（野生动植物保护与利用专业论文）半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响.pdf

摘要 于2 0 0 5 年7 月下旬对神府一东胜矿区6 个矿3 种不同地貌下2 个不同沉陷 年份及对照区地表植被进行了调查；并于2 0 0 6 年8 月上旬对大柳塔采区1 9 9 6 年至2 0 0 0 年工作面上方的覆沙地植被，以及2 0 0 2 年至2 0 0 5 年工作面上方的硬 粱地植被分别进行了植被调查。计算并分析各调查样地物种的重要值、物种多样 性指数和均匀度等。结果表明：神府一东胜矿区植物种类总体上来看较为稀少， 生态较为脆弱；在调查区内共出现植物2 8 科8 6 属1 2 1 种。6 个矿中以上湾、 大柳塔和活鸡兔3 矿区植物种类较丰富，补连塔和乌兰木伦矿区植被相对单一 经沉陷干扰后，在短期内植物群落主要组成成分没有发生明显变化，群落的建 群种没有改变：除生态十分脆弱的乌兰木伦矿区外，其余矿区地表沉陷后物种多 样性与对照相比没有显著性差异；沉陷后物种数较沉陷前增多，且沉陷1 年区比 沉陷当年区物种数多，它们之间具有明显的相关性。沉陷2 年后植物群落基本 趋于稳定 关键词：采煤沉陷；植被特征；植物多样性；重要值 e f f e c t so fc o a lm i n i n gs u b s i d e n c eo nv e g e t a t i o n c o m p o s i t i o na n dp l a n td i v e r s i t yi ns e m i a r i dr e g i o n b s t r a c t t h i s 脚l r c hf o e n s e do nt h ei n v e s t i g a t i o ni n t ot h ev e g e t a t i o n so fc o a lm i n es u b s i d e da l - e a s o fs h e n f u - d o n g s h e n gc o a lm i n er e g i o ni nd i f f e r e n ty e a r sa n dl a n d f o r m s b a s e do nt h ed a t a o b t a i n e df r o mt h ef i e l ds u r v e y , i m p o r t a n c ev a l u e so ft h ep l a n ts p e c i e sa n dp l a n td i v e r s i t yi n d e x e s w e r ec a l c u l a t e d t h ef i n d i n g ss h o w e dt h a tp l a n ts p e c i e si nt h er e g i o nw e r er e l a t i v e l yp o o rb e c a u s e o ft h ef r a g i l e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t t h e r ew e r e11 4s p e c i e sf o u n di nt h ei n v e s t i g a t e da r e a s b e l o n g i n gt o8 2g e 伯，3 0f a m i l i e s t h ep l a n ts p e c i e si ns h a n g w a n ，d a l i u t aa n dh u o j i t um i n e s w e r er i c h e rt h a nt h o s ei nb u l i a n t aa n du l a n - m u l u nm i n e s a f i e rs u b s i d i n gd i s t u r b a n c e ，t h em a i n c o m p o n e n t sa n dt h ec o n s t r u c t i v es p e c i e so ft h ep l a n tc o m m u n i t i e sd i dn o tc h a n 寥di nt h es h o r t t e r m s p e c i e sd i v e r s i t i e si na l lm i n i n ga r e a s ，e x c e p tu l a n - m u l u nm i n ew h e r et h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ti sm u c hm o r ef r a g i l e ，s h o w e dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s n u m b e r so fp l a n ts p e