全 文 ：第 35卷 第 2期 生 态 科 学 35(2): 6674
2016 年 3 月 Ecological Science Mar. 2016
收稿日期: 2014-12-19; 修订日期: 2015-01-22
基金项目: 国家自然科学基金项目“新疆煤火废弃地生态修复植物种的筛选与优化配置研究”(51104127)
作者简介: 莫爱(1987—), 男, 江苏淮安人, 硕士研究生, 主要从事矿区生态修复研究, E-mail: mszxj8787@sina.com
*通信作者: 杨建军(1978—), 男, 新疆乌苏人, 博士, 副教授, 主要从事矿区生态修复研究, E-mail: yjjdfly@sina.com
莫爱, 杨建军, 周耀治. 西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究[J]. 生态科学, 2016, 35(2): 6674.
MO Ai, YANG Jianjun, ZHOU Yaozhi. Relationship between soil seed bank and standing vegetation of abandoned coal fire area in
Xigou coal mine[J]. Ecological Science, 2016, 35(2): 6674.
西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究
莫爱 1,2, 杨建军 1,2,*, 周耀治 1,2
1. 新疆大学资源与环境科学学院, 新疆乌鲁木齐 830046
2. 绿洲生态重点实验室, 新疆乌鲁木齐 830046
【摘要】采用种子萌发法和地表植被调查法, 研究了西沟煤矿煤火废弃地及留存原有植被的对照山体土壤种子库与地表
植被之间的关系。结果表明: 研究区地表植被分属 22 科 58 属 77 种, 优势科主要为蔷薇科、禾本科、菊科和豆科。地表
植被的物种生活型, 以生长周期短、适应性强的多年生草本为主。地表植被物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数
都以草本层为最高。研究区土壤种子库中共有 40 种物种, 以多年生草本为主。土壤种子库的物种丰富度指数、多样性指
数和均匀度指数与地表植被具有一致性, 相比地表植被物种多样性变化不明显。土壤种子库与地表植被共有物种为 38
种, 二者 Sorensen 相似性系数为 0.65。表明研究区土壤种子库与地表植被间相似性较高, 这与长期煤矿开采和放牧等人
为活动有很大关系。
关键词：西沟煤矿; 煤火废弃地; 对照山体; 土壤种子库; 地表植被
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.02.011 中图分类号：Q948 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2016)02-066-09
Relationship between soil seed bank and standing vegetation of abandoned
coal fire area in Xigou coal mine
MO Ai1,2, YANG Jianjun1,2,*, ZHOU Yaozhi1,2
1. College of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
2. Key Laboratory of Xinjiang Oasis Ecology, Urumqi 830046, China
Abstract: Relationship between soil seed bank and standing vegetation in abandoned coal fire area and control area was studied
with germination and vegetation survey methods. The results showed that the standing vegetation was composed of 77 species
in 58 genera of 22 families in study area, and the main families were Rosaceae, Gramineae, Asteraceae and Leguminosae. The
species life of the standing vegetation was mainly composed of perennial herbaceous species which had a short growth cycle
and strong adaptability. Species richness, diversity indices and evenness indices of the standing vegetation were the highest in
herb layer. The species numbers of the seed bank in study area were 40, and were mainly composed of perennial herbaceous
species. Species richness, diversity indices and evenness indices of soil seed bank were in accord with the standing vegetation,
and there was no significant difference of vegetation species diversity compared with the standing vegetation. The common
species between soil seed bank and standing vegetation were 38, and their Sorenson similarity coefficient of species
composition was 0.65. The results indicated that the similarity coefficient was higher, which had a great relationship with the
long-term coal mining and grazing in study area.
