蒙元仙 杨学民 罗珍领 胡艺山 杨瑞卿

摘    要：植被修复是采煤塌陷区生态修复的基础工作。为了更好地发挥自生植物在采煤塌陷区生态修复中的作用，在实地调查的基础上，对徐州市九里湖采煤塌陷区自生植物的物种多样性进行调查和分析。结果表明：九里湖采煤塌陷区共有自生植物53科122属147种;菊科、禾本科、豆科是优势科，在群落演替中发挥着重要作用;生活型组成中以草本植物为主，占总种数的73.83%;乡土植物占62.16%，外来植物中有部分入侵植物，应防止其对生态系统的破坏;植物种间个体数量分布极不均匀，少数种占优势;建议在采煤塌陷地的生态修复中增加菊科、禾本科、豆科自生植物的应用。

关键词：自生植物;种类;结构;多样性;采煤塌陷区

中图分类号：X173         文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2022.01.017

Investigation and Analysis on Biodiversity of the Spontaneous Plant in Coal Mining Subsidence Area：

A Case Study of Jiulihu Coal Mining Subsidence Area in Xuzhou City

MENG Yuanxian1， YANG Xuemin2， LUO Zhenling1， HU Yishan1， YANG Ruiqing1

（1.College of Environmental Engineering，Xuzhou University of Technology， XuZhou， Jiangsu 221008， China;2. Xuzhou Institute of Ecological Civilization Construction，Xuzhou，Jiangsu 221008，China）

Abstract： Vegetation restoration is the basic work of ecological restoration in coal mining subsidence area. In order to play better role of spontaneous plant in ecological restoration of coal mining subsidence area， the species diversity of the spontaneous plant in Jiulihu coal mining subsidence area in Xuzhou was investigated and analyzed based on the field investigation. The results showed that there were 147 species， belonging to 122 genera and 53 families of spontaneous plants in Jiulihu coal mining subsidence area.Compositae， Gramineae and Leguminosae were the dominant families which played an important role in community succession. Herbaceous plants accounting for 73.83% of the total species was dominant. Native plants had accounted for 62.16%. There were some invasive plants which should be prevented from damaging the ecosystem. The distribution of individual numbers among species was uneven and a small number of species were dominant .It was suggested that the spontaneous plants of Compositae， Gramineae and Leguminosae should be increased in ecological restoration of coal mining subsidence area.

Key words： spontaneous plant; species; structure; diversity; coal mining subsidence area

收稿日期：2021-09-11

基金項目：徐州工程学院大学生创新创业训练计划项目"采煤塌陷区自生植物生态修复潜力及应用研究";徐州市生态文明建设研究院基金项目（2019ZD-01）

作者简介：蒙元仙（1999—），女，贵州黔南人，在读本科生，主要从事风景园林方面研究。

通讯作者简介：杨瑞卿（1966—），女，山西晋中人，博士，副教授，主要从事风景园林的教学方面研究。

煤炭是我国的主要能源。煤炭资源的高强度开采，形成大规模的采煤塌陷区，造成严重的生态和社会问题。因此，采煤塌陷区的生态修复成为煤炭资源型城市可持续发展急需解决的问题。植被修复是采煤塌陷区生态修复的基础[1]。近年来，自生植物以其适应性强、生长迅速、种类丰富、易于管理等优点引起越来越多的重视[2-4]。

自生植物泛指自然定居生长的植物[5]，其概念最早在20世纪70年代被国外学者所使用。目前我国对自生植物的研究还不成熟。郑焯玲等[6]和宫政靖等[7]对广州自生草本地被植物的适应性与园林应用进行了分析;李晓鹏等[8-9]对北京公园自生植物物种组成特征及群落类型、多样性时空特征进行研究;朱佳颖[10]对相如湖国家湿地公园自生植物的多样性及其影响因素进行了调查和分析;这些研究的重点主要集中在城市各类绿地，对采煤塌陷区自生植物的研究未有报道。本研究以徐州市九里湖采煤塌陷区为例，在现场调查的基础上，对其自生植物的种类组成和多样性进行分析，其目的是为自生植物在采煤塌陷区生态修复中的应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1   研究区概况

徐州位于江苏省西北部，东经116°22′～118°40′、北纬33°43′～34°58′之间。九里湖采煤塌陷区位于徐州市泉山区北部，包括北湖、东湖、小北湖、西湖四个湖泊及其湖滨带区域。该区地处暖温带半湿润季风气候区，四季分明，光照充足，雨热同期。年平均气温在14 ℃左右，年平均降雨量为850 mm;年平均相对湿度72%;全年平均无霜期208 d;地带性植被属暖温带落叶阔叶林带。