c i e si n s u b s i d e dp l o t sw e r em o r et h a nt h o s ei nt h eu n d i s t u r b e da r e a s n u m b e r so fp l a n ts p e c i e si nt h e p l o t ss u b s i d e dw i t h i n1y e a rw e r em o r et h a nt h o s ei nt h ep l o t so fs u b s i d e df o r1y e a r , w h i c h i n d i c a t e dt h a tt h eg r o u n ds u b s i d e n c ee a n s e db yc o a lm i n i n gs l i g h t l yi n f l u e n c e dt h ec o m m u n i t y c o m p o s i t i o nw i t h i ns h o r tp e r i o d t h ep l a n tc o m m u n i t i e sw a s t os t a b i l i z ea f t e r2y e a r si nt h ep l o t s s u b s i d e d k e yw o r d s ：c o a lm i n i n gs u b s i d e n c e ；v e g e t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；p l a n td i v e r s i t y ； i m p o r t a n tv a l u e d i r e c t e db y ：p r o f h ex i a o ( p h d ) a p p l i c a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：z h o uy m g ( c o n s e r v a t i o n a n du t i l i z a t i o no f w i l d l i f e ) ( c o l l e g eo f e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t a ls c i e n c e , i n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y , h u h h o t0 1 0 0 1 9 , c h i n a ) 内蒙古农业大学研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 括为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： i 刭盈 日 期：压4 。厶j 导师指导研究生学位论文的承诺 本人承诺：我的研究生亟l 塾所呈交的学位论文是在 我指导下独立开展研究工作及取得的研究结果，属于我现任岗位职务 工作的结果，并严格按照国家及学校有关学术道德规范的规定要求而 获得的研究结果。如果违反，我必须接受按国家及学校有关规定的处 罚处理并承担相应导师连带责任。 指导教师签名：塑乙；巫么 日 期： 坦拿厶：i 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，。采用影印、缩印或其他手段保存论文。 论文作者签名： l 到：壑 指导教师签名： 鸳瞳乏 日 内蒙吉农业大学硕士学位论文 1 1 前言 1 1 研究背景 随全球资源、环境和人口问题的日益突出，走可持续发展道路也日益为世界各国 所接受。煤矿区域集煤炭资源开采、利用与土地资源占用与破坏为一体，是资源、环 境与人口矛盾相对集中显现的区域之一。人类从事采矿业已有数千年的历史，开采矿 藏给人类带来了巨大财富，但是采矿过程所导致的环境污染与破坏以及采后留下的尾 矿、废渣、废弃地等都带来了许多生态环境问题m ，已引起了人们对矿区生态恢复的 高度重视阳1 。近2 0 年来，矿区采煤沉陷所造成的生态问题逐渐成为世界各采煤大国 的热点研究课题嘲。采煤沉陷是指地下煤层采出后，采空区围岩体内原有的应力失去 平衡，出现应力集中现象，经过一段时间后，集中应力超过岩石的强度时，顶板岩层开 始断裂、冒落，形成冒落带。冒落后，上部岩层也随后断裂，在上部岩层发生弯曲，随着 采空区的扩大，地表开始移动，形成沉降波，致使地表发生变形、破坏、形成一系列裂 缝、塌陷盆地等哺1 。采煤后的沉陷引起了地质啊、土壤、水分睁删等因子的变化，破坏 了原有的农田和地貌。因此，对沉陷地环境进行治理及复垦成为采煤业面临的重要课 题叫钉。 我国是世界上产煤最多的国家之一，探明煤炭储量3 3 2 6 4 1 0 9 t 左右。与此同时， 我国也是沉陷面积最大的国家之一。截至去年1 2 月3 日，全国煤矿累计采空沉陷面 积超过7 0 万公顷，造成的损失已经超过5 0 0 亿元。