采煤沉陷對神東礦區植被的影響機理研究

郭洋楠 胡春元 賀 曉 王 義 周成軍

（1.神華神東煤炭集團技術研究院，陜西省神木縣，719315；2.內蒙古農業大學生態環境學院，內蒙古自治區呼和浩特市，010019；3.神華神東煤炭集團環保管理處，內蒙古自治區伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮，017400）

1 研究內容與研究方法

針對煤沉陷對植被的影響機理進行研究，研究方法采用植物生態學野外調查常用的樣方法。通過現場調查獲取沉陷1～2年區、5年區和7年區的植被類型數據，將原始數據匯總后采用方差分析法與非沉陷區的植被進行對比，以確定采煤沉陷對植被的影響。抽樣煤礦均選擇地形地貌相似的區域，在未沉陷區、2005年沉陷區和2004年沉陷區分坡頂、坡中、坡底設10～15 個樣方。樣方面積為1 m×1m，分別調查每樣方內的植物種類、每種植物的株樹、植株高度、密度、頻度和蓋度等，之后計算每一調查區的物種豐富度、植被總蓋度、分蓋度和主要建群種的自然高度等。對于一些大型的多年生木本植物 （如楊樹、沙柳、油松、樟子松、果樹等），設21個10m×10m 的大樣方進行苗木調查，記錄枯死或長勢情況，采用DPS處理數據。

2 結果與分析

2.1 采煤沉陷區植被調查結果

六大煤礦沉陷區植被調查匯總結果見表1。

表1 神華神東煤炭集團六大煤礦沉陷區植被調查匯總結果

位置 沉陷時間／年植物種數／種蓋度／% 建群種 主要伴生種 樣方數量／個2004 52 38.4 紫花苜蓿、油蒿 蟲實、草木樨狀黃芪、胡枝子、豬毛蒿10大柳塔礦 2005 50 35.6 百里香、豬毛菜 針茅、豬毛蒿、糙隱子草、胡枝子 10未沉陷 41 36.8 賴草、紫花苜蓿 糙隱子草、草木樨狀黃芪、胡枝子、針茅 10 2004 30 43.7 針茅、糙隱子草 草木樨狀黃芪、胡枝子、豬毛蒿10榆家梁礦 2005 37 40 針茅、糙隱子草、苦荬菜 草木樨狀黃芪、胡枝子、細葉遠志 10未沉陷 37 33 針茅、豬毛蒿、賴草 羊草、草木樨狀黃芪、胡枝子、鐵桿蒿10

2.2 采煤沉陷對植被影響的分析

采用方差分析法計算了沉陷區與非沉陷區優勢植物之間的差異水平。以各調查區內重要值最大，樣方中出現頻度最高的2～3種植物為代表，對其高度和蓋度進行方差分析。結果顯示，六大礦區出現頻率最高的只有針茅、草木犀狀黃芪等7 種植物。在置信度0.05 水平上，7 種植物的生長量、植被蓋度在沉陷區與未沉陷區之間無顯著差異。神東公司沉陷區優勢植物高度方差分析見表2，神東公司采煤沉陷區植被蓋度方差分析見表3。

表2 神東公司沉陷區優勢植物高度方差分析 （α≤0.05 時，差異顯著）

表3 神東公司采煤沉陷區植被蓋度方差分析

2.3 采煤沉陷與地表植被生長關系的分析

對神東公司6個煤礦2004年和2005年沉陷區與未沉陷區樣方中出現的物種數和植被蓋度進行比較并進行相關分析，結果見表4和表5。12個沉陷區中只有活雞兔礦2005年沉陷區和榆家梁礦2004年沉陷區植被種數比未沉陷區減少，其余10個沉陷區中有8個沉陷區植物種數增加，2個與未沉陷區持平，從蓋度上看，只有上灣礦2004年沉陷區、大柳塔礦2005年沉陷區蓋度低于未沉陷區，其余10個沉陷區的植被蓋度均高于未沉陷區，說明調查區植物種數和植被蓋度的變化在六個礦中有相同的趨勢，即沉陷區較未沉陷區植物種數多且植被蓋度大，2004年沉陷區較2005年沉陷區物種數多而植被蓋度大。

