（自然地理学专业论文）山西阳泉煤矸石山植被生态研究.pdf

中文摘要 阳泉位于山西省东部，是全国最大无烟煤生产基地之一，阳泉煤业集团累计矸石 排放量达1 1 0 8 t ，大小矸石山2 1 座，矸石山植被建设对于促进矿山经济开发与环境 保护协调发展具有重要意义。本文以阳煤五矿南风井矸石山和西马域沟矸石山复垦 地为研究对象，在对煤矸石山植被野外调查的基础上以生态学理论为指导，首先分 析了矸石山植被的植物区系，然后运用不同的数量分析方法对矸石山植被进行了系 统的研究：分析了植物种、植物群落与环境的生态关系；优势种生态位以及群落的 物种多样性。研究目的在于探讨煤矸石山植被的生态环境条件、先锋物种的选择以 及植被建设模式。主要内容及结果如下： 对矸石山植被植物区系进行分析，研究表明：阳泉煤矸石山植被分布有种子植物 7 7 种，隶属于2 3 科6 2 属，其中裸子植物l 科2 属2 种，被子植物2 2 科6 0 属7 5 种( 其中双子叶植物2 1 科4 9 属6 3 种，单子叶植物1 科l l 属1 2 种) 。含属数和种 数较多的科都是菊科、禾本科、豆科、蔷薇科。矸石山植物属的地理成分集中于北 温带分布、泛热带分布和世界分布。种子植物分布区类型以温带亚洲分布、东亚分 布和中国特有分布占优势。 应用t w i n s p a n 分类、d c a 排序方法研究了矸石山植物群落的类型、结构及其与 环境的生态关系。结果表明：t w i n s p a n 等级分类将矸石山植被划分为1 2 个植物群丛 类型，自然植被与人工植被结构差异显著，微地貌、土壤、水分、光照是影响群丛 分类的重要环境因子；d c a 排序表明演替时间、土壤厚度是影响群落类型分异和分布 的主要自然因子，演替时间越长、土壤厚度越大，群丛结构越复杂。 运用生态位宽度与生态位重叠指数，测定2 0 个优势种的生态位宽度值与重叠值。 生态位宽度研究表明：草本种群中，狗尾草、白莲蒿、马唐、达乌里胡枝子、鹅绒 藤等生态位较宽，适应性最强；乔木种群中，生态位宽度顺序由大到小为臭椿、垂 柳、刺柏，臭椿最适合矸石山生存。生态位重叠研究表明：艾蒿、早开堇菜、鹅绒 藤之间，垂柳与猪毛菜、柠条锦鸡儿、芦苇之间有较高的特定重叠值，这些物种之 间存在资源共享，柠条锦鸡儿可作为复垦地植被恢复的先锋物种。 运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数，对8 个典型群落的物种多样性 进行了研究。结果表明：从丰富度指数看，垂柳群落 刺柏群落 臭椿群落 栾树 群落 红叶李群落 白莲蒿群落 狗尾草群落 紫花苜蓿群落；从多样性指数看， t 垂柳群落 刺柏群落 臭椿群落 栾树群落 红叶李群落 白莲蒿群落 紫花苜蓿 群落 狗尾草群落；从均匀度指数看，紫花苜蓿群落 白莲蒿群落 狗尾草群落 臭椿群落 栾树群落 红叶李群落 刺柏群落 垂柳群落。群落多样性研究说明： 乔灌草配置模式，结构稳定且物种多样性高：物种多样性与演替时间和土层厚度呈 正相关；栾树群落生长状况优于红叶李群落。 文章最后在地貌、物种及植被建设模式方面对阳泉煤矸石山植被建设进行了探 讨。 关键词：煤矸石山植被；区系：分类与排序；生态位：物种多样性 i i a b s t r a c t y a n q u a n ，l o c a t e di nt h ee a s to fs h a n x ip r o v i n c e ，i so n eo ft h el a r g e s t a n t h r a c i t ec o a lp r o d u c t i o nb a s e si nc h i n a t h ef i f t hm i n en a n f e n g i i n gn a t u r a l g o bp i l e sa n dx i m a y u g o u r e c l a m a t i o nl a n d sw e r et a k e na st h er e s e a r c hs i t e s b a s e do nt h ed a t af r o mt 1 1 ef i e l d s t h ev a r i o u sm e t h o d so fq u a n t i t a t i v e e c o l o g yw e r eu s e dt os t u d yt h ev e g e t a t i o no nt h eg o bp i l ei n c l u d i n gt h es e e d p l a n t sf l o r a ，e c o l o g i c a lr e l a t i o n s h i pa m o n gt h ep l a n ts p e c i e s ，p l a n t c o m m u n i t i e sa n de n v i r o n m e n t ，d o m i n a n ts p e c i e sn i c h ea n ds p e c i e sd i v e r s i t y t h er e s e a r c hw a sa i m e da te x p l o r i n gt h ee n v i r o n m e n tc o n d i t i o n s 。