而我国神府一东胜煤田位于陕西 省北部的神木县、府谷县和内蒙古自治区南部的东胜准格尔旗、伊金霍洛旗，属于黄 土高原和鄂尔多斯高原的过渡地带，矿区蕴藏着丰富的煤炭资源，总储量约2 1 0 1 1 t ， 被誉为世界八大煤田之一n 町，神木县煤炭开采形成的采空面积达9 9 1 2 k i n 2 ，其中已 沉陷面积达4 4 k m 2 。根据国家煤田地质总局航测遥感调查数据显示，2 0 0 2 年神府一东 胜的三个矿一大柳塔矿、活鸡兔矿和榆家梁矿区沉陷面积分别为1 1 7 6 k m 2 、8 1 6l 【1 2 和4 8k m 2 ，皆属中大型沉陷规模。近年来，该矿区的沉陷引起了不少学者的广泛关 注，分别在沉陷对水和土壤环境的影响n 刀、引起的环境灾害问题n 町，以及沉陷区的 生态恢复n 町等方面做了大量研究。同时采矿对植被的影响已经逐渐被人们所关注啪2 ， 尾矿及废弃矿的生物多样性也是当前矿区生态恢复的重要研究领域删。 1 1 1 国内外关于生物多样性的研究 生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的 总和，是生命系统的基本特征跚。根据联合国环境与发展大会报告姗，生物多样性可在 3 个概念层次进行讨论：生态系统多样性，物种多样性和基因多样性。我国的一些专家 将生物多样性划分为4 个层次进行讨论：景观多样性，生态系统多样性，物种多样性和 基因多样性啪1 。生物多样性指数有两个组成部分溉绷，即：绝对密度( 丰富性) 和相对丰 度( 均一性) 。也就是说，多样性指数是丰富性和均一性的统一。 2 半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 1 1 1 1 国内外关于物种多样性的研究 物种多样性是生物多样性的重要组成部分，它是指动物、植物以及微生物种类的 丰富性，是生物有机体本身多样性的体现。物种多样性的研究既是遗传多样性研究的 基础，又是生态系统多样性研究的重要方面。它与遗传多样性( 或称基因多样性) 、生 态系统多样性一道构成生物多样性研究的三个相互联系的部分，而物种多样性是生物 多样性中研究得较为深入的一个层次啪螂。 1 9 4 3 年，f i s h e r 等首先提出“s p e c i e s d i v e r s i t y ”一词，并且创用于群落学研究， 他认为物种多样性是群落内物种数目和每一个物种的个体数量伽1 。其后，这个概念得 到了广泛的应用。由于不同学者研究的目的和对象不同，提出的物种多样性的定义和 测定指标也不相同，使物种多样性的概念呈现多样化的特点，甚至有些模糊不清。 关于陆地生态系统中物种多样性的唯一可靠的结论是：从低地热带生态系统到高 纬度或高海拔生态系统，大多数生物类群的多样性一般是下降的嘲，而这个关于全球 物种多样性随纬度变化的结论，就有多种假说加以解释，如s o u t h w o o d ( 1 9 6 1 ) 所支持 的时间假说1 ，3 a n z a n ( 1 9 7 0 ) 和h a r p e r ( 1 9 6 9 ) 所支持的捕食假说等。物种多样性中有 3 个值得注意的概念，即组成、结构和功能。物种多样性的组成与基本组成单位的 变异和数量有关，包括物种名录、种群的多样性的测度等；结构是系统的物理组织或 格局，包括种群结构等；物种多样性的功能涉及生态学过程和进化过程两个尺度，包括 种群统计过程和生活史等。 对物种多样性概念的理解，可以归为两大类： ( 1 ) 物种多样性是一定区域内全部物种种类及其类群状况。研究的内容包括一定 的时空尺度上的物种总数的形成、迁徙和灭绝，科属种的分布中心，种类的特有分布与 岛屿生物地理学所涉及的物种问题。 ( 2 ) 物种多样性指在生物群落的组织水平上的物种多样化的程度。以一定的生物 群落范围内分析的尺度，分析群落内物种组成的多样化程度和形成，即“群落物种多样 性 。事实上，我们可以看出这两类的区别在于：前者主要探讨物种多样性的起源和进 化过程，后者研究物种多样性的其他问题，并且前者比后者适用的范围和尺度要大。 此后，1 9 8 8 年w i l s o n 主编的生物多样性一书出版，引起了学术界和社会的 广泛关注。1 9 9 1 年，国际生物科学联盟( i u b s ) 提出了“生物多样性的生态系统功能一 研究项目。1 9 9 2 年，该项目与环境问题科学委员会( s c o p e ) 和联合国教科文组织 ( u n e s c o ) 合作，把项目名称改为d i v e r s i t a s 。此后，项目的研究发展为从遗传到生态 系统水平的地球上所有生物。 1 1 1 2 国内外关于植物群落多样性的研究 群落多样性研究是群落生态学研究，乃至整个生态学研究中十分重要的内容。其 中群落在组成和结构上表现出的多样性是认识群落的组织水平，甚至功能状态的基础， 内蒙古农业大学硕士学位论文 也是生物多样性研究中至关重要的方面涵，。 植物群落多样性一般是指植物群落在组成、结构、功能和动态方面所表现出的丰 富多彩的差异，或指群落的组成结构和动态( 包括演替和波动) 的多样化嘶删。