北京市门头沟区煤矸石山上的植物物群落特征
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　　【摘要】 北京市门头沟区面积1450km2，山地面积达98.5%，林木覆盖率79.2%，是首都西部的天然生态屏障。由于历史原因，长期的矿山开采形成了大量的矿山废弃地，造成了区域内生态环境质量下降和生态系统退化，为此急需对矿山废弃地开展修复工作。为了探索荒山绿化适宜的树种和栽种技术，我们沿109国道对门头沟山区的植被状况进行了调查，并在植物学专家的指导下调查了王平煤矿的巨型煤矸石山上的植被群落学特征。研究发现，经20年的自然恢复，煤矸石山上的植被可以恢复成臭椿－荆条－小叶鬼针草群落，本次调查发现高等植物13种，盖度达到90%。其中，乔木层以臭椿为主，臭椿树的最大胸径和株高分别可达18cm和8.1m，盖度达到25%；灌木层以荆条为主，盖度达到40％，高度在1.9m；草本层以小叶鬼针为主，盖度达到10%，平均每个样方有13株小叶鬼针草，高度为0.3m。调查区地带性植被类型为暖温带落叶阔叶林，环境条件严酷的煤矸石废弃地经过20年的自然恢复可以演替成落叶阔叶林，这从侧面表明上人类的干扰是导致当地植被向荆条灌丛演替的基本原因；如何没有的人类活动的干扰，门头沟区矿山废弃地则可以演替成地带性的落叶阔叶林。因此建议加强门头沟山区的植物种源（母树）的保护，在生态建设中重视实生苗的作用，这样即可加快生态修复的进程，又可大量节约成本。　　【关键词】 植物群落，煤矸石，矿山废弃地，生态修复，臭椿&1引言北京市煤矿开采历史久远，现有各种矿山300多处，多数分布在门头沟山区。　北京市提出的“两轴两带多中心”的建设构想，明确了门头沟山区是首都重要的生态带。按照国家《煤炭工业发展“十一五”规划》，到2010年，北京煤炭的总产量要从2005年的900万吨降至2010年的300万吨，同时北京将关闭所有年产量30万吨及以下的小煤矿。门头沟是北京的上风上水之地，区域面积1450平方公里，山地面积达98.5%，林木覆盖率79.2%，是首都西部的天然生态屏障（万菊，2007）。但由于历史原因，长期的资源开采造成了区域内生态环境质量下降和生态系统的退化，为此修复区域内破坏的生态系统尤为重要。门头沟的发展规划是建立生态涵养区，截止到2007年，门头沟已经关闭了241个煤矿，占总量的96%，70%的采石场和灰窑也被关闭（刘学 马汲彬，2007）。由于连续多年的矿山开采，多数采矿区环境严重破坏，采矿废石随意堆放，不仅占用大量的土地资源、破坏植被、污染环境，而且经常引发滑坡、泥石流等地质灾害，因此治理矿山废弃地，绿化荒山废地的工作越来越紧迫（胡振琪，2006）。其中，煤矿开采过程中大量堆积的废弃煤矸石形成了一座座的煤矸石山，王平煤矿的一座巨型煤矸石山堆积的煤矸石多达4.0亿吨，占地达4.0km2， 高度达100m；这种煤矸石山保水性差、养分缺乏，不利于植物的生长和生态修复，成为北京市生态涵养带建设的重点和难点。矿区的生态修复既要选择适宜的植物材料和配置模式进行植被修复，又要注意节约成本（蒋高明，2006）。为此，本研究将目标锁定在煤矸石山生态恢复过程中的植被特征和演替特点：1）煤矸石山周边的植被状况；2）煤矸石山的植物群落结构和特点。所得的结果可为北京地区矿山废弃地的治理工程提供参考，从而为首都提供更好的生态环境。&2材料与方法2.1 研究地点门头沟区地处北京西部山区，是具有悠久历史文化和优良革命传统的老区。境内地带行植被属于暖温带落叶阔叶林类型，森林覆盖率在40-60％之间。灵山、黄草梁等山顶地区，因气候寒冷，多为草坡，以白草为主；村庄附近植被破坏严重，植被覆盖率约20―40％。王平煤矿在上个世纪90年代中期关闭，遗留下来的是一座面积和体积都相当可观的煤矸山。煤矸山的环境极为严酷，特别是春夏季的干旱和高温，对植物的定居极为不利。但即使如此，煤矸山经过20~30年的演替，仍然能形成以木本植物为优势的植物群落，并吸引两栖类和鸟类动物到此光顾。门头沟区从2005年开始，进行生态修复重点科技示范工程，包括石灰矿废弃地、采石废弃地、采砂废弃地、采煤废弃地、公路边破破坏和退化生态系统六大类型。针对109国道公路无土碎石边坡多年不见植被生长的现状，实施了《无土碎石生态修复技术》工程。门头沟区科技开发实验基地的研究人员针对采用《无土碎石生态修复技术》，该项工程根据坡面的不同类型，采取不同的处理方法，为植物提供了足够的生长空间。此技术具有一定的创造性和先进性，目前在国内外还没发现同类型技术的应用，其可操作性强，较新颖，打破了“用常规覆土”的栽植植物的方法，不仅节省了原材料，提高栽植成活率，又可减少养护的次数。工程现已竣工，栽植成活率在95%以上，覆盖率约达90%，植物生长状况良好，修复面积为500m2，共栽植植物约2500株。引用修复植物种类有地锦、绣线菊、金银花、榆树、山桃、黄栌等十几个品种，多为适合北方气候干旱、恶劣环境的植被，乔灌搭配，高矮相间。