t h ep i o n e e r s p e c i e sa n d r e s t o r a t i o nm o d e 。t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： t h ea n a l y s i so ff l o r ai l l u s t r a t e dt h a tt h e r ew e r e7 7s p e c i e so fs e e dp l a n t s ， b e l o n g i n gt o2 3f a m i l i e sa n d6 2g e n e r a ，a m o n gw h i c hg y m n o s p e r m sh a v e1 f a m i l y , 2g e n e r aa n d2s p e c i e s ，a n da n g i o s p e r m sh a v e2 2f a m i l i e s ，6 0g e n e r a a n d7 5s p e c i e s n ea n g i o s p e r m sw e r ec o m p o s e do fd i c o t y l e d o na n dm o n o c o t y l e d o n ，h a v i n g21f a m i l i e s ，4 9g e n e r aa n d6 3s p e c i e s ，a n d1f a m i l y , l 1g e n e r a a n d12s p e c i e s ，r e s p e c t i v e l y t h em a i nf a m i l i e sw e r ec o m p o s i t a e ，g r a m i n e a e ， l e g u m i n o s ea n dr o s a a c e a e t h ea r e a lt y p e so fg e n e r aw e r ec o s m o p o l i t a n p a n t r o p i ea n dn o r t h t e m p t h ea r e a lt y p e so fs p e c i e sw e r et e m p a s i a e a s i aa n de n d e m i ct oc h i n a t y p e s ，s t r u c t u r ea n de c o l o g i c a l e n v i r o n m e n to ft h ev e g e t a t i o nw e r e a n a l y z e db yt w l n s p a nc l a s s i f i c a t i o na n dd c ao r d i n a t i o n t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ev e g e t a t i o nw e r ec l a s s i f i e di n t o1 2a s s o c i a t i o n s ，w h i c hw e r e d i s t i n g u i s h e df r o me a c ho t h e r , e s p e c i a l l yb e t w e e n t h en a t u r a lv e g e t a t i o na n d t h ea r t i f i c i a lo n e t h ef a c t o r so ft o p o g r a p h y , s o i l 1 i g h ta n dw a t e ra f f e c t e d p l a n tc l a s s i f i c a t i o n d c ao r d i n a t i o ni n d i c a t e dt h a ts u c c e s s i o nt i m ea n ds o i l t h i c k n e s si n f l u e n c e do nt h ec l a s s i f i c a t i o n ，a n dt h e r ew e r ep o s i t i v ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h ea s s o c i a t i o ns t r u c t u r ea n dt h et w of a c t o r s t h en i c h eb r e a d t ha n dn i c h eo v e r l a po f 2 0d o m i n a n t sw e r em e a s u r e db y u s i n g s e r i e so fi n d i c e s t h er e s u l t so fn i c h eb r e a d t hs h o w e dt h a tt h