Key words: Xigou coal mine; abandoned coal fire area; control mountain; soil seed bank; standing vegetation
2 期 莫爱, 等. 西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究 67
1 前言
煤火废弃地是指因地下煤层自燃所破坏的、非
经整治而无法使用的土地。其自然生态恢复过程表
现为典型的生态系统原生演替过程, 其植被的自然
恢复十分缓慢[1]。弃置后的煤火废弃地土壤受到严
重污染, 地表裸露, 仅有极少量植物生长。土壤种
子库是指土壤及其表面凋落物中所有存活种子的
总和 [2], 是植物群落或一个物种的潜在种群[3], 被
认为是植物群落的重要组成部分[4], 其对于退化生
态系统的植被恢复与重建具有重要的理论与实践意
义[5–6]。特别是在干扰严重且频繁的区域, 种子库对
地表植被具有更显著的影响[7]。国内外在这一领域
的研究频见报道, 如Arroyo[8]关于种子库物种变化
与成年植株间关系的研究; Holmes[9]研究了外来种
的入侵, 发现外来种的入侵可导致种子库密度和丰
富度的降低; Blomqvist[10]等对沟渠种子库生态恢复
潜力的研究; 以及国内学者在森林和典型草原土壤
种子库以及荒漠区植被群落种子库方面展开的研究
等[11–12]。这些研究工作已经取得的成果, 都可以为
土壤种子库的进一步研究提供借鉴。然而, 以往的
研究多集中在湿地、森林、草地和荒漠等生境类型
中, 对煤火废弃地这种具有生态敏感性、影响范围
较大的特殊区域内的土壤种子库和地上植被之间关
系的研究却鲜见报道。
煤田灭火废弃地的形成, 不仅污染了大气环境,
使周围环境恶化, 区域生态系统产生了严重生态退
化现象, 威胁附近居民的健康和生活。更为严重的
是, 火区的土壤层在煤火的影响下遭受严重破坏,
在煤火的烘烤下, 地表的土壤也被烤焦, 烤焦的土
壤质地疏松, 土壤有机质下降, 微生物量减少, 造
成营养循环不完善, 植物生存困难[13]。引起原有植
被的分布、物种组成、丰富度、覆盖度等一系列变
化[14–15], 同时也改变了土壤内氧气和光照等条件,
从而会影响种子库的物种组成和种子萌发格局。特
别是塌陷、塌方等的形成, 使土壤环境发生了剧烈
变化, 地上植被和土壤种子库必然会对此种变化产
生响应, 研究此地区地上植被和土壤种子库之间的
关系, 对研究煤火废弃地生态修复具有重要意义。
本文选取地处天山北麓的西沟煤矿为研究对象, 通
过对比煤火废弃地和对照山体, 将地上植被和土壤
种子库联系起来耦合研究, 探讨煤火废弃地土壤种
子库与地上植被之间的关系, 旨在为煤火废弃地生
态修复中的植被恢复和重建提供科学依据。
2 研究区概况
西沟煤矿位于新疆呼图壁县城正南56 km处的
天山北麓, 石梯子小西沟呼图壁林场一带, 行政区
划属呼图壁县石梯子乡管辖。中心地理坐标: 东经
86°40′11″, 北纬: 43°44′30″, 海拔1600—2170 m。属
中温带大陆性气候, 气候特征随海拔的升高而变化
明显, 四季分明, 冬长夏短, 冬寒夏热, 昼夜温差大。
年均气温为2.9 ℃—5.2 ℃, 年最高温度为17.7 ℃—
36 ℃, 日照时数2900 h, 年降水量500 mm左右, 蒸
发量2300 mm, 年均风速3.1 m·s1。矿区主要有山地
和岗地2种地貌, 地形起伏, 相对高差大。土壤类型
主要有灰褐色森林土、栗钙土和石质土等, 土壤抗
蚀力差, 易遭受流水侵蚀和风蚀, 水土流失严重。
研究样地海拔在1900—2100 m之间, 平均坡度
45.3。原生植被类型主要为针叶林, 其中, 乔木以云
