摘要：随采煤塌陷后时间的延长，植物群落物种组成、群落优势种均发生显著改变，群落优势层呈现从乔木层向草本层，再向灌木层的变化趋势，塌陷区群落多样性指数和稳定性均低于未塌陷区，塌陷后期多样性指数有回升的趋势；植物群落之间的相似性系数先降后升，后期有与未塌陷的植物群落相似性系数增大的趋势，植物群落发生了明显的次生演替现象。
关键词：采煤塌陷；塌陷年限；植被组成；植被多样性
植物生长主要受到生物因素和非生物因素的影响，甚至在一些情况下，非生物因素会成为影响植物生长和分布的主导因素。在山地环境中，植物生长在很大程度上受地形地貌因素的影响，因为地形地貌的差异会导致光照、水分、土壤养分等微生物条件的显著差异，其中土壤养分的可利用性是决定植物群落物种组成和群落多样性的主要环境因子。相反，植物又通过养分循环的反馈对土壤养分的可利用性产生影响，即群落的空间、资源的生态位与群落多样性存在各种各样的相互作用。土壤性质和群落多样性的响应和反馈可以作为表征区域生态环境变化的重要指标，同时也是区域生态恢复重建的重要理论基础。水分是土壤的重要组成部分，直接参与土壤与植物内部的物质转化过程，影响植物群落的种类组成；沉陷后周边原有生态系统结构和功能遭到破坏，地质、土壤水分、养分、植被等因子相应发生变化，这些变化特征反映出采煤塌陷具有强大的生态系统干扰性，对周边群落物质循环和能量流动构成了巨大威胁，特别是在半干旱生态脆弱区，蒸发强烈，土壤贫瘠，生态系统稳定和恢复力较差，采煤塌陷一旦发生，对区内生态环境将造成重大影响。矿区沉陷带来的区域环境变化引起了不少学者的广泛关注，采煤塌陷造成矿区土壤含水量下降，养分流失，土壤酶活性降低，塌陷区植被多样性发生改变等。有关植被多样性变化与土壤理化性质和酶活性之间的关系以及对环境因素响应的定量化研究。
一、研究方法
1.研究区概况，例如某矿区（109°33'E～110°10'E、39°01'N～39°30'N）海拔1 150～1 524 m，年均温度7.3℃，年均降水量368.2 mm，年均蒸发量2 297.4～2 838.7 mm，属本氏针茅草原，生态环境极其脆弱．研究区内植被稀少，以禾本科（Gramineae）为主，伴以零星灌木；植物群落主要以百里香（Thymusmongolicus）或糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）为主．在沙地主要分布有以黑沙蒿（Artemisia ordosica）为先锋植物的沙地植物群落；在洼地、滩地和湖泊周围分布有湿地植物．该。区域干旱、少雨、多风，这种气候特点也是当地生态环境脆弱的总体表现
2.植被取样调查方法，根据某矿区采矿的年份记录，于2012年8月上旬矿采煤塌陷区选取塌陷年限分别为17、12、7、2 a（分别对应于1995年、2000年、2005年、2010年）的样区设置样地，在塌陷区典型位置（坡顶、坡中、坡底）各设置一个10 m×10 m的样地进行调查，在每个样地内随机设置3个1 m×1m的样方［30-31］，在相同地貌条件下选择1个未塌陷区（WT）作为对照，共计45个样方．按照方精云等，推荐的方法，即参照其草本层调查方法，设置样方并记录各样方内植物的种名、平均高度、盖度、多度等，最后收获样方内草本层地上生物量和地表枯落物并带回实验室烘干称量，同时记录样方所处的地理位置、环境条件以及人为干扰情况，并从根部割取样方内的所有植物带回实验室，于80℃通风干燥箱内烘至恒质量，并计算其含水率。
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二、结果与分析
1.植被物种组成变化，
某矿采煤塌陷区植物群落物共发现14科39属46种植物，其中，塌陷2 a样地有7科14属16种，优势物种为看麦娘（Alopecurus aequalis）、褐沙蒿（Artemisiahalodendron）、刺叶藜（Chenopodium aristatum）等；塌陷7 a样地有7科17属19种，优势物种为刺叶藜、褐沙蒿、狗尾草（Setaira viridis）等；塌陷12 a样地有10科18属20种，优势物种为狗尾草、雾冰藜（Bassiadasyphylla）、看麦娘等；塌陷17 a样地有6科15属17种，优势物种为雾冰藜、早熟禾（Poa annua）、狗尾草等；而对照区有11科27属29种，以豆科、禾本科、菊科、藜科植物为主，优势物种为假苇拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）、碱蓬（Suaedaheteroptera）、紫翅猪毛菜（Salsola affinis）等．