e p o p u l a t i o n so fs e t a r i av i r i d i s ，a r t e m i s i av e s t i t a ，l e s p e d e z ad a v u r i c aa n d l c y n a n c h u mc h i n e n s i sh a dw i d e rn i c h eb r e a d t ht h a nt h eo t h e r si nt h eh e r b p o p u l a t i o n s a n dt h ea i l a n t h u sa l t i s s i m oh a dw i d e rn i c h eb r e a d t ht h a ns a ，现 b a b y l o n i c aa n dj u n i p e r u sf o r m o s a n a ，s ot h e ym a yh a v eb e t t e ra d a p t a b i l i t y f o rt h eg o bp i l e s t h er e s u l t so fn i c h eo v e r l a ps h o w e dt h a tt h e r ew e r eh i g h e r s p e c i a ln i c h eo v e r l a pv a l u ei nt h ep o p u l a t i o n - p a i r so fa r t e m i s i al a v e n d u l a e f o t z a ，f q o l ap r i o n a n t h a ，c y n a n c h u mc h i n e n s i sa n dt h ep a i r so fs a l i xb a b y l o n l c a ，s a l s o l ac o l l i n a ，p h r a g m i t e sa u s t r a c i s t h o s eo v e r l a p e dp o p u l a t i o n s s h a r e dc o m m o nr e s o u r c e st os o m ee x t e n t c a r a g a n am i c r o p h y l l ac o u l db e s e l e c t e da sp i o n e e rs p e c i e t h es p e c i e sd i v e r s i t yo f8a s s o c o c i a t i o n sw e r es t u d i e db yd i v e r s i t y i n d i c e s ，t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：t h er i c h n e s sa n dd i v e r s i t yo f a s s o c i a t i o n sw e r es i m i l a ri no r d e rw h i c hw a sa s s o c s a l i xb a b y l o n i c a a s s o c j u n i p e r u sf o r m o s a n a a s s o c a i l a n t h u sa l t 括s i m a a s s o c k o e l r e u t e r i ap a n i e u l a t a a s s o c p r u n u sc e r s i f e r a a s s o c a r t e m i s i as a e r o r u m a s s o e m e d i c a g os a t i v a a s s o c s e t a r i av i r i d i s e v e n n e s sr e s u l ts h o w e dt h a t ：a s s o e m e d i c a g os a t i v a a s s o e 4 r t e m i s i as a c r o r u m a s s o c s e t a r i a v i r i d i s a s s o c a i l a n t h u sa l t i s s i m a a s s o c k o e l r e u t er i a p a n i c u l a t a a s s o c p r u n u sc e r $ i f e r a a s s o c j u n i p e r u sf o r m o s a n a a s s o c s a l i xb a b y l o n i c a t h ea n a l y s i s o f s p e c i e sd i v e r s i t yi n d i c a t e dt h a tt h ea s s o c o c i a t i o n s s t r u c t u r ec o n s i s t