杉(Picea asperata)、雪岭云杉(Picea schrenkiana)、天
山花楸(Sorbus tianschanica)等为主; 灌木主要有山柳
(Salix pseudotangii)、多枝怪柳(Tamarix ramosissima)、
沙棘 (Hippophae rhamnoides)等 ; 草本主要有荨麻
(Urtica fissa)、苔草(Carex tristachya)、红叶藜(Chenopodium
rubrum)等。受采矿、煤火燃烧、放牧等因素影响, 煤
火废弃地上的原生植被已寥寥无几, 产生了以次生
灌丛为主的植被类型。
3 材料与方法
为了便于辨别, 将研究煤火废弃地分别标示为I
号、II号、III号废弃地。煤火废弃地生态修复周期为
3年(2012年1月—2014年12月), 生态修复遵循实现
生态、经济和社会效益的原则, 选择合适的牧草草
种快速恢复废弃地植被, 于2012年3月底进行地表
植被调查和土壤样品采集。
3.1 地表植被调查
由于煤火废弃地植被较少, 植被调查分别在 I
号、II 号、III 号废弃地附近植被覆盖较多的山体进
行。每个废弃地附近选择典型样方各 1 个, 样方大
小为30 m×30 m, 在大样方内随机设置5个5 m×5 m
的灌木样方, 每个灌木样方中心位置设置1个1 m×
1 m 草本样方, 在每个样方中均进行群落特征的基
本调查(包括物种名、多度、高度、盖度、频度, 乔
68 生 态 科 学 35 卷
木枝下高、冠幅、胸径、郁闭度等); 环境指标包括
海拔高度、坡向、坡度、枯枝落叶层厚度等。
3.2 土壤样品的采集
根据土壤种子库的时空异质性, 在Ⅰ号、Ⅱ号、
Ⅲ号废弃地以及周围 10 公里范围内各选择 12 个典
型采样地点, 具体样地布置见表 1。根据立地条件
(如土壤质地和植被覆盖)的差异选取具有代表性的
样方, 自制土壤子库采样器底面积为 20×20 cm2,
采集表层 0—5 cm 原状土体, 装入土袋, 带回实验
室风干贮存。
3.3 土壤种子库萌发试验
土壤种子库试验采用种子萌发法, 可有效鉴别
土壤里种子的活性和种类。在温室进行种子萌发试
验。为提高土样中大多数物种的萌发率, 在萌发前
进行土样浓缩处理, 将采集的土样过 5 mm 筛子, 除
去其中的植物残余器官及其它杂物, 以缩短萌发周
期。土样浓缩处理后, 把土壤样品置于不含植物种
子的砂子上, 覆土厚度在 3 cm 左右, 在直径 16 cm
的塑料花盆中作培养试验, 每个土样三个重复。把
土样置于温室, 进行种子发芽和幼苗种属诊断实验,
光照和黑暗周期设定为 12 h(25 ℃)/12 h(18 ℃), 湿
度为 75%。按照土壤的需水量适当浇水, 以保持土
壤湿润。定期记录种苗数目变化, 对已萌发幼苗进
行种类鉴定记数后清除, 对于暂时不能鉴定的幼苗
进行标记后盆栽移植, 直到幼苗长至能鉴定时为止,
最终鉴定所有幼苗种类[16]。整个过程持续至萌发盆
中不再有幼苗长出, 然后将土样搅拌混合并继续观
测, 直到土样中半个月时间不再有种子萌发为止。
4 数据处理
土壤种子库密度指在 1 m2 面积, 近地表 15 cm
土层及其对应地上枯枝落叶层中所储藏的所有种子
的数量。
表 1 研究区土壤种子库试验样地布置
Tab. 1 The arrangement of soil seed bank plots in study
area
采样点 海拔/m 朝向 坡度/% 采样数量/个
Ⅰ号矿 1929 N 47 12
Ⅱ号矿 2090 S 41 12
Ⅲ号矿 1961 N 47.8 12
周围山体 - - - 12
参照陈利云[17]等人的研究, 根据土壤种子库中
的种子数量及其种类, 采用 Margalef 丰富度指数、