不同 的植物群落在结构和功能上都存在很大的差异，而具有不同功能作用的物种及其个体 相对多度的差异是形成不同群落的基础。因此，对于群落组织化程度的测度指标即物 种多样性的研究具有重要意义呻1 。在群落演替过程中的多样性特征是研究群落多样性 时空动态规律的重要内容。物种多样性是群落结构和功能复杂性的一种度量，对群落 物种多样性的研究有助于更好地认识群落的组成、结构、功能和动态，掌握群落演替 的一般规律及多样性与群落的演替关系。以往有关植物群落物种多样性的研究较多， 郭正刚、郑元润等对森林植物群落物种多样性进行了研究：周志宇等1 研究了阿拉 善荒漠草地恢复演替过程中物种多样性与生产力的变化；郝占庆等1 研究了长自山北 坡阔叶红松林草本植物种多样性及其季节动态：高贤明对秦岭太白山弃耕地植物群 落演替过程中不同群落的物种多样性变化进行了分析，也对北京山区辽东栋群落物种 多样性及其演替规律进行了探讨；史军辉等对鼎湖山森林群落多样性垂直分布格局 进行了研究；王伯荪等悯研究了海南岛热带山地雨林群落物种多样性并对空间格局进 行了分析。 此外，植物群落与环境相互间的关系及其密切，一方面环境影响着群落，另一方面 群落也影响着环境，两者是不可分割的辨证统一体。在对物种多样性进行分析的同时， 研究植物群落物种多样性随环境因子及演替梯度的变化特征是揭示生物多样性与生 态因子相互关系的重要方面h 帕，因此对植物群落物种多样性进行梯度分析是其研究的 一个重要方面。植物群落物种多样性的梯度特征是指在群落组织水平上物种多样性的 大小随某一生态因子梯度的有规律性的变化。贺金生等“刀就纬度、水分、土壤营养成 分、海拔、演替等因子对近年来国内外陆地植物群落的研究结果进行了综述，总结出 了一些规律：如纬度梯度规律，随着纬度的降低，群落物种多样性逐渐增大。但不同的 群落其变化规律不同，后来的研究结果并未超出前人总结的这些规律的内容。 但在有些方面的研究深入了一些，如土壤和多样性的关系的研究近来有大量报 道。除了文献中提到的土壤中的p 、m g 、k 、g a 2 + 与物种多样性m 有关外；土壤养分 的增加与多样性指数的增大成正相关关系，土壤有机质的积累有利于植物多样性的增 加，土壤含水量的减少明显影响沙漠人工植被中灌木的生存，从而影响到植被的多样 性水平脾一，刘先华等( 1 9 9 8 ) 利用景观生态学的原理和方法，研究了锡林河流域植被 多样性的空间分布规律及其与气候因子的关系。另外，作为生境条件的一种综合指示， 地形特征是一个多维变量，包括海拔、坡向、坡度等每一维对光、热、水、土壤养分 的影响各有侧重删。彭闪江等嘲根据鼎湖山永久样地的调查资料，探讨了生境尺度异 质性对植物群落物种多样性的影响，结果显示多样性指数随着生境异质性的变化而产 生较大的差异，如群落多样性指数随地形差异而表现出南坡 北坡、坡底 坡中 坡顶的 4半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 变化趋势。沈泽吴等洲对三峡大老岭森林物种多样性的研究结果表明，当地地形因子 对群落n 多样性格局影响的大小顺序是：坡位 海拔 坡向 坡度 坡形。 1 1 2 国内外关于植物群落调查方法的研究 采用的调查方法因调查目的而异。研究群落物种多样性的组成和结构多采用临时 样地法中的典型取样法曙7 侧；研究群落的功能和动态多样性则采用永久样地法，也 称固定样地法删；研究物种多样性的梯度变化特征，采用样带法叫或样线法嘲。必须 说明一点，取样面积的大小，对群落物种多样性的测度存在着一定的影响。对于不同 群落物种多样性比较，一般都选取相同大小的样本。但这样的比较实质上是样地间的 比较，除非绝对有把握地认为选取的样地就是所研究群落的真正代表姗。为此，刘灿然 探讨了样本大小和物种多样性的关系，提出了临界样方和多样性测定的稳定性等概 念，所谓临界样方数量即为多样性测度趋于稳定时的样方数量；多样性测度的稳定性 即多样性的测度值随样本大小变化而变化的程度，变化程度越小，多样性测度就越稳 定。根据多个样方计算的多样性测度指数达到稳定后的平均值可作为整个群落物种多 样性的测度值。这样就可使不同群落或不同层次之间的物种多样性比较得以顺利进行， 这种研究方法较之相同大小的样地比较更科学。 1 1 3 国内外关于采矿对植被影响的研究 随着社会经济的快速发展，人们对自然资源的需求不断增多，开采矿藏不断给人 类带来巨大的财富，但同时采矿过程所导致的环境污染与破坏带来了许多生态问题， 尤其是对植被的破坏。主要表现在以下几个方面：1 ) 植被景观遭破坏。通常，一个 矿地在开采前都是被植被覆盖的山体，一旦开采后，植被消失。2 ) 采矿过程中产 生的重金属离子对植被的毒害。较高的金属含量对绝大多数植物的生长发育都产生严 重抑制和毒害作用呻一。另一方面，采矿过程中还会产生一些高酸性物质，强的酸度 通常也是植物在矿地定居的最大限制因子n 1 7 2 1 。3 ) 采矿使土壤结构变差，影响植物 的生长。矿地的土壤往往坚硬、板结，有机质、养分与水分都很缺乏，极不利于植物 的生长。4 ) 采矿后形成的采空区，植被生长也受到一定的影响。 采矿后引起的生态环境问题已逐渐被人们所重视“一。