i n go f a r b e r s h r u ba n dh e r bl a y e rh a dh i g h e rd i v e r s i t yi n d i c e s d i v e r s i t yi n d i c e s w e r ep o s i t i v ec o r r e l a t i o nw i t hs o i lt h i c k n e s sa n dt h es u c c e s s i o np r o c e s s i o n t h eg r o w i n ga p p e a r a n c eo fa s s o c k o e l r e u t e r i ap a n i c u l a t aw a ss u p e r i o rt o a s s o e p r u n u sc e r s i f e r a f i n a l l y , s o m es t r a t e g i e sf o rl a n d f o r m s , p i o n e e rs p e c i e sa n dr e s t o r a t i o n m o d e sw e r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：v e g e t a t i o no nc o a lg o bp i l e s ；f l o r a ；c l a s s i f i c a t i o na n do r d i n t i o n ； n i c h e ；s p e c i e sd i v e r s i t y 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立完成的， 学位论文的知识产权属于山西大学。如果今后以其它单位名义发表 与再读期间学位论文相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明 引用的文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的成果。 学位论文作者( 签章) ：j 韦截篡 2 0 0 - 年6 月g 日 第一章弓i 言 1 1 研究目的和意义 第一章引言 煤矸石是煤矿中夹在煤层间的脉石( 又称夹矸石) ，主要来源于煤矿掘进，回采、 洗选和露天煤矿剥离等过程，一般就近堆放于矿区周围，形成巨大的煤矸石山或排 土场，占用大量土地，是我国工业固体废料中产生量、累计积存量和占地面积最大 的固体废弃物【“。目前全国煤矸石的总积存量已达3 0 1 0 8 t 以上，形成煤矸石山1 5 0 0 多座，占地1 0 0 0 0 h m 2 ；山西煤矸石积存达9 x 1 0 8 t ，形成3 0 0 多座矸石山，占地 1 0 0 0 h m 2 1 2 j 。阳泉煤业集团累计矸石量达1 1 0 8 t ，现有大小矸石山2 l 座。煤矸石不 仅压占土地且污染空气、水和土壤，危害人类身心健康，严重破坏生态系统。 在矸石山恢复植被，建立稳定高效的植物群落是治理矸石山生态环境、恢复土地 生产力，促进经济可持续发展的根本途径，矸石山的研究已成为近年来国内外热点 领域之一f 2 】。然而煤矸石山立地条件极差，理化性质复杂1 3 】，恢复生态难度很大。尽 管国内外在矸石地植被恢复方面取得了一定成效，但对煤矸石山植被恢复的一些理 论问题研究远不能满足实践要求，比如煤矸石山适宜的植物种类，植物种群的合理 组成及结构等。因此对煤矸石植被生态进行科学研究，并在此基础上提出植被恢复 重建的可行模式，对于矸石山植被建设、改善生态环境，促进矿山经济开发与环境 保护协调发展有重要的理论和实际意义。 1 2 研究进展 1 2 1 矸石裸地生态恢复的研究进展 工业方面，对煤矸石研究集中在矸石山工程灭火处理以及矸石废弃物的综合利用 方面，对煤矸石生态恢复研究主要在以下五方面1 4 】：煤矸石风化物的理化性质及污 染特性研究，包括机械组成、水分特性、盐分状况和酸碱度、养分状况等。煤矸 石基质改良的方法研究，包括非生物改良和生物改良，其中对非生物改良的研究包 括化学改良、肥料改良及客土改良；对生物改良的研究包括植被对风化物理化性质、 微生物活性和重金属的影响。生物复垦方法和技术的研究是国外近年来的热门研究 课题，我国在中国2 1 世纪议程第1 3 章里，也将无覆土生物复垦技术作为一项 重要的行动。对煤矸石废弃地复垦植物种选择研究，有不少试验研究报道所选植 物种应具有耐干旱贫瘠、耐高温灼热、耐盐抗污染、速生、根系发达及改土作用强 的特点，并尽可能选择乡土植物种。煤矸石废弃地植被演替研究。许多学者认为 1 山两僻1 泉煤矸石山植被生态研究 随着矸石堆置时间的增加和理化性质的改善，植被种类和盖度相应增加，生活型组 成也随之变化。 1 2 2 矸石复垦地生态恢复的研究进展 世界各国都非常重视煤矸石废弃地的植被恢复与景观重建工作，特别是针对煤矸 石植被自然恢复进程非常缓慢的实际，采取积极的人工办法来加快植被的建植。世 界上最早开始矿区矸石地恢复利用的是德国和美国f 5 】。目前，美国的矿区土地复垦率 已达到8 5 ，远高于我国的1 2 。