Shannon-Wiener 多样性指数以及 Pielou 均匀性指数,
来描述废弃地和对照样地上植被和种子库的物种多
样性特征。
Margalef 丰富度指数: 1 / lnR S N
Shannon-Wiener 多样性指数:
1
ln
s
i i
i
H P P
Pielou 均匀性指数: / lnE H S
式中 S 为物种数; N 为所有种的个体总数; iP 为第 i
种植物的个体数占总物种数的比例; H 为 Shannon-
Wiener 多样性指数。
地表植被重要值=相对密度+相对盖度+相对频度
土壤种子库植物重要值=相对密度+相对频度
其中,
100 某个种的个体数相对密度 所有种的个体总数
100 某个种的盖度相对盖度 所有种的盖度
100 某个种的频度相对频度 所有种的频度
种子库与地表植被的相似性采用 Sorensen 相似
性系数计算:
2 /SC w a b （ ）
式中, w 为种子库和地表植被共有物种数; a 为土壤
种子库中的物种数; b 为地表植被的物种数。
5 结果与分析
5.1 地表植被特征
5.1.1 地表植被物种组成
如表 2所示, 研究区内地表植被共有 77种物种,
隶属于 22 科 58 属。优势科蔷薇科、禾本科、菊科、
豆科物种数量较多 , 分别占此地区总物种数的
13.0%、14.3%、14.3%、9.1%。物种内优势灌木为
野蔷薇(Rosa multiflora)、小蓬(Nanophyton erinaceum)、
木地肤(Kochiaprostrata)、兔儿条(Spiraea hypericifolia),
优势草本为苔草(Carex tristachya)、唐松草(Thalictrum
aquilegifolium)、针茅(Stipa capillata)、垂穗披碱
草(Elymus nutans)。植物组成以草本为主, 其中又
以多年生草本为最多(见图 1), 这些物种生长周
期相对较短、适应能力强, 能够迅速占领一些土
地区域, 并较快地完成生活史。其次为灌木 , 物
2 期 莫爱, 等. 西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究 69
种约占总物种数的 22.1%。而乔木则最少, 物种
只占物种总数的 7.8%。可见, 长期的煤矿开采和
煤火燃烧不利于原有灌木和乔木的生长。从总体
上看 , 虽然由于人为采煤和地下煤火燃烧干扰 ,
研究区地表植被物种组成仍较为丰富。而这些外
在干扰势必打破原有植被分布格局, 产生新的适
应性类型。
图 1 研究区地表植被生活型比较
Fig. 1 Comparison of life form of the standing vegetation
in study area
表 2 研究区地表植被物种组成
Tab. 2 The species composition of aboveground vegetation in study area
草本层 灌木层 乔木层
物种 重要值 物种 重要值 物种 重要值
唐松草 42.17 樟味藜 13.47 云杉 10.62
鸟足毛茛 5.61 小蓬 36.49 雪岭云杉 13.47
繁缕 9.04 木地肤 24.36 天山花楸 8.69
紫草叶卷耳 12.05 刺叶锦鸡儿 8.03 新疆野苹果 8.01
荨麻 10.11 荒漠锦鸡儿 9.38 野杏 5.31
焮麻 4.06 白皮锦鸡儿 8.23 准噶尔山楂 3.49
平车前 6.32 粗毛锦鸡儿 11.09
草原老鹳草 10.73 苦豆子 5.41
新疆党参 5.26 山莓 3.94
黄芪 6.13 野蔷薇 44.87
白车轴草 8.05 兔儿条 21.53
藏蓟 3.46 酸枣 6.36