开始逐渐对采矿形成的废 弃地、尾矿、排土场等的植被进行恢复与重建。郭涛池1 等人对采矿后形成的尾矿进 行了植被调查研究；国内有众多学者对采矿形成的废弃地的植物群落进行了大量的研 究 碍- r t j ；国外学者对排土场植被的自然演替与恢复研究的较多h 町：关于矿区土地复垦 是国内外众多学者研究的热点问题n 3 刖。但关于采矿后引起的地表沉陷对自然植 被的影响未见报道。 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 1 2 研究内容、目的和意义 近年来，神府一东胜矿区大规模的采煤活动引起的沉陷对地表造成了明显的影 响，使地表形态发生了明显的变化，如出现下沉、断裂、裂缝、沉陷台阶等，同时对 地上建筑、道路等造成一定的破坏。在这一过程中，地表的主要景观因素一植被是否 也受到了影响，需要实地调查研究。本地区属于半干旱地区，植被稀疏，生态极为脆 弱，在这样一个生态脆弱地区进行采煤活动，其扰动对环境的影响会因环境的脆弱和 敏感而成倍放大。因此，深入了解地表沉陷对植被的影响对今后的生态恢复有重要意 义。本项研究通过对神府一东胜矿区六个矿采空区进行植被调查研究，根据沉陷前、 沉陷后和沉陷后一定时间后的地表植被特征变化，分析沉陷干扰对植物群落组成特征 及多样性的影响，明确采煤沉陷对地表植被是否产生影响，以及影响的程度，探讨产 生这种变化的原因，目的是为这一地区的生态治理提供植被保护的理论依据，同时也 为矿区的进一步生态建设提供理论依据。 为此，于2 0 0 5 年7 月下旬分别对补连塔、乌兰木伦、上湾、活鸡兔、榆家梁、 大柳塔六个矿的2 0 0 4 年采空区、2 0 0 5 年采空区和未采区进行了植被调查，以了解沉 陷对植被覆盖度、植物种类以及数量是否产生影响，影响的程度。 为进一步了解沉陷多年后地表植被的情况，需要选取沉陷年限较长的采空区做调 查。由于大柳塔矿采煤年限较长，因此选择大柳塔矿采区作为调查区。该采区1 9 9 6 年至2 0 0 0 年的工作面上方为覆沙地，2 0 0 2 年至2 0 0 5 年的工作面上方为硬梁地。通 过对这两个样地植被的调查，可以了解沉陷后植物群落组成是否发生变化，若发生变 化，其群落组成及结构是否可以恢复到原初状态，以及恢复的年限。同时可以了解该 地区植被在当前强度的采煤扰动下，其稳定性如何。 2 研究区概况及研究方法 2 1 研究区概况 2 1 1 地理位置及地貌特征 神府一东胜矿区位于陕西省榆林地区北部和内蒙古自治区伊克昭盟东南部的接 壤地区，地处黄河中游的窟野河流域中游( 一级支流) 乌兰木伦河转龙湾至神木之间 8 1 o 矿区地理坐标介于东经1 0 9 45 1 1 1 0 。4 6 、北纬3 8 。5 2 3 9 44 1 之间。 矿区南北长约3 8 9 0 k m ，东西宽约3 5 5 5 k m ，总面积约3 4 8 1 k m 2 。 煤田位于晋陕蒙接壤区鄂尔多斯高原与黄土高原的交错地带，是毛乌素沙地与黄 土丘陵区的复合过渡地区，地层构造处于榆林凹陷与东胜隆起的过渡地带，以整体间 歇性抬升为主，海拔位于l 1 0 0 一- - 1 3 0 0 m 之间，由南到北逐渐抬升。矿区西北部构造 舒缓，岩石断层不发育，产状平缓，构成了向西缓倾的单斜构造眦删。东南部以水 蚀为主，为沟壑纵横的黄土丘陵。这种大地构造单元格局，宏观控制了矿区的地貌轮 廓。 6 半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 矿区属覆沙黄土丘陵地貌，地表为流动沙及半固定沙所覆盖，沙层最厚可达5 0 m 。 中部及西北部地貌类型属于波状高平原台地，地形平缓开阔，以风沙地貌为主；东部及 东南部为黄土丘陵沟壑区，形成梁峁、沟壑和黄土原三种地貌，区内沟谷纵横，地形 破碎，植被稀疏，地面坡度大，坡面水蚀、沟蚀发育区内土壤以风沙土为主，占矿区 土壤的9 5 以上，结构疏松，抗蚀性差，极易遭受风蚀。 2 1 2 气候条件 矿区属于半干旱大陆性季风气候，其四季特点是冬季严寒漫长，夏季炎热短促， 冬春干旱多风沙，夏秋多暴雨且集中。受地理环境影响，气象要素变幅大，一月平均 气温- 1 0 4 。c ，七月平均气温2 2 5 ，年较差3 2 9 ；年均温度7 3 ，年极端 最高气温3 8 9 0 ，年极端最低气温- 3 0 7 ，1 0 的活动积温约3 0 0 0 ，无霜期 约1 5 6 d 。气候干旱，蒸发量大，年降水量3 6 8 2 m m ，年内变率与年际间变率均很大， 一年的降水主要集中在7 - - 9 月中旬，约占全年降水量的6 6 8 ，且多以暴雨的形式 出现。年际间降水量变化同样明显，丰水年与枯水年相差2 - 4 倍，最大年降水量 5 9 3 3 姗( 1 9 6 7 年) ，最小年降水量1 4 3 o m m ( 1 9 6 5 年) 。秋末和冬春盛行西北风，多 年平均风速2 5 3 6 m s ，最大风速2 4 m s ，年均大风日数4 2 2 d ，年均沙尘暴1 7 2 6 d 。总之，干旱、少雨、多风是矿区气候上的主要特征，也是矿区生态环境脆弱的 表现。 