1.2   研究方法

1.2.1 调查方法 调查地点为徐州市九里湖采煤塌陷区小北湖保育区。小北湖保育区占地面积19.16 hm2，其中陆地面积8.3 hm2，水面面积10.86 hm2，湖岸线总长度为1 541 m。调查时间为2021年4—6月。调查方法采用样方调查法，每隔20 m设一个1 m×1 m的样方，共设样方106个，对样方内的植物种类及数量进行逐一统计并记录分析。

1.2.2 植物种类构成分析方法 以《中国植物志》[11]、《园林树木学》[12]、《江苏植物志》[13-14]、《中国高等植物图鉴》[15]等为主要依据进行植物種类的鉴定，以保证植物种类的正确性;根据《中国入侵植物名录》[16]确定物种的入侵性。

植物多样性分析方法植物多样性分析采用Shannon-Wiener指数、均匀度指数和频度，其计算公式如下：

Shannon -Wiener指数 H=-（PilnPi） （1）

Pielou植物均匀度指数E=H/Hmax（2）

式中，S为调查区域内植物物种的总数量;i为第i种物种;Pi为植物物种i的个体数在总个体数中的比例;N为调查区域内所有植物个体的总数量;Hmax为调查区域内最大的植物物种多样性指数，Hmax= LnS。

频度=一个物种占的样方数/总样方数  （3）

2       结果与分析

2.1 九里湖采煤塌陷区自生植物的构成特征

2.1.1 植物的科属种构成特征 调查结果表明，九里湖采煤塌陷区共有自生植物53个科122个属147种，其中含5属5种以上的科仅有5个，分别为菊科（Compositae）、禾本科（Gramineae）、豆科（Leguminosae）、蔷薇科（Rosaceae）和十字花科（Brassicaceae），这5个科占总科数的9.43%，但其包含的属占所有属数的37.7%。菊科是优势科，主要种类包括黄鹌菜（Youngia japonica L.）、艾（Artemisia argyi Levl. et Van）、钻形紫苑（Aster subulatus）、苣荬菜（Sonchus wightianus DC.）、春飞蓬（Erigeron philadelphicus L.）等共计23种，其所含属数占了所有属数的13.11%，所含种数占总种数的15.65%;禾本科主要种类包括白茅（Imperata cylindrica （L.） Beauv.）、鹅观草（Roegneria kamoji Ohwi）、芦苇（Phragmites australis）、芦竹（Arundo donax）等，其所含属数占所有属数的8.20%，所含种数占总种数的6.80%;豆科主要种包含救荒野豌豆（Vicia sativa L.）、野豌豆（Viciasepium Linn）、广布野豌豆（Vicia cracca L.）、白车轴草（Trifolium repens L.）等11种，其所含属数占所有属数的6.56%，所含种数占总种数的7.48%，其中救荒野豌豆为优势种;蔷薇科主要种包括蛇莓（Duchesnea indica （Andr.） Focke）、朝天委陵菜（Potentilla chinensis Ser.）等，其所含属数占所有属数的4.92%，所含种数占总种数的5.44%;十字花科主要种包括荠菜（Capsella bursa-pastoris （L.） Medic.）、野油菜（Brassica juncea （Linnaeus） Czernajew）、臭荠（Coronopus didymus（L.） J. E. Smith）等6种，其所含属数占所有属数的4.92%，所含种数占总种数的4.08%;而仅包含1属、1种的科有31种，所占总科数的比例高达58.49%，但其包含的属和种分别仅占总属数、总种数的25.41%，21.09%（表1）。

2.1.2 植物的生活型构成特征 生活型是生物对于特定生境长期适应而在外貌上反映出来的类型，将外貌上具有相同（似）适应特征的归为同一类生活型。九里湖采煤塌陷区自生植物的生活型组成见图1。