菊苣 3.24 黑果小檗 3.61
新疆亚菊 6.15 沙棘 10.31
博洛塔绢蒿 3.46 伊犁绢蒿 7.05
苍耳 2.88 多枝柽柳 16.77
苦苣菜 3.08 山柳 18.25
铁杆蒿 4.13
博乐蒿 3.16
天山蓟 3.28
红叶藜 8.27
角果藜 8.06
散枝猪毛菜 7.94
猪毛菜 10.27
伊宁葶苈 18.52
葶苈 18.55
硬毛南芥 8.93
薄毛委陵菜 20.08
细叶委陵菜 17.03
天山羽衣草 6.22
针茅 36.73
鸭茅 12.08
羊茅 13.49
70 生 态 科 学 35 卷
续表
草本层 灌木层 乔木层
物种 重要值 物种 重要值 物种 重要值
镰芒针茅 10.02
天山赖草 18.37
高山早熟禾 31.28
芨芨草 29.07
沙生针茅 10.47
垂穗披碱草 31.66
长羽针茅 9.27
无芒雀麦 10.11
苔草 46.73
细果苔草 28.04
白尖苔草 20.83
线叶嵩草 21.05
短柱苔草 14.52
茜草 8.04
牛至 4.72
荆芥 7.66
益母草 3.09
草原糙苏 4.82
新疆鼠尾草 3.87
扁蓄 3.05
珠芽蓼 4.71
5.1.2 地表植被物种多样性分析
由图 2 可知, 研究区地表植被物种多样性中
Margalef 指数和 Shannon-Wiener 指数以草本层为最
高, 其次为灌木层和乔木层, 这说明地表植被灌木
层和乔木层物种较为缺乏, 多样性差异没有达到显
图 2 研究区地表不同植被类型物种多样性比较
Fig. 2 Comparison of several ecological indices of
vegetation in different types of vegetation
著水平, 研究区地表植被物种多样性主要受草本层
丰富度影响。地表植被 Pielou 系数表现为: 草本层>
乔木层>灌木层, 可知地表植被草本层中全部物种
个体数目分配相对均匀。
5.2 土壤种子库特征
5.2.1 土壤种子库物种组成
由表 3 可知, 研究区土壤种子库中共有 40 种物
种, 隶属于 14 科, 分属于乔木层(2 科 3 种)、灌木层
(2 科 5 种)和草本层(13 科 32 种)。优势科为禾本科、
菊科、莎草科、藜科和豆科, 而毛茛科、荨麻科、
车前科、牻牛儿苗科和桔梗科物种较少, 仅有 1 种。
说明研究区地上植被物种科属组成较为集中。优势
草本为硬毛南芥(Arabis hirsuta)、铁杆蒿(Compositae)、
荨麻(Urtica fissa)和唐松草(Thalictrum aquilegifolium)。
草本层物种相对较为发达, 组成种类较多, 尤其以
多年生草本为多, 而灌木层和乔木层物种种类相对
较为单一。从总体上看, 研究区植物群落物种组成
2 期 莫爱, 等. 西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究 71
表 3 研究区土壤种子库物种组成及生活型特征
Tab. 3 Species composition and life form of soil seed bank in study area
群落结构 科名 种名 重要值 生活型
松科 云杉 19.85 一二年生
松科 雪岭云杉 25.77 一二年生 乔木层
蔷薇科 天山花楸 26.74 多年生
藜科 樟味藜 24.36 一年生
藜科 小蓬 19.42 一年生
豆科 刺叶锦鸡儿 12.13 一年生
豆科 荒漠锦鸡儿 28.86 一年生
灌木层
豆科 白皮锦鸡儿 21.11 一年生
毛茛科 唐松草 29.63 一二年生
石竹科 繁缕 26.70 一二年生
石竹科 紫草叶卷耳 18.06 多年生
荨麻科 荨麻 30.96 多年生