2 1 3 植被状况 地带性植被类型上来讲，这一地区属于暖温带典型草原区，草原群落主要发育在 梁地和黄土丘陵的栗钙土或黄绵土上，代表群系为本氏针茅草原。由于近几千年来， 干旱和风沙的长期侵蚀和影响，加上人类对植被的破坏、开垦、过度放牧等活动，目 前原始植被早已破坏殆尽，代之以百里香或糙隐子草为主的群落。这一地区的梁地及 黄土丘陵地大多都开垦为农田或曾经是农田，因此植被多为农作物及田间杂草，以及 撂荒地植被。在西部及西南部以风沙地为主的流动、半固定及固定沙地上，分布着沙 地植被，主要是沙地先锋植物群落和黑沙蒿群落：在洼地、滩地和湖泊周围分布有湿 地植被。区内植被稀少，盖度低，常年受到干旱的威胁以及人类活动的影响，生态环 境十分恶劣，因此，植被一旦遭到破坏就很难恢复。 2 1 4 地表沉陷概况 神府一东胜煤田储量大、埋藏浅、煤层水平稳定，便于现代化开采。然而，煤层 上覆地层结构松散，胶结程度不高，物理力学指标低，且岩层水平，加上煤层厚度大， 所形成的采空区范围大，加之地形破碎，暴雨多。在这种条件下，大规模的煤层采掘， 不可避免的会导致大面积的地面沉陷，造成对土地资源的直接破坏。特殊的地质条件 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 和气候条件使本区采煤沉陷具有易发性、快速性和大规模性等特点。 近年来，矿区大规模的采煤活动引起的沉陷对地表造成了明显的影响，使地表的 形态发生了明显的变化，出现了多处下沉、地裂缝群、沉陷台阶等。其分布范围与煤 层采空区的分布范围基本一致，延伸方向与煤矿设计巷道方向一致，范围略小于采空 区。研究的六个矿区中，补连塔、乌兰木伦矿区和大柳塔覆沙矿区地表为风沙地貌， 乌兰木伦矿地表多为流动及半固定沙地。由于沙质土壤疏松，地表无明显因沉陷作用 所致的裂隙；相反，上湾、活鸡兔矿和大柳塔硬梁地矿区为硬梁地及覆沙梁地，沟壑 起伏，土层较薄，以及主要为黄土塬区与硬梁地的过渡区的榆家梁矿区，沉陷裂隙明 显，沟缝纵横交错，尤其在采空区的边缘裂缝较大，裂缝宽约3 5 0 c m ，或出现台阶， 其落差最大达1 5 m 。沉陷对地表的作用较明显。 2 2 研究方法 2 2 1 植被取样调查方法 于2 0 0 5 年7 月下旬，在神府一东胜矿区开展了详细的植被调查，植被调查范围 包括补连塔、乌兰木伦、上湾、活鸡兔、榆家梁、大柳塔六个采区。采用标准样地法， 对每一采区分未沉陷区、2 0 0 5 年沉陷区和2 0 0 4 年沉陷区。在这三类样地上，分别选 择地形地貌相似的区域，在每一调查区域的坡顶、坡中、沟底分别随机设置5 个l o m l o m 样方，每一样方中再随机设3 个l m xl m 的小样方，分别调查灌木、半灌木和 草本。调查内容包括：植物的种类、高度、密度、频度和盖度等。此外对群落所处地 理位置、土壤、海拔高度以及有无人为干扰情况进行记录。 于2 0 0 6 年8 月上旬对大柳塔采区1 9 9 6 年至2 0 0 0 年工作面上方的覆沙地植被， 以及2 0 0 2 年至2 0 0 5 年工作面上方的硬梁地植被分别进行了植被调查。以每一年的工 作面为一调查区，每一调查区随机设置1 0 个l o m xl o m 样方；每一样方中再随机设3 个l m xl m 的小样方。调查内容与2 0 0 5 年相同。 所有调查样方中出现的植物都已做成标本，鉴定到种。( 详见附表) 2 2 2 计算方法 2 2 2 1 重要值计算 重要值( i v ) = ( 相对盖度+ 相对密度+ 相对频度) 3 2 2 2 2 物种多样性采用丰富度指数、多样性指数、均匀度指数 丰富度指数是指在定大小的样方中的物种数目，不考虑种间个体数量，即忽略 富集种和稀疏种以及对群落多样性贡献的差异： m a r g a l e f 指数鲳1 r = ( s 一1 ) i n n ； 8 半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 均匀度指数是指一个群落或生境中全部种的个体数目的分配情况，它反映了种属 组成的均匀程度：p i e l o u 指数肿1e e p i i n p i i n s ： 多样性指数是对种的丰富度和均匀度两种涵义的结合，又称种的不齐性。二者合 在一起实际上是强调了个体数目，因而又称为优势度多样性： s h a n n o n w i e n e r 指数恤刀h = 一p i i n p i ： s i m p s o n 指数明d = i - e p i 2 ： 2 2 3 相似性系数：测定2 0 0 4 、2 0 0 5 年沉陷与未沉陷区之间的物种及群落相似程度， s o r e n s o n 指数c = 2 j ( a + b ) ： 、 。 2 2 4 盖度用目估法计算 上述各式中：s 为样地植物种数；n i 为第i 个种的个数；n 为总体个数；p i = n i n ； c 为相似系数；j 为两样地共有的物种；a 和b 分别为沉陷与沉陷或沉陷与未沉陷区 的物种数。 