(gè)科所占的種數(shù)占該區(qū)植物總數(shù)的一半以上。在本區(qū)植物的53個(gè)屬中，全部為含5種以下的屬。從屬的組成上看，單屬科16個(gè)，含2屬及2屬以上的科7個(gè)。其中含1種的屬46個(gè)，含2～4種的7個(gè)。分析得出，該區(qū)的單種科和單種屬占優(yōu)勢(shì)。

綜觀本區(qū)植物物種，多數(shù)為草本植物，少數(shù)為藤本或灌木，稀為喬木。綜合本區(qū)地理性質(zhì)特質(zhì)，由于煤矸石山存在的影響，區(qū)內(nèi)植物進(jìn)行著緩慢的初生演替，所以具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱和速生等優(yōu)良特性的喬灌草種類，優(yōu)先在研究區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)。通過(guò)植物、動(dòng)物的共同作用，在優(yōu)化礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也對(duì)土壤的恢復(fù)、改良具有顯著地作用。為較高級(jí)物種的生存、繁衍奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

全區(qū)植物的多樣性，意味著生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化程度高，異質(zhì)性強(qiáng)，能量、物質(zhì)和信息輸入輸出的渠道縱橫交錯(cuò)，暢通無(wú)阻，因而流量大、流速快、生產(chǎn)力高。即使個(gè)別途徑被破壞，系統(tǒng)也會(huì)因多樣物種之間的相生相克、相互補(bǔ)償和替代而保證能量流、物質(zhì)流、信息流的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被破壞的部分得到修復(fù)，恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定態(tài)。全區(qū)植物不僅具有改良土壤、防止水土流失、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、凈化大氣的作用，而且還對(duì)維持當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)平衡、構(gòu)建優(yōu)美環(huán)境起著非常重要的作用。

針對(duì)本礦區(qū)矸石山的研究，植物多樣性豐富度還是比較低，建議今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤矸石及其風(fēng)化物理化性質(zhì)改良方法的研究，為植物生長(zhǎng)提供適合的環(huán)境；同時(shí)結(jié)合人工培育的方法，種植適合礦區(qū)生長(zhǎng)的先鋒植物，進(jìn)一步增強(qiáng)植物物種的多樣性。

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