车前科 平车前 20.04 一年生
牻牛儿苗科 草原老鹳草 22.97 多年生
桔梗科 新疆党参 16.79 多年生
豆科 黄芪 7.41 多年生
菊科 藏蓟 10.93 一年生
菊科 铁杆蒿 31.09 多年生
菊科 菊苣 2.08 多年生
菊科 新疆亚菊 19.71 多年生
菊科 千叶蓍 6.07 多年生
藜科 红叶藜 4.98 一年生
藜科 角果藜 2.16 一年生
十字花科 伊宁葶苈 2.05 多年生
十字花科 葶苈 11.02 一二年生
十字花科 硬毛南芥 36.72 一二年生
蔷薇科 薄毛委陵菜 28.02 多年生
蔷薇科 细叶委陵菜 16.85 多年生
禾本科 针茅 13.29 多年生
禾本科 鸭茅 6.28 多年生
禾本科 羊茅 21.08 多年生
禾本科 镰芒针茅 15.16 多年生
禾本科 天山赖草 6.12 多年生
禾本科 高山早熟禾 23.01 多年生
禾本科 芨芨草 9.82 多年生
禾本科 老芒麦 2.09 多年生
莎草科 苔草 24.58 多年生
莎草科 细果苔草 11.06 多年生
莎草科 白尖苔草 8.37 多年生
草本层
莎草科 线叶嵩草 13.99 多年生
72 生 态 科 学 35 卷
较为丰富, 利于煤火废弃地生态修复工作进行。
5.2.2 土壤种子库物种多样性
土壤种子库的物种多样性能够反映物种在特定
生存环境中的丰富度与异质性, 也可以反映研究区
植被的结构特征[18]。从图 3 可以看出, 研究区土壤
种子库物种多样性与地表植被具有一致性, 相比地
表植被物种多样性变化不是特别明显。种子库中草
本层物种丰富度 Margalef 指数和 Shannon-Wiener 指
数均为最高, 其次为灌木层和乔木层。灌木层和乔
木层物种较为缺乏, 分别为 5种和 3种, 土壤种子库
物种多样性主要受草本层丰富度影响。Pielou 系数
可以用于反映土壤种子库中全部个体数目的分配状
况, 研究区土壤种子库 Pielou 系数草本层为最高,
其次为乔木层, 灌木层最低。此外, 由图 4 可知, 研
图 3 研究区土壤种子库不同植被类型物种多样性比较
Fig. 3 Comparison of species diversity of soil seed bank in
different types of vegetation
究区土壤种子库物种多样性在不同科之间也存在着
差别 , Margalef 指数以禾本科为最高 , Shannon-
Wiener 指数和 Pielou 系数以十字花科为最高, 说明
研究区土壤种子库物种多样性主要受禾本科、十字
花科等的丰富度影响。
图 4 土壤种子库不同科的物种多样性
Fig. 4 Species diversity of different families in soil seed bank
5.3 土壤种子库物种组成与地表植被物种组成的
关系
地表植被与土壤种子库的物种组成及数量特征
有着紧密联系。一方面, 地表植被是土壤种子库中
许多物种的直接来源; 另一方面, 土壤种子库中的
物种能够直接参与地表植被的更新和演替[19]。经统
计, 地表植被与土壤种子库共有物种为38种, 在地
表植被中存在而在土壤种子库中没有的为 39 种,
在土壤种子库中存在而在地表植被中没有的为 2
种。共有物种占地表植被物种总数的 49.35%, 占土
壤种子库物种总数的 95.00%。土壤种子库与地表
植被的相似系数为 0.65。表明地表植被对土壤种子
库的贡献较大, 土壤种子库对煤火废弃地的生态修
复有着巨大的潜在作用。同时, 随着生态修复工作
的进行, 会进一步提高地表植被和土壤种子库的相
似度。
5.4 修复后灭火废弃地地表植被物种组成
因煤火废弃地土壤在土壤养分含量等方面与周