表4 沉陷區與未沉陷區植物種數比較 ／種

表5 沉陷區與未沉陷區植被蓋度比較 ／%

從植物種數和植被蓋度與沉陷年限的相關分析，植物種數與沉陷年限之間的相關系數在0.85以上，植被蓋度與沉陷年限的相關系數在0.9 以上，沉陷區與未沉陷區植物種數之間的相關系數也在0.85以上，表明沉陷在一定程度上影響了地表的植被。但是，采煤沉陷沒有造成植物種類的減少和蓋度的降低，反而使植物種數有所增加，雖然變化的情況不顯著，但終究否定了采煤沉陷對植物造成嚴重影響的結論。產生這種情況的原因可能與采煤沉陷造成的地面擾動有關。現場調查發現，沉陷區中出現的未沉陷區中沒有出現的植物都是一年生植物，而且多出現在裂縫兩側。采煤引發的地表沉陷可使土壤松動，并產生一些大小不等的裂縫，裂縫的產生增加了大氣降水下滲的深度，改善了裂縫兩側的水分條件，從而為一年生植物的萌發提供了條件，這就是沉陷區植物種類得以增加的主要原因。

2.4 采煤沉陷對喬木樹種的影響

該地區喬木樹種多為人工種植，且密度較低。采用每100m2為一個樣方，樣方中所有喬木存活狀況全部調查的方法，共調查21個樣方，發現采煤沉陷對喬木樹種的影響主要是花稍，真正死亡的植株不足3%。其中，陡坡地上的樹木死亡率高一些，最多可以達到7%，緩坡地上的死亡率很低。以補連塔沉陷區楊樹和柳樹調查為例，楊樹的死亡率達到10.05%，柳樹死亡率為8.1%，根據現場觀察，造成喬木樹種死亡的原因是由于樹木根系受損。補連塔沉陷區楊樹樣方位于一個巨大沙丘的迎風坡上，南北向行狀種植，行距7 m，株距2 m，采煤后地面出現階梯狀沉陷，臺階高度約為50～70cm，樹木根系被拉斷，其中有一段臺階位于楊樹下方約1 m 處，楊樹拉斷的根系在臺坎上清晰可見，而該行楊樹出現連續13株同時死亡的現象，死亡時間是在沉陷后的10天之內，其他樣方中死亡的喬木也多數是在階梯狀陷落之處，事實證明造成神東公司采煤沉陷區喬木死亡的原因是根系的機械損傷。

另外，神東礦區的植物主要依靠大氣降水和土壤水存活，潛水位下降也沒有造成區域性植被的死亡。

2.5 采煤沉陷對植物群落組成的長期影響

對大柳塔礦1996 年、1998 年和2000 年沉陷區以及未沉陷區的覆沙地植被進行了調查，以了解沉陷10年后，植被的演替情況。

大 柳 塔 礦1996 年、1998 年 和2000 年 工 作 面上方及相鄰的未沉陷區地表為風沙地貌，植被類型為典型的沙地植被，以沙生灌木油蒿為主要建群種，伴生有沙米、蟲實、地膚等1～2年生的草本植物以及楊樹、檸條錦雞兒和沙棘等少量人工植被，沙丘基本為固定和半固定類型。

對上述3個沉陷區及未沉陷區隨機各10個樣方的調查結果顯示，在樣方內共出現41 種植物。該區域的植被總蓋度為54.7%。大柳塔風沙區沉陷多年區的植被狀況及特征見表7。

從表7 中可以看出，無論是哪個年份的沉陷區，主要建群種均為油蒿。多年生植物有胡枝子、沙竹、牛心樸子、糙隱子草、砂珍棘豆等，1～2年生植物有蟲實、沙米、狗尾草、角蒿、三芒草、絲葉苦荬菜和地梢瓜等。植被蓋度在50%以上，植物群落較穩定。從植物種類上看，沉陷區植物種數都比未沉陷區多，特別是1996年的沉陷區，植物種數比未沉陷區多了6種，其增加值較大。

