半干旱矿区开采塌陷地植被恢复变化特征探讨

张亦扬

摘要：传统开采模式导致的开采区造成大面积的塌陷，破坏了当地生态系统，植被恢复作为修复生态环境重要手段之一。目前矿区塌陷地植被恢复主要有被动和主动恢复两种方式。本文介绍了经过两种恢复方式下与原生态环境之间的关系，通过对比植被恢复样地的植被群落特征，结果表明通过主动植被的恢复，可在短期内保护区内的多年生植物；而被动恢复方式下，只有灌木、草本结构，群落特征简单。但随着植被恢复年限长期来看，被动恢复植被的植物生长构成型更加接近于当地原生态区。虽然主动恢复模式下，植物的种类较为丰富，但在其样地中，一年生植物占比较大，且多年生植物的占比明显小于原生态区水平。因此在矿区植被恢复过程中，为克服被动恢复植被不易成活的特点，需要辅助以主动优质植被优先重建植被生态系统。

关键词：半干旱矿区；采煤塌陷地；植被恢复

引言

煤炭资源在我国能源结构中具有重要地位，因我国特殊的地质结构，目前大部分煤矿仍采用传统的井工开采方式，但煤炭开采、运输、利用等会导致各种资源、生态、地质环境问题，其中较为突出的就是煤炭开采后在地表形成采煤塌陷区，地质破坏不仅导致土壤水分流失，土壤荒漠化使得土壤水气流失，土壤之中的养分无法传输，进而使得植被死亡，加之研究区位于陕蒙交界处的毛乌素沙漠，气候恶劣，生态破坏后重建困难重重[1]。

因此，植被恢复是采煤塌陷地生态恢复的重要手段。本文通过对近几年植被恢复样地实际取样，探讨其群落变化特征，以期为半干旱矿区煤炭资源开发生态保护提供一些经验。

1 开采塌陷对当地生态环境影响

开采塌陷区地表下沉直接对原有土地植被及附着植物产生破坏。裂缝导致土壤水分流失，土壤孔隙、粒径发生变化，导致养分流失，使得土壤贫瘠。另外，塌陷还造成矿区地下水水位降低，塌陷区范围内以及周边地下水大量流失，使得原本干旱脆弱的生态环境更加恶劣，水资源不足、干旱进一步加剧了植物的退化，土地荒漠化（如图1所示）。

图1 矿区采煤塌陷地

植被是矿区生态环境的重要组成部分，矿区生态环境条件的好坏最终体现在植被的构成、分布特征。矿区塌陷的外力作用损伤植物根茎，使得植物无法从土壤中摄取水分及营养物质，会直接导致植物的死亡。同时地裂缝会使表层土壤中水分蒸发加剧、地表土沙移动加速水土流失导致土壤沙化和地面变形进一步加剧土壤侵蚀，导致植被枯萎死亡[2]。

2 开采塌陷地植被恢复策略

采煤塌陷区植物生态系统的恢复重建是研究区生态环境恢复的重要环节。生态系统的恢复首要是进行植物恢复，恢复植被可以加速地上植物群落、地下土壤质量的恢复，使采煤塌陷区植被正向演替（如图2所示）。

被动恢复	主动恢复
图2 植被恢复方式

2.1 被动恢复

被动恢复不需要人为的干预，依靠其自身群落结构，以达到生态重建的目的，其优点在于不需要人为投入资源，但存在很大局限性，且恢复进程缓慢，有的地区甚至会进一步扩大破坏趋势。

2.2 主动恢复

将外来优势物种，直接移植到待塌陷地，依靠主动植被抗旱耐贫瘠的特点，来恢复或加速恢复受损的生态系统，其优点是可在短期内恢复塌陷地物种多样性、植物与土壤生态系统功能。但单纯的主动恢复模式存在造价高，前期投入大，后期维护成本高，也会存在优势物种对新环境的不适应，后期维护的不到位，使得优势物种无法达到预期的作用。因此目前存在物种选择难的缺点，需要试种以确定恢复植被。因此应遵循相互协调的的原则，选取恢复植被。

2.3 主动与被动植被恢复共举

通过对已有土著植被的保护，辅以1~2种抗旱耐贫瘠的主动优势物种，在植被构建入初期，对育苗进行人为保温、保湿、防倾覆等保护，同时给予充足的水分、养料，待被动长成之后，逐步减弱人为干预，使得开采塌陷地植被恢复生态系统的以自身发展模式演变，最终构建一个合理并且稳定的生态群落结构。

3 塌陷地不同植被方式植被变化特征

植被初期，被动恢复方式中一二年生植物、灌木物种表现为增加趋势，而主动恢复方式中，因为引入高大乔木，使得样地内一二年生植物、多年生植物占比减小。乔木的出现，使得主动恢复样地灌木占比较被动恢复样地低，这是因为高大乔木与原有灌木的生态系统形成了竞争作用，位于草本和乔木之间的灌木植物受影响较大。

主动恢复模式植被类型为乔木、灌木、草本植物群落，是垂直分层结构，在经过10年的生态演变出现新的藤本植物，这也说明主动物种经过多年的演化，物种组成变得更加丰富，结构更加稳定，而被动恢复方式下，只有灌木、草本结构。

但随着植被恢复年限在15年以后来看，被动恢复植被的植物生长构成型更加接近于未塌陷区，多年生植物是主要的生长型。虽然主动恢复模式下，植物的种类较为丰富，但在其样地中，一年生植物仍然占比较大，且多年生植物的占比明显小于未塌陷区水平。

经过15年的植被恢复，被动与主动恢复样地以一二年生和多年生草本植物为主，恢复样地物种以禾本科为主，这类植物是各个恢复样地中的优势物种，属于耐旱、耐贫瘠性植物，对于干旱区环境有着较强的适应能力。而在主动恢复样地中，一二年生草本植物占比比较高，这主要是当地极端气候的影响使得在主动恢复到后期时，因缺乏养分和水源等原因，部分优势物种退出植被生态环境，植物更新速率减慢，恢复效率低。

采煤塌陷破坏了植被的生存环境，影响植被生长，同时改变了植物的生活型构成、植物群落的组成和结构。院生态区植物以多年生草本和半灌木为主，植物群落较稳定。而塌陷区植被以多年生和一二年生的草本植物为主，沙生和旱生杂草类植物数量增加。塌陷地植被被动恢复初期，效果并不明显，甚至部分区域有退化趋势。随着塌陷年限的增加，植被出现恢复趋势，但塌陷区植株密度及其植被组成中多年生草本种数很难恢复到原先水平，植被恢复进程十分缓慢。因此，在采煤塌陷区生态环境恢复建设中，除了被动恢复措施外，应采取一定主动植被补植补种措施促进其恢复效果，缩短恢复时间。

4 结语

矿区采煤塌陷地植被恢复是一个缓慢的过程，由于所处半干旱地理位置特征，植被恢复较为困难，被动恢复方式存在植被退化的风险，而主动恢复植被方式不可避免的需要大量资源的投入。因此为克服被动恢复植被不易成活的特点，需要辅助以主动优质植被优先重建植被生态系统，逐步恢复矿区塌陷地生态环境。

参考文献：

[1] 雷少刚, 卞正富. 西部干旱区煤炭开采环境影响研究[J]. 生态学报, 2014, 34(11): 2837-2843.

[2] 丁玉龙, 雷少刚, 卞正富, 等. 开采沉陷区四合木根系抗变形能力分析[J]. 中国矿业大学学报, 2013, 42(6): 970-974.