与对照区相比，塌陷区植物种类显著减少，降低了31.03%～44.83%与对照区相比，塌陷区植物群落物种组成变化较大，植物物种数显著减少．塌陷区有14种植物未出现，包括海乳草（Glaux maritima）、灯芯草（Juncuseffusus）、米口袋（Gueldenstaedtia verna）、多叶棘豆（Oxytropis myriophylla）、小叶锦鸡儿（Caraganamicrophylia）、假苇拂子茅、本氏针茅（Stipa capillata）、赖草（Leymus secalinus）、小蓟（Cirsium setosum）、苦菜（Sonchus oleraceus）、蓝刺头（Echinopssphaerocephalus）、旋覆花（Inula japonica）、碱蓬、苔草（Carex tristachya）；但塌陷区新出现3种重要值较高的植物，分别为看麦娘、烛台虫实（Corispermumcandelabrum）、刺叶藜，均为一二年生草本植物．从植物生长型来看，研究区以草本植物为主，对照区以及塌陷2、7、12和17 a样地草本植物丰富度分别为25、12、16、17和13种，其中，以塌陷2 a样地
最低．可见，随着塌陷年限的增加，样方内植物丰富度呈增大趋势，而灌木类植物物种丰富度则随塌陷年限的增加明显减少，塌陷12 a样地内均未发现灌木类植物生长．从植物生活型来看，塌陷区以一二年生草本植物为主，其次为多年生草本、半灌木和灌木植物，而对照区则以多年生草本植物为主．表明采煤塌陷对多年生草本以及灌木的影响最大．优势种的变化结果显示，不同塌陷年限样地内的优势种无明显变化，但与对照区相比有明显差异，并且采煤塌陷后地表植物物种组成发生明显变化．相关性分析表明，地表植物物种种数与塌陷年限呈极显著正相关（Ｒ2=0.453，P＜0.01）．
2.采煤塌陷区植物群落特征，不同塌陷年限样地之间植物群落特征值，对照区植株密度最高，达（196.56±13.83）株m2；塌陷7 a样地的植株密度最低，仅为（62.89±5.67）株m2；塌陷区的植株密度显著降低58.62%～68.00%（P＜0.05），并且不同塌陷年限样地之间的植株密度也存在显著差异（F=3.314，P＜0.05）．与对照区相比，塌陷区的植株盖度则无显著差异（F=0.715，P＞0.05）．
三、讨论
随着矿区采煤塌陷的发生和塌陷年限延长，呈现出；
1.植物群落的物种总数经历了先下降后上升的阶段，物种种类也发生了明显改变。考虑到研究是在同一小区域进行群落调查，结合群落立地因子分析，故导致群落组成改变的最大因素应为塌陷的不同年限导致当地土壤环境的改变。
2.植物群落中杜鹃花科植物的重要值先下降后上升，植物群落中优势种的组成状况与采煤塌陷地的小生境有关，植物群落的优势层从乔木层变化至草本层，再到灌木层，体现出随着采煤塌陷年限的延长，植物群落的变化特点符合植物群落次生演替规律。
3.植物群落之间的相似性系数先下降后上升，后期有与未塌陷的植物群落相似性系数增大的趋势，揭示出采煤塌陷初期阶段对群落的生境改变较为剧烈，群落小生境随塌陷年限的增加而逐渐稳定，塌陷区植物群落结构有向未塌陷区相同植物群落结构变化的趋势。
4.未塌陷区的乔木层多样性指数最高，塌陷5年区的草本层多样性指数最高，塌陷10年区的灌木层多样性指数最高；植物群落的多样性指数发生了先下降后缓慢上升的过程。可以体现出随着采煤塌陷的年限的延长，起初阶段，植物群落的多样性指数明显减小，随着时间的推移小生境从剧烈变化到逐渐稳定，植物群落的稳定性也呈现出先降低后升高的趋势。
采煤塌陷会引起地表移动，使煤层含水层的水以及开采影响范围内的地表水渗入井下，改变该区的水文地质条件；起初阶段，地层构造被人为采煤改变发生断层现象，断层引发地表的水系和土壤的有机物质含量改变，水肥沿开裂的裂缝和倾斜的地面渗漏、流失，土壤肥力逐渐下降，总体对塌陷区的植物群落小生境改变较为剧烈；随着时间的推移，断层后的错层地质可能逐渐发生融合现象，形成一个新的地质组成结构，水文地质趋于稳定，导致植物群落小生境趋于重新整合和稳定，物种间竞争逐渐增强，配制趋于一个新的动态平衡；随着植物群落小生境的变化，植物群落呈现出明显的次生演替规律。
参考文献：
［1］赵毅．矿区采煤塌陷及其对环境影响初探.2015
［2］陈霞．恢复生态学领域的植被演替研究综述.2015
论文作者:张倩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：植物群落论文; 物种论文; 群落论文; 多样性论文; 植物论文; 年限论文; 土壤论文; 《电力设备》2018年第25期论文;