复垦后的土地、植被大体恢复到原来的地貌、生物 状态。德国是世界上采褐煤最多的国家，自上世纪2 0 年代就开始在矿区矸石地进行 林业复垦和植树造林，它们对煤矸石山主要采用覆土种草植树、微生物循环处理技 术、水泥将其包起来，防止对周围环境的污染，取得了很大的成绩，恢复了生态平 衡。澳大利亚矿山复垦已经取得了长足进展和令人瞩目的成绩。在澳大利亚，矿山 开采前要进行环境影响评价，有详尽的复垦方案，政府收取一定数量的土地复垦押 金，采矿结束进行复垦( 有的是边采边复垦) ，完全复垦后押金全额退还。复垦项目 结束后，政府要求按监测计划实施环境监测，直至达到与原始地貌参数近似 6 1 。 我国自1 9 8 8 年国务院颁布土地复垦规定始，矿区退化土地复垦与生态恢复 重建工作进入新阶段。8 0 年代末期复垦率2 左右，9 0 年代初复垦率为6 6 7 ，目前 复垦率达到1 2 左右m 。近年来我国矿区土地复垦研究的重点是 g l ：土地复垦与生 态重建的基础理论问题，包括矿区土地质量变化规律研究；矿区生态退化机理与修 复等。矿区土地复垦与生态重建实用技术，包括采矿控制土地与环境破坏的技术； 土壤重构技术；景观重塑技术；植被恢复技术；固体废弃物资源化与无害化技术。 煤矿区域土地与生态环境管理的综合研究；新技术的应用研究，包括g i s 与豫 技术在矿区复垦规划中的应用、微生物复垦技术的应用、复垦中抗侵蚀与防渗漏材 料的应用。 在复垦地植被重建的研究主要有：树种的选择研究；人工林营造技术研究；土地 复垦效益评价研究；建立自我维持的生态系统研究。 我国对煤矸石山的研究多侧重于地貌工程整治与土壤化学研究方面，对植被选择 研究多集中在植被个体引种与筛选方面，应用生态学方法从植被之间的相互关系方 面对植被群落优化配置问题的研究不多见。 阳泉煤业集团经过不断的探索和实践，总结出“自下向上，分层排放，缩小凌空， 周边覆盖”的十六字排矸工艺和“碾压覆盖为主，局部灌浆为辅”的灭火技术，在 防治矸石自燃方面取得了明显效果。2 0 0 0 年开始在五矿矸石山进行复垦种植，目前 2 第一章引言 正治理二矿矸石山。阳煤集团对一些物种进行了试验研究，但对矸石山植被的生态 研究尚为空白。 1 2 3 植被数量分析研究进展 植被数量分析是指用数量生态学的方法研究植被、植物群落及植物种与环境之间 生态关系的科学，己成为国际上植被生态学最重要的研究内容之一。2 0 世纪7 0 年代， 国际上形成数量生态学的理论和方法体系，8 0 年代以后，植被数量分析进入较为成 熟的阶段。进入2 l 世纪后，数量分析方法与地理信息系统结合，为客观准确地揭示 植被与环境的生态关系提供了更有效的途径 9 1 。我国植被生态学在分类、排序、生物 多样性、种间关系、生态位、空间格局以及群落演替等方面都取得很大进展。 数量分类是用数学方法来完成分类过程，是根据各样方或植物种问的相似关系将 其分成若干组，组内相似组间相异，从而实现植物群落比较客观的分类，反映出一 定的生态规律。最初广泛应用的是单元等级分类法，包括关联分析法( a s s o c i a t i o n a n a l y s i s ) 、组分析法( g r o u pa n a l y s i s ) 和信息分划法( i n f o r m a t i o nd i v i s i o n ) ，伴随着计 算机技术的迅速发展，多元分析方法纷纷问世，如最近邻体法( n e a r e a n e i g h b o r ) 、组 平均法( g r o u pa v e r a g i n g ) 等。1 9 7 5 年h i l l 等引入指示种分析法( i n d i c a t o rs p e c i e s a n a l y s i s ) ，后经修改而成双向指示种分析法( t w o - w a yi n d i c a t o rs p e c i e sa n a l y s i s t w i n s p a n ) 。t w i n s p a n 同时实现了样方和种的分类，结果更符合植被的自然分布规 律，且有国际通用程序，因而成为当今最主要的多元分析方法【1 0 1 。 排序是现代植被分析的重要手段，它是将样方或植物种作为点，在以属性为坐标 轴的空间中按其相似关系把他们排列出来，从中发现植物种之间的分布格局，从而 揭示植物种之间或种与环境之间的关系i 1 。早在2 0 世纪3 0 年代前苏联学者 r a m e n s k y 提出排序概念并发展了一种简单排序方法，到5 0 年代后期趋于完善。1 9 8 0 年h i l l 和g a u c h 提出除趋势对应分析( d e t r e n d e dc o r r e s p o n d e n c ea n a l y s i s ，d c a ) ，它 是由相互平均法( r e c i p r o c a la v e r a g i n g ，r a ) 修改而成，克服了r a 所具有的“弓形效 应”，提高了排序精度。d c a 一方面可与回归分析、相关分析结合应用，其能使排序 结果解释更为容易，另一方面能综合大量环境因子，又可与其它分类、排序方法结 合应用，同时又有通用程序d e c o r a n a 的存在，使得d c a 成为现代植被生态学研 究不可缺少的数量手段。 