边山体土壤存在差异, 修复后煤火废弃地地表植被
物种相对较少, 共有 26 种物种(见表 4)。其中, 人工
播种物种有 3 种, 其他大多为草本层植物(有 19 种)。
说明煤火废弃地改良工作已取得一定成效, 但是改
表 4 修复后废弃地地表植被物种组成
Tab. 4 The species composition of aboveground vegetation
after restoration in wasteland
群落结构 种名
灌木层 小蓬, 白皮锦鸡儿, 木地肤, 苦豆子;
草本层
荨麻, 唐松草, 繁缕, 新疆党参, 藏蓟, 天山
蓟, 铁杆蒿, 菊苣, 新疆亚菊, 苦苣菜, 针茅,
羊茅, 芨芨草, 苔草, 线叶苔草, 天山赖草,
葶苈, 红叶藜, 高山早熟禾;
人工播种草种 黑麦草, 冰草, 披碱草;
2 期 莫爱, 等. 西沟煤矿煤火废弃地土壤种子库与地上植被关系研究 73
良工作还需进一步加强, 以让废弃地土壤适宜灌木
层和乔木层植物生长。
和土壤种子库植物物种相比较, 修复后煤火废
弃地地表植物物种组成与其有紧密联系, 二者共有
物种有 19 种, 占修复后煤火废弃地地表植物物种总
数的 73.08%, 二者相似系数达 0.58, 说明土壤种子
库对煤火废弃地生态修复有着巨大作用。随着生态
修复工作的进一步推进, 土壤种子库的作用将会进
一步显现出来。
6 结论与讨论
煤矿开采以及地下煤火的燃烧, 导致研究区
域内生态环境出现了严重的生态退化, 地表植被
和土壤种子库物种组成和结构都发生了很大改变,
其突出的特点是优势物种发生退化, 植物生活型
发生改变 , 地表植被盖度降低 , 出现了次生演替
的生态现象。
就地表植被而言, 物种类型较多, 物种组成较
为丰富, 但灌木层和乔木层所含物种较少, 植被覆
盖度低。分析其原因主要是由于人为采煤和地下煤
火燃烧不利于灌木和乔木生长, 严重降低了植被覆
盖度。但这也增加了外来物种进入的机会, 增加了
土壤种子库萌发所需的光照条件, 使许多原生植
被通过萌生得以恢复。在物种生活型方面, 地表植
被主要以多年生草本为主, 比如苔草、唐松草、针
茅、垂穗披碱草等, 这些物种适应性较强, 生态位
较宽广, 是研究区地表植被的优势物种。根据生物
多样性指数结果看 , 研究区地表植被Margalef指
数、Shannon-Wiener指数和Pielou系数均以草本层
为最高。
就土壤种子库而言, 与地表植被相比, 其物种
数相对较少。可能是长期地下煤火燃烧不利于土壤
中种子保存。而土壤种子库物种生活型特征和物种
多样性与地表植被具有一致性, 即种子库物种以多
年生草本为主。草本层的Margalef指数、Shannon-
Wiener指数和Pielou系数都为最高。
土壤种子库与地表植被的关系大致分两种情
况, 即相似性和不相似性。研究区土壤种子库与地
表植被共有物种较多, 相似性系数达到0.65。相关
研究表明[20], 受强烈干扰的生境, 土壤种子库与地
表植被的关系更为密切。引起研究区土壤种子库与
地表植被间高相似性的原因主要有: 长期的煤矿
开采造成了矿区土层的巨大扰动; 附近牧民的放
牧, 高频率的反复踩踏对矿区生境产生了较大干扰,
同时, 牲畜在矿区的排便又为该土壤种子库输入了
大量的物种种子, 这些都对研究矿区煤火废弃地的
生态修复具有重大意义。
最后, 对比修复后煤火废弃地地表植物物种组
成与土壤种子库植物物种组成的关系, 发现二者相
似性较高, 相似系数达0.58。证明了土壤种子库在煤
火废弃地生态修复中的巨大作用和意义。
参考文献
[1] 沈章军, 欧祖兰, 田胜尼, 等. 铜尾矿废弃地与相邻生
境土壤种子库特征的比较[J]. 生态学报, 2013, 33(07):
2121–2130.