在采煤沉陷將近10年的過程中，地表植被蓋度及其物種組成、群落優勢種均無明顯變化，表明沉陷對該地區以油蒿為建群種的灌木草本植被無明顯影響，同時也表明，該地區的覆沙地貌上，油蒿群落是一個主要的、占明顯優勢的植被類型，群落比較穩定，抗干擾能力較強。

表7 大柳塔風沙區沉陷多年區的植被狀況及特征

大柳塔礦2002 年、2003 年、2004 年和2005年工作面上方及相鄰的未沉陷區地表為硬梁溝壑地貌。地帶性植被為典型草原。原生植被有針茅群落、百里香—隱子草群落，還有一些撂荒地植被。

對上述4個沉陷區及未沉陷區隨機各10個樣方的調查結果顯示：在樣方內共出現58 種植物，該區域的植被總蓋度為41.8%。該群落的組成及數量特征見表8。

表8 大柳塔硬梁地植被蓋度及植物種數比較

該區域植被物種組成成分較多，比較典型的群落有針茅群落、百里香、隱子草群落、多年生灌木蒙古蕕群落、人工種植的紫花苜蓿群落，以及以豬毛菜或豬毛蒿為主的撂荒地植被。但無論是在不同年份的沉陷區，還是在未沉陷區，在調查的各樣地中，針茅、隱子草、百里香、胡枝子、遠志、草木樨狀黃芪等原生植被的主要組成成分均以較高的頻率出現；內蒙古二級保護植物蒙古蕕出現的頻率也較高，表明沉陷對原生植物群落的主要建群種的生長沒有顯著影響。

各區相比，植被組成特征及組成植被的植物種數變化不大，植被蓋度平均為30%～50%。在調查區中，2002年沉陷區橫跨礫石質的硬梁地、溝底的農田，及北部的覆沙地，可供選作樣地的區域主要在礫石質硬梁地，因此植物種類較少，植被覆蓋度也較小，2005 年沉陷區縱貫一條公路，因此植被覆蓋度也受到影響。

綜合上述分析，可以看出，在采煤沉陷將近6年的過程中，地表植被蓋度、物種多樣性、群落均勻度均無明顯變化。該區域各群落類型的優勢種也無明顯變化，表明沉陷對該地區以針茅、百里香及糙隱子草為主的草原植被無明顯影響。

3 結論

（1）對神東公司烏蘭木倫、補連塔、上灣、大柳塔、活雞圖、榆家梁6 個煤礦2004 年沉陷區、2005年沉陷區植被調查并與未沉陷區對比結果顯示，采煤沉陷對地表植被蓋度沒有顯著影響，對各類型群落中主要建群種的生長也無顯著影響。表明采煤引起的地表沉陷對于該地區主要以草本及小灌木為主要組成成分的植被沒有顯著影響。

（2）從2004年沉陷區、2005年沉陷區及未沉陷區三個沉陷區樣方內出現的植物種數及各區的植被蓋度來看，6個煤礦表現出相同的趨勢，即植物種數及植被蓋度與沉陷及沉陷年限有關，多數情況下沉陷區植物種類較多，而且2004年沉陷區較2005年沉陷區的多，表明在沉陷的近兩年內，植物種類的豐富程度及植被蓋度與沉陷有一定的相關性。

（3）采煤沉陷對大型的闊葉喬木，特別是楊樹有一定影響。一是沉陷造成的根系損傷，通常引起植株的枯稍；二是局部潛水水位較淺的地區，樹木對潛水的依賴程度高，沉陷引起的潛水滲漏造成植物枯死。這兩種損傷是一過性的，對再植的樹木不會產生明顯影響。

（4）對大柳塔礦沉陷10年 內的覆沙地沉陷區以及沉陷5年的硬梁地沉陷區進行的植被調查顯示，采煤沉陷對覆沙區的油蒿群落構成、物種多樣性以及植被覆蓋度均無影響。對硬梁地植被的各群落構成、物種多樣性以及植被蓋度也無明顯影響。采煤沉陷2年之后，植被已基本趨于穩定。

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