生态位理论是生态学最重要的基础理论之一，在不同领域的生态学研究中得到 了广泛应用。最早使用生态位一词的是g r i n e l l ( 1 9 1 7 ) ，他把生态位的概念定义为“生 物在栖息地所占据的空间单元”，之后h u t c h i n s o n 利用数学上的点集理论，把生态位 3 山两阳泉煤矸石山植被生态研究 看作是一个种生存条件的总合，1 9 5 9 年o d u m 将生态位拓展为既包括生物的空间位 置及其在生物群落中的功能地位，还包括生物在环境空问的位置，即“超体积生态 位”。1 9 7 3 年p i a n k a 提出了一个生物单位( 包括个体、种群或物种) 的生态位就是 该生物单位适应性的总和。目前，生态位概念同种问竞争密切联系，而且越来越同 资源利用联系在一起，生态位理论已应用于资源划分、土地评价、城市生态学、人 类生态学等领域! 切。 物种多样性是指一个群落中物种的数目、各物种的个体数目及均匀程度。物种 多样性可以用来定量表征群落和生态系统的特征，包括直接和间接地体现群落和生 态系统的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度、生境差异及生产力等等【”】。 由于物种多样性涉及群落的稳定性和生产力，与人类的生存发展息息相关，因而成 为现代生态学研究的中心课题之一。目前物种多样性研究的热点内容有濒危物种的 保护、生产力与物种多样性关系研究、物种多样性维持机制等。 1 ，3 研究区自然环境概况 1 3 1 阳泉矿区自然环境概况 阳泉市地理坐标为北纬3 7 m o s 。0 5 、东经1 1 3 4 1 9 l 1 1 3 0 4 4 ，位于山西省中东部， 是我国最大的无烟煤生产基地之一。阳泉矿区属于暖温带大陆性季风气候，是山西 省较为温暖的地区之一。年平均气温1 0 7 c ，极端最高温度为4 0 2 ，最低温度为1 9 0 。阳泉市历年平均降水量为6 0 9 8 m m ，年际变化大，降雨集中在七、八、九三个 月。该区风向多变，全年以西北偏东风最多，年平均风速为1 7 m s ，冻结期为1 1 月 中旬至次年3 月中旬，土壤冻结深度为o 7 m 。 全区位于太行山脉北段西麓，为西北高，东南低的中低山区，地形复杂，境内 群山环绕，山峦起伏，沟壑纵横，区内平均海拔为1 0 0 0 m 以上。矿区中低山区广泛 出露二迭系砂岩，覆盖黄土，呈黄土丘陵和土石山区地。本区地带性土壤为栗钙土 与栗褐土的过渡带，分布在洪积、冲积平原及河流二级阶地或沟台地。其成土母质 多为黄土性的冲积物、洪积物、坡积物，也有部分地带性的风积物，多数为花岗岩、 片麻岩的风化产物，因而土壤的物理风化强烈，土质偏砂，土体干旱，通气良好， 好气微生物活动旺盛，碳酸盐含量在8 以上，石灰反应通体强烈。 境内植物种类比较丰富，乔灌草相间相混，乔木植物群多以夏绿阔叶树与常绿针 叶树混交共存。以人工林为主，天然次生林仅在偏僻山区有所残留。乔木树种以侧 柏属( p l a t y c l a d u s ) 、槐属( s o p h o r a ) 、杨属( p o p u i u s ) 、柳属( s a l i x ) 为主，灌木有 4 第章引言 鹅尔枥( c a r p i n u st u r c z a n i n o w i i ) 、荆条( v i t e xn e g u n d ov a t p h e f e r o p h y l l a ) 等，草本植 物有自草( p h r a g m i t e s 小研豁 西l 蒿类等。随着煤炭的大量开采，植被完全破坏， 生态环境发生很大变化，导致生态系统脆弱，植被恢复难度加大，植被演替类型增 加1 1 ”。 阳泉煤业集团成立于1 9 5 0 年( 原名阳泉矿务局) ，现有生产矿井六对。阳煤集团 的煤炭经采掘、洗选加工后，每年排出的矸石量在5 1 0 6 t 左右，至2 0 0 3 年，累计 排出的煤矸石量达1x1 0 s t ，占用土地，污染空气，严重破坏矿区环境。 1 3 2 研究地自然环境概况 阳煤五矿隶属于阳泉煤业集团，上世纪8 0 年代开始建矿。五矿排矸场位于工业 广场与排矸井之间的西马峪沟，原始地貌属荒沟，1 9 9 2 年开始排矸，自然坡角3 5 左右，年排矸量4 l o s t ，矸石物料主要由原煤中选出的矸石及电厂少量炉渣组成。 由于五矿实行自下而上、分层碾压的排矸方式，密实度好，未发生自燃现象，1 9 9 8 年至今已复垦造地2 0 h m 2 ，均宜作林地或农田，成为阳煤集团矸石山开发利用的典型 代表。阳煤集团在复垦地人工栽培有垂柳( s a l i xb a b y l o n i c a ) 、刺柏( d u n i p e r u s f o r l r l o s a n o ) 、紫花苜蓿( m e d i c a g os a t i v a ) 等。 南风井排矸场由五矿建矿时设置通风口所挖出的矸石堆积而成，已停止排矸2 0 a ， 未自燃，矸与石块混杂，其上有植物生长，能在一定程度上反应植被的自然演替规 律。 山两阳泉煤矸石山植被生态研究 第二章山西阳泉煤矸石山植被植物区系分析 2 1 引言 植物区系是指一定地区或国家所有的植物种类的总和，是植物界在一定地理条件 下，特别是在自然历史条件综合作用下的发展演化的结果1 5 】。