3 结果与分析 3 1 短期内采煤沉陷对植被的影响 于2 0 0 5 年7 月下旬，对神府一东胜补连塔、乌兰木伦、上湾、活鸡兔、榆家梁、 大柳塔六个矿未沉陷区、2 0 0 5 年沉陷区和2 0 0 4 年沉陷区进行植被调查，分析采煤沉 陷于扰对六个矿区内植物群落组成及多样性的影响。 3 1 1 六个矿区内植被特征及组成 通过对六矿区地表植被进行调查，统计六个矿区共有2 8 科8 6 属1 2 1 种植物， 基本为浅根、耐旱的植物；从植物生活型来看，以1 、2 年生或多年生草本为主，伴 有少量灌木，木本植物仅有山杨、北沙柳和榆树3 种。该地区群落组成以菊科、豆科 和禾本科为主，占植物总数的5 4 3 9 。 表l 为2 0 0 4 年、2 0 0 5 年沉陷区及未沉陷区群落组成科、属、种情况。表中结果 显示，沉陷区和未沉陷区植物科数几乎相同；随着沉陷和沉陷时间的增加，植物的属 数和种数逐渐增加。以上3 种样地都以菊科、豆科和禾本科所占比例最多，且都以黑 沙蒿为建群种。在沉陷区内比未沉陷区多了飞廉属、风毛菊属、旋覆花属、蓍属、紫 穗槐属、冰草属六个属的植物。说明研究区内地表沉陷对群落组成有一定的影响，且 沉陷后植物种类有所增加。 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 3 1 1 1 补连塔矿采区植被调查结果分析 补连塔2 0 0 4 年、2 0 0 5 年采区及相邻的未采区地表为风沙地貌，典型的沙地植被， 以沙生半灌木黑沙蒿为建群种，伴生有沙蓬、中亚虫实、地锦等l 、2 年生的草本植 物；在流动及半固定沙地上则以沙地先锋植物群落为主，该群落由适应沙埋、流沙环 境的一组植物组成，包括l 、2 年生的沙蓬、中亚虫实，以及多年生的根茎禾草沙鞭 及沙生半灌木黑沙蒿和塔落岩黄芪等。在该采区内，还有山杨、北沙柳、紫穗槐、樟 子松等大量人工植被。 对2 0 0 4 年、2 0 0 5 年沉陷区和未沉陷区各随机调查1 5 个样方的结果显示：在2 0 0 4 年样方内共出现2 8 种植物，植被平均盖度为3 2 8 ：2 0 0 5 年样方内共出现1 3 种植 物，植被平均盖度为2 2 1 ；未沉陷区样方内共出现9 种植物，植被平均盖度为 1 9 8 。 根据表2 中各植物的重要值显示：2 0 0 4 年群落的建群种是黑沙蒿和胡枝子，重 要伴生种有北沙柳、沙鞭、中亚虫实、画眉草、牛一c , l - 子；2 0 0 5 年群落的建群种为 黑沙蒿和北沙柳，重要伴生种有沙鞭、中亚虫实、画眉草、狗尾草：未沉陷区群落的 建群种是黑沙蒿和沙鞭，重要伴生种有北沙柳、塔落岩黄芪、中亚虫实等。 根据表2 ，植物在三个调查区内的重要值及在样方中出现的频度，选择该群落中 的主要植物黑沙蒿和沙鞭作为代表，对其高度进行了方差分析，并对三个调查区的植 被盖度进行了方差分析( 见表3 ) 。方差分析结果显示，在置信度0 0 5 水平上，植物 的生长量及植被盖度在沉陷区与未沉陷区之间无显著差异，表明采煤沉陷对地表植被 没有显著影响。 1 0半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 表2 补连塔矿采区样方内植物群落组成及数量特征 植物名称 相对密度( )相对盖度( )相对频度( ) 重要值( ) abcabc ab c ab c 黑沙蒿 山杨 胡枝子 北沙柳 画眉草 中亚虫实 沙鞭 雾冰藜 7 8 0 91 3 6 61 3 7 35 31 2 9 71 3 7 91 5 3 l1 7 0 51 64 8 81 4 5 61 4 5 1 2 5 44 4 62 6 32 3 3 33 8 4 93 8 8 21 3 2 77 9 51 61 3 0 4 1 6 9 71 9 1 5 5 3 5 0 3 32 52 0 6 3 8 l1 3 。0 8 1 2 5 45 1 0 7 6 7 93 4 1 71 8 66 1 21 3 6 42 0 5 1 51 6 7 71 3 5 5 o 0 10 2 75 。ll o 2 3 2 9 77 。8 5 1 0 61 6 1 62 40 0 60 2 3 0 0 1 6 1 21 4 7 742 4 11 0 3 92 1 3 1 9 32 9 0 96 7 6 20 2 23 3 21 3 7 94 0 87 9 5 2 02 0 8 1 3 4 5 3 3 8 0 4 5 0 4 40 6 90 0 20 0 1 o 0 15 12 2 741 8 60 9 1 5 6 草木樨状黄芪0 3 7 狗尾草 。 乳浆大戟 黄花列当 牛心朴子 砂珍蚌豆 菟丝子 三芒草 地锦 紫穗槐 蒺藜 丝叶山苦荬 鹤虱 犍牛几苗 沙蓬 地稍瓜 硬质早熟禾 角蔫 砂蓝刺头 0 4 64 1 6 4 0 5 5 3 5 30 5 70 o l0 0 10 0 14 0 89 0 941 5 44 2 11 5 2 1 0 7 o 0 8 0 2 l o 1 2 o 1 2 1 0 90 0 5 o 9 22 6 9 0 0 40 2 4 0 。髓 0 4 9 0 1 4 o 0 6 0 响 0 o 0 6 0 。