[2] ZENG Huihu, YANG Yang, PING Shengleng, et al.
Characteristics of soil seed bank in plantation forest in the
rocky mountain region of Beijing, China[J]. Journal of
Forestry Research, 2013, 24(1): 91–97.
[3] WANG Yongcui, JIANG Deming, Oshida Toshio, et al.
Recent advances in soil seed bank research[J].
Contemporary Problems of Ecology, 2013, 6(5):
520–524.
[4] JAMES C S, CAPON S J, WHITE M G, et al. Spatial
variability of the soil seed bank in a heterogeneous
ephemeral wetland system in semi-arid Australia[J]. Plant
Ecology, 2007, 190: 205–217.
[5] 白文娟, 焦菊英. 土壤种子库的研究方法综述[J]. 干旱
地区农业研究, 2006, 24(6) : 195–198, 203.
[6] 王俊, 白瑜. 土壤种子库研究的几个热点问题[J]. 生态
环境, 2006, 15(6): 1372–1379.
[7] 刘贵华, 肖蒇, 陈漱飞, 等. 土壤种子库在长江中下游湿
地恢复与生物多样性保护中的作用[J]. 自然科学进展,
2007, 17(6): 41–747.
[8] ARROYO M T, CHACON P, CAVIERES L A.
Relationship between seed bank expression, adult longevity
and aridity in species of Chaetanthera (Asteraceae)
in central Chile[J]. Annuals of Botany, 2006, 98(3):
74 生 态 科 学 35 卷
591–600.
[9] HOLMES P M. Depth distribution and composition of
seed-banks in alien-invaded and uninvaded fynbos
vegetation[J]. Australia Ecology, 2002, 27: 110–120.
[10] BLOMQVIST M M, BEKKER R, VOS P. Restoration of
ditch bank plant species richness: the potential of the
soil seed bank[J]. Applied Vegetation Science, 2003, 6:
179–188.
[11] 赵丽娅, 李兆华, 李锋瑞, 等. 科尔沁沙地植被恢复演替
进程中群落土壤种子库研究[J]. 生态学报, 2005, 25(12) :
3204–3211.
[12] 曾彦军, 王彦荣, 南志标, 等. 阿拉善干旱荒漠区不同植
被类型土壤种子库研究[J]. 应用生态学报, 2003, 14(9):
1457–1463.
[13] 罗淑政. 煤火废弃地的生态恢复研究—以内蒙古乌达矿
区为例[D]. 新疆大学, 2009.
[14] URBANC-BERCIC O, GABERSCIK A. The relationship
of the processes in the rhizosphere of common reed
Phragmites australis, (cav.) Trin. ex. Steudel to water
fluctuation[J]. International Review of Hydrobiology, 2004,
89(23): 500–507.
[15] RIIS T, HAWES I. Effect of wave exposure on vegetation
abundance, richness and depth distribution of shallow water
plants in a New Zealand lake[J]. Freshwater Biology, 2003,
48(1): 75–88.
[16] 李伟, 刘贵华, 周进, 等. 淡水湿地种子库研究综述[J].
生态学报, 2002, 22(3): 395–402.
[17] 陈利云, 王弋博. 麦积山草地植物群落物种多样性及结
构相似性特征 [J]. 干旱区资源与环境 , 2014, 28(1):
148–152.
[18] 德英, 敖特根, 布仁吉雅. 放牧强度对草原化荒漠土壤
种子库物种多样性和生活型的影响[J]. 干旱区研究 ,
2008, 25(5): 637–641.
[19] 王正文, 祝廷成. 松嫩草地水淹干扰后的土壤种子库
特征及其与植被关系 [J]. 生态学报 , 2002, 22(9):
1392–1398.
[20] FENG Xiu, TONG Chuan, DING Yong, et al. Potential role
of soil seed banks in vegetation restoration and reclamation[J].
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Neimongol, 2007,
38(1): 102–108.