植物区系研究是认识 区域植被本质属性，对植被进行区划管理和经营利用的基础。 本文对矸石山植物区系科属种统计分析睁1 9 1 ，旨在探讨植物地理成分的组成、植 物分布区类型和植物区系的基本特征，为植物引种提供参考。 2 2 研究方法 2 2 1 取样 2 0 0 6 年8 月在阳泉煤矸石山以南风井与西马峪沟植被为研究对象，在不同演替 阶段不同海拔高度处设置样方，乔木样方大小为l o i i i l0 i i l ，灌木样方大小为4 r e x 4 m ， 草本样方大小为1 r e x l m ，共计4 6 个。调查记录内容包括：( 1 ) 物种名称及每个种的盖 度和高度，乔木同时要记录株数及胸径；( 2 ) 群落综合特征和生境特征，包括群落总 盖度，海拔、坡度、坡向及演替时间等。4 6 个样方共记录7 7 个种，得4 6 7 7 的原 始数据矩阵。物种名称及序号如下表( 表2 1 ) 表2 1 物种名称和序号 t a b l e 2 1n a n l ea 1 1 dn u m b e ro f p l a ms p e c i c e s 6 第二章山西阳泉煤矸石山植被植物区系分析 2 2 2 分析 在野外调查基础上，对矸石山出现的植物种类进行科属种统计，对植物区系成分 和植物分布区类型的确定，主要参考吴征镒和王荷生的观点和文献0 5 - 2 0 i 。 2 3 植物区系的统计分析 2 3 1 植物区系组成 2 3 1 1 植物的科属组成 阳泉矸石山分布有种子植物7 7 种，隶属于2 3 科6 2 属，其中裸子植物i 科2 属 2 种，被子植物2 2 科6 0 属7 5 种( 其中双子叶植物2 1 科4 9 属6 3 种，单子叶植物1 科1 1 属1 2 种) 。 群落各科所含属数差异很大，数目较多的科是菊科( c o m p o s i t a e ) ( 1 1 属，下同) 、 禾本科( g r a m i n e a e ) ( i i ) 、豆科( 1 e g u m i n o s e l ( 9 ) 、蔷薇科( r o s a a c e a e ) ( 4 ) ，其它科 为2 属或1 属。 2 3 1 2 植物的种类组成 阳泉矸石山7 7 种植物中，含种数较多的科为菊科( 1 9 种，下同) 、禾本科( 1 2 ) 、 豆科( 1 2 ) 、蔷薇科( 4 ) 、含2 种的有8 科：旋花科( c o n v o l v u l u s ) 、锦葵科( m a i v a c e a e ) 、 桑科( m o r u s ) 、萝摩科( a s c l e p i a d a c e a e ) 、鼠李科( r h a m n a c e a e ) 、杨柳科( s a l i c a c e a e ) 、 柏科( c u p r e s s a c e a e ) 、藜科( c h e n o p o d i a c e a e ) ，其余1 1 科为单科单属单种。 含种最多的属为蒿属0 r t e m i s i a ) ( 5 种) ，含2 种的属有草木樨属( m e l i l o t u s ) 、鬼 针草属( b i d e n s ) 、苜蓿属( m e d i c a g o ) 、枣属( z i z y p h u s ) 、槐属( s o p h o r a ) ， 余下的属 7 山西旰1 泉煤矸彳i 山植被生态研究 均只含1 种。 2 3 2 植物区系地理成分 2 3 2 1 属的分布区类型 矸石山有种子植物6 2 属，依吴征镒教授中国种子植物属的分布区类型分区， 结果见表2 2 表2 2 阳泉矸石山种子植物区系属的分布区类型 t a b l e 2 2t h ea r e a l - t y p e so f g e n e r ao f s e e dp l a n t so ng o bp i l si ny a n g q u a n 从表2 2 可看出，矸石山植物属的成分简单，有1 0 个类型，且集中于北温带分 布、泛热带分布和世界分布，共有4 5 属，占总属数的7 2 5 8 。 世界分布有1 3 属，占总属数的2 0 9 7 ，主要包括早熟禾属( p o a ) 、旋花属 ( c o n v o l v u l a c e a e ) 、飞蓬属( c o n y z a ) 、苍耳属( x a n t h i u m ) 、黄芪属叫s t r a g a l u s ) 、千里光 属( s e n e c i o ) 、鬼针草属( b i d e s ) 、老鹳草属( g e r a n i u m ) 、马唐属( d i g i t a r i a ) 等。 热带分布属( 2 7 ) 有1 9 属，占总属数的3 0 6 5 ，其中泛热带分布型有1 5 属，占 总属数2 4 1 9 ，主要包括狗尾草属( s e t a r i a b e a u v ) 、木槿属( h i b i s c u s ) 、芦苇属 ( p h r a g m i t e s ) 、锦鸡儿属( c a r a g a n a ) 、牵牛属( p h a r b i t i s ) 、狗牙根属( c y n o d o n ) 、蟋蟀草 属( e l e u s i n e ) 猪毛菜属( s a l j o l a ) 、鹅绒藤( c y n a n c h u m ) 等。