0 6 0 0 2 0 2 5 o 2 2 0 0 3 o 0 6 0 o l 0 0 l0 o l 0 ：o l0 0 l 0 6 53 5 9 o 0 3 0 0 l 0 0 9 0 0 3 0 0 l o 0 1 0 o l 0 0 l o o l 3 0 6 3 。0 6 3 0 6 3 0 6 3 0 6 2 0 41 1 4 2 0 43 4 1 2 0 43 4 1 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 l 。0 2 1 0 2 塔落岩黄芪0 0 2 1 4 0 11 0 0 70 0 16 9 61 4 8 8 1 0 2 6 8 21 20 3 59 2 61 2 3 2 注： 为2 0 0 4 年沉陷区，b 为2 0 0 5 年沉陷区。c 为未沉陷区 4 心 0 乞 复 赔 挖 鸺 惦 g ： 虬 融 5 铊 盯 钌 弘 弘 弘 跖 l l l l l 仉 m m o m m m 仉 仉 c ； 仉 内蒙古农业大学硕士学位论文 表3 补连塔矿采区优势植物高度及植被盖度方差分析 t a b l e 3 a n a l y s i so f v a r i a n c eb e t w e e nd o m i n a n tp l a n th e i g h ta n dv e g e t a t i o nc o v e r a g ei nb u l i a n t am i n e s 注：a 备0 0 5 时。差异显著 3 1 1 2 乌兰木伦矿采区植被调查结果分析 乌兰木伦矿2 0 0 4 年、2 0 0 5 年采区及相邻的未采区地表为流动及半固定沙地，植 被类型为典型的沙地植被，以沙生半灌木黑沙蒿和北沙柳为建群种，伴生有沙蓬、中 亚虫实等一年生草本植物；在流动及半固定沙地上则以沙地先锋植物群落为主，包括 1 、2 年生的沙蓬、中亚虫实，多年生的根茎禾草沙鞭、黑沙蒿及塔落岩黄芪等。在 该区有斑块状分布的叉子圆柏群落。 对2 0 0 4 年、2 0 0 5 年沉陷区和未沉陷区各随机调查1 5 个样方的结果显示：在2 0 0 4 年样方内共出现2 2 种植物，植被平均盖度为1 1 ；2 0 0 5 年样方内共出现8 种植物， 植被平均盖度为1 2 1 ；未沉陷区样方内共出现8 种植物，植被平均盖度为1 0 6 。 根据表4 中各植物的重要值显示：2 0 0 4 年沉陷区群落的建群种是沙鞭和中亚虫 实，重要伴生种有黑沙蒿、北沙柳、沙蓬：2 0 0 5 年采区群落的建群种为黑沙蒿和中 亚虫实，重要伴生种有沙鞭、北沙柳和沙蓬；未沉陷区群落的建群种为黑沙蒿和沙鞭， 重要伴生种有沙蓬、中亚虫实和沙打旺等。 根据植物在三个调查区内的重要值及在样方中出现的频度，选择该群落中的主要 植物黑沙蒿和沙鞭作为代表，对其高度进行了方差分析，并对三个调查区的植被盖度 进行了方差分析( 见表5 ) 。方差分析结果显示，在置信度0 0 5 水平上，植物的生长 量及植被盖度在沉陷区与未沉陷区之间无显著差异，表明采煤沉陷对地表植被没有显 著影响。 表5 乌兰木伦矿采区优势植物高度及植被盖度方差分析 t a b l e5 a n a l y s i so f v a r i a n c eb e t w e e nd o m i n a n tp l a n th e i g h ta n dv e g e t a t i o nc o v e r a g ei nw u l a n m u l u nm i n e s 注：q 量0 0 5 时，差异显著 1 2 半干旱区采煤沉陷对地表植被组成及多样性的影响 表4 乌兰木伦矿采区样方内植物群落组成及数量特征 t a b l e4t h ep l a n tc o m m u n i t yc o m p o s e sa n dq u a n t a t i v ea t t r i b u t eo f s e l e c t e dp l o t si nu l a n m u l u nm i n e s 沙鞭 中亚虫实 北沙柳 黑沙蒿 芦苇 沙蓬 山杨 画眉草 7 3 70 0 62 4 8 21 9 4 42 6 5 15 8 7 19 1 7 52 3 3 32 2 7 43 9 5 21 6 6 43 5 4 2 2 9 l1 2 4 0 0 16 3 7 63 8 9 33 41 7 22 3 3 31 3 6 32 2 7 92 1 1 75 6 8 5 5 6 1 1 9 9 3 1 1 7 20 6 30 2 41 4 96 6 7 6 8 21 9 63 13 3 9 3 0 7 67 6 2 56 4 8 15 7 71 7 9 23 5 9 51 6 l2 3 3 31 5 9 l1 2 7 l3 9 1 73 8 8 9 1 83 5 80 2 31 8 7 0 0 40 3 l 0 0 l2 鸲6 4 30 90 6 91 51 8 1 81 2 37 2 56 3 6 o 9 0 0 6 0 0 3 o 7 4 0 1 l 0 1 l 塔落岩黄芪0 1 30 2 90 4 20 1 30 0 40 10 4 6 灰绿藜。 0 1 2 丝叶山苦荬 0 0 6 白草 0 0 1 牛心朴