由图1可以看出，九里湖采煤塌陷区的自生植物分为草本植物和木本植物两大类。草本植物又分为一年生、二年生、一或二年生、多年生草本;木本植物分为常绿灌木、落叶灌木、常绿乔木、落叶乔木。自生草本植物共有38科89属109种，占总种数的73.83%，其中一年生草本有29种，占总种数19.73%，主要植物种类有野豌豆、猪殃殃（Galium spurium L.）、黄鹌菜、野老鹳草（Geranium carolinianum L.）、阿拉伯婆婆纳（Veronica persica L.）;二年生草本有4种，占总种数2.72%，主要有野胡萝卜（Cnidium monnieri（L.） Cuss.）、月见草（Oenothera erythrosepala Borb.）等;一或二年生草本有15种，占总种数10.2%，主要植物种类有救荒野豌豆、宝盖草（Lamium amplexicaule）等;多年生草本有59种，占总种数40.14%，主要植物种类有鹅观草、白茅、艾、芦苇、白车轴草。自生木本植物共有38种，占总数的25.85%，涵盖了23科33属，其中常绿灌木有4种，占总种数2.72%，数量较多的有枸骨（Ilex cornuta Lindl. et Paxt.）、金森女贞（Ligustrum vicaryi）、火棘（Pyracantha fortuneana （Maxim.） Li）;落叶灌木有18种，占总种数12.24%;常绿乔木只有大叶女贞（Ligustrum lucidum）1种，占总种数0.68%;落叶乔木有15种，占总种数10.2%。结合以上分析结果可以看出，在九里湖采煤塌陷区的自生植物中，草本植物占绝对优势，在草本植物中，多年生草本>一年生草本>一或二年生草本>二年生草本;木本植物相对于草本植物占比较低，其中落叶灌木>落叶乔木>常绿灌木>常绿乔木。

2.1.3 植物的物种来源构成特征 植物物种来源主要分为乡土和外来两大类。乡土植物指没有人为影响的条件下，经过长期物种选择与演替后，对特定地区生态环境具有高度适应性的自然植物;外来植物是指从原生境地以各种方式扩散或迁徙到其他地区，是该地区非自然发生或进化但能完成生活周期且建立种群的植物[17];外来入侵种指非本土物种，通过自然入侵、人为引进、无意引进等方式在当地的自然或人工生态系统中定居、自行扩繁，占据本地种原有生态位、排挤本地物种、降低生物多样性，最终造成一定的生态破坏或生态污染的物种[18]。

九里湖采煤塌陷区的自生植物中，乡土植物占61.9%，涉及46科81属91种，外来植物占38.1%，涉及22科46属56种。入侵植物原产地主要有北美洲、巴西、西亚等，其中一级恶性入侵类植物有5种，分别是：钻叶紫菀、一年蓬、小蓬草、加拿大一枝黄花、喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）。

2.2 九里湖采煤塌陷区自生植物的物种多样性分析2.2.1 物种多样性和均匀度分析 Shannon -Wiener多样性指数用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，群落内植物的多样性越高，不确定性就越大。Pielou均匀度指数用来反映物种在群落的分布情况。计算结果表明，九里湖采煤塌陷区自生植物的Shannon-Wiener多样性指数平均值为0.76，最高值为2.3，Pielou均匀度指数平均值为0.18，最高值为0.74，表明九里湖采煤塌陷区自生植物多样性指数总体偏低，种间个体数量分布极度不均匀，少数种占优势。

2.2.2不同种类植物的频度分析 九里湖采煤塌陷区的自生植物中，不同种类的植物频度差异显著。救荒野豌豆的频度最高，其频度值为0.74，在106个样方中有78个样方分布了救荒野豌豆，其他自生植物频度由高到低依次是芦苇、野老鹳草、宝盖草、芦竹、艾蒿等，其中有85种自生草本植物频度值低于0.1，说明不同种类的植物在区内的分布差异很大。

3       结论与讨论

九里湖采煤塌陷区内自生植物种类丰富，共分布有自生植物147种，隶属于53个科122个属。菊科、豆科和禾本科是主要大科，在群落的演替中发挥着重要作用。

就植物的生活型而言，自生草本植物占绝对优势。自生草本植物生活周期短，扩散繁殖能力强，能快速适应环境干扰，应作为采煤塌陷区生态修复的先锋物种。

就植物来源而言，乡土植物占比高达62.16%，并且生长良好，应作为采煤塌陷区生物修复的骨干植物。5种一级恶性入侵类植物钻叶紫菀、一年蓬、小蓬草、加拿大一枝黄花、喜旱莲子草在区内已形成小群落，但目前尚未出现大面积入侵现象，应密切跟踪观察并采取积极的应对措施，防止其对本地植物生长的影响和对生态系统的破坏。

从植物的多样性特征来看，调查样地内植物物种多样性偏低，说明植物数量分布不均匀;菊科、禾本科、豆科分布范围广，频率高，适应能力强，在采煤塌陷地的生态修复中可增加菊科、禾本科、豆科自生植物的应用。

徐州九里湖采煤塌陷区的自生植物种类丰富，在采煤塌陷地的生态修复中有着巨大的应用潜力，希望本项研究能为采煤塌陷区生态修复中植物种类的选择和植物群落的构建提供一定的依据和参考。

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