热带亚洲至热带非洲分布 第二章山西阳泉煤矸石山植被植物区系分析 有杠柳属( p e r i p l o c a ) ，热带亚洲至热带大洋洲分布有臭椿属( a i l a n t h u s ) 。 温带分布属( 8 1 4 ) 有2 9 属，占总属数的4 6 7 7 ，其中以北温带分布所含属数最 多有1 7 属，是植物区系属的主要成分。主要有：稗属( e c h i n o c h l o a ) 、棘豆属( o x y t r o p i c d j 妙、野豌豆属( 阮砌、苦苣属( s o n c h u s ) 、针茅属( s a m ) 、龙牙草属0 9 r i m o n i a ) 、 角蒿属( 1 n c a r v i l l e a ) 、冰草属0 9 r o p y r o n ) 、李属( p r u n u $ ) 、杨属( p o p u l u s ) 、桑属 ( m o r u s ) 、柳属( 勋触) 、榆属( u l m u s ) 等。东亚和北美间断分布属的有胡枝子 ( l e s p e d e z a ) 1 属，旧世界温带分布属有7 属，草木樨属( m e l i l o t u s ) 、苜蓿属( m e d i c a g o ) 、 菊属( d e n d r a n t h e m a ) 、桃属( a m y g d a l u s ) 等；东亚分布3 属：狗娃花属( h e t e r o p a p p u s ) 、 栾树属( k o e l r e u 把r m ) 、侧柏属( p d 纱c l a d u s ) 。 中国特有属分布仅有1 属，地黄属( r e h m a n n i a ) 。 2 3 2 2 种的分布区类型 表2 3 阳泉矸石山种子植物区系种的分布区类型 t a b l e 2 3t h e a r e a l - t y p e so f s p e c i e so f s e e dp l a n t so ng o bp i l si ny a n g q u a n 9 山两阳泉煤矸石山植被生态研究 按照王荷生等的方法，矸石山7 7 种种子植物可归入1 0 个分布区类型( 表2 3 ) ， 以温带亚洲分布、东亚分布和中国特有分布占优势。 世界分布种含5 种，隶属于5 科5 属，它们是田旋花( c o n v o l v u l u sa r v e n s i s ) 、益 母草亿e o n u r u s a r t e m i s i a ) 、苣麻( a b u t i l o nt h e o p h r a s t i ) 、芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a c i s ) 、 反枝苋似m a r a n t h u sr e t r o f l e x u s ) 。各类型热带分布种只有鬼针草( b i d e n s p i l o s a ) ，属热 带亚洲和热带美洲间断分布。 各类型温带分布种( 8 一1 4 ) 占绝对优势，是区系和植被组成的主要成分，共3 9 种， 占总种数的5 0 6 5 。温带亚洲分布及相近变型是矸石山山第位的温带地理成分， 有2 2 种，归1 0 科1 6 属，草本植物的代表有菟丝子( c u s c u t ac h i n e n s i s ) 、硬毛棘豆 ( o x y tr o p i ch i r t a ) 、苍耳( x a n t h i u ms i b i r i c u m ) 、直立黄芪( a s t r a g a l u sa d s u r g e n s ) 、臭蒿 ( p e g a n u mn i g e l l a s t r u m ) 、锦鸡) l ( c a r a g a n am i e r o p h y l l a ) 、猪毛菜( s a l s o l ac o l l i n 功、 老鹳草( g e r a n i u mw i l f o r d i i ) 、早开堇菜( v i o l a p r i o r ia n t h 神、小红菊( d e nd r a n t h e m a c h a n e t i i ) 、野艾蒿似r t e m i s i al a v e n d u l a e f o t i a ) 、酸枣( z i z y p h u ss p i n os u s ) 、阿尔泰紫 菀翻s t e rt a t a r i c u s ) ，乔木有桑( m o r u s a l b a ) 、榆树( u l m u s p u m i l a ) 等。 旧世界温带分布7 种，隶属4 科7 属，包括金狗尾( s e t a r i ag t a u e a ) 、黄香草木樨 ( m e l i l o t u so f f i c i n a l i s ) 、千里光( s e n e c h ) s c a n d e n s ) 、刺沙蓬( a g r o p h y l l u ms q u