2.2 样地条件王平镇位于门头沟区中南部，位于东经115°58’52”、北纬39°58’09”，距离区政府所在地约20公里，距北京市城区40公里。.有林地3367.81公顷，水域199.67公顷，耕地面积为51.03公顷。山地面积4400.3公顷，经济林面积26.8公顷，滩瘀面积30公顷，可开发面积15公顷。由于90年代前的过度采掘，已形成大量的废弃的矿山，尤其以矸石山为最，已对水土保持和环境治理，造成严重的影响。王平煤矿在上个世纪90年代中期关闭，遗留下来的是一座面积和体积都相当可观的煤矸山。矸石山的坡度在30~50°左右，有雨水冲刷的痕迹，坡顶有新断裂的滑坡裂痕；山脚平坦处，矸石颗粒较大，常见狗尾草、黄粉蒿等草本植物。在地质条件稳定处，植被恢复较好，常见臭椿、榆树、黄栌、荆条等植物。&2.3调查方法植物群落调查采用样方调查，沿着矸石山的阴坡，从山脚下平坦处开始，随机选取不同坡度的地方，以臭椿为中心样方的方法，样方的大小10m×10m，共调查5个样方；调查的指标包括：胸径（cm）、季相、高度(m)、盖度(%)、多度(株/丛)；选取16个样点。臭椿的生长速度主要是根据新枝的生长长度和粗度，重复为8个。植物群落调查，参照文献介绍的方法（董鸣，1997）生态优势度的计算公式为：C=Ni(Ni-1)/〔N(N-1)〕式中C为生态又是度，N为样方中各物种多度指标总和，Ni为第i个种的多度指标。&2.4数据处理与分析.所获得的原始数据输入到Microsoft EXCEL工作表，求平均值并并制表，表中所列数值为5次重复的平均值。&3结果与分析3.1煤矸石山周边植被概况王平镇政府所在地背靠连绵青山，永定河穿境而过，山水交错，遥相呼应，形成了独特的山水景观。王平镇的土壤多为山地淋溶褐土，宜于各类植物生长，地带性植被为落叶阔叶林，由于人类的砍伐，植被演替形成了以荆条灌丛为主的植被类型，臭椿、榆树等树种只有零星分布。王平镇以出产煤炭著称，地质上属于古生代石炭二叠纪杨家屯煤系，除已开采的不计，仅保有的地质储量就达7,000万吨以上，且均为优质无烟煤。虽然目前煤矿已经关闭，在镇政府所在地109国道两旁，由于国家退耕还林的政策，使湿地和林地植被得以恢复；但往南约5公里处，看到的景象是另一番摸样：矸石山连绵不断，滑坡触目惊心，植被恢复进程缓慢。&3.2煤矸石山植物群落3.2.1 群落外貌&&&& 走到煤矸石附近，看到煤矸石山上生长着乔木、灌木和草本相互配合的群落类型，植物为当地常见的物种，属于地带性的落叶阔叶林，其景观与周边的山地基本一致。乔木层较为稀疏，高度在8m左右，以臭椿为主；灌木层较密，高度不足2.0m，以丛生的荆条、黄栌为主；草本层也较为稀疏，高度在20~80cm，主要是鬼针草、铁杆蒿（图1）。&&&&&&&&&&&&图1 王平煤矿煤矸石山植物群落的外貌特征，左图为在煤矸石山下拍摄的仰视图，右图为在煤矸石山中部拍摄的平视图（2007年7月18日，郭兆元摄）&3.2.2 群落结构调查发现，煤矸石山上的植物明显地分为乔木层、灌木层和草本层。以臭椿最为高大，最大高度可以达到8.1m左右，盖度为25%左右，在乔木中的生态优势度达到了0.42；在其余的三种乔木分别为山桃、构树和山杏，但树龄较小，高度不足1m，总盖度仅为8%，总生态优势度为0.08。灌木以荆条为主，盖度达到了40%，在灌木中的生态优势度达到了0.54；在其余的四种乔木分别为杠柳、扁担杆、黄栌和三桠绣线菊，，高度不足1m，总盖度仅为10%，总生态优势度为0.03。与周边山地的植被类型基本一致。草本植物以小叶鬼针草为主，生态优势度达到了0.40（表1）&&表1& 煤矸石山上自然生长的植物群落学特征的样方调查结果(样方大小：10m×10m)时间：2007年7月18日&& 地点：王平煤矿煤矸山& 记录人：李腾生活型植物物种最大高度(m)盖度(%)多度(株/100m2)相同生活型物种的生态优势度臭椿8.12522.30.42 山桃0.35100.08 构树0.9210.00 山杏0.7110.00 灌木荆条1.940500.54 杠柳1.05120.03 扁担杆1.0240.00 黄栌0.8210.00 三桠绣线菊0.6110.00 草本小叶鬼针草0.3103000.40 铁杆蒿0.910130.02 北京隐子草0.32100.01 狗尾草0.21100.01 猪毛蒿0.1210.00 &3.2.3 群落命名在煤矸石山上的自然植被中，乔木、灌木和草本植物中的臭椿、荆条和小叶鬼针草的生态优势度分别达到了0.42、0.54和0.40（表1）。按照对群落命名的传统方法，我们将该群落类型命名为“臭椿－荆条－小叶鬼针草群落”。这种群落类型与周边山地上的类型基本一致，属于当地较为典型的地带性植被――落叶阔叶林。大多数植物都能够完成其生活周期，开花结果。因此可以说，20年的演替可以在煤矸山上形成乔灌草搭配、较为合理、能够自我更新维持的植物群落。&3.2.4 臭椿的种群特征臭椿是煤矸石山上主要的建群物种，为此，我们重点调查了臭椿的种群结构。调查发现，1年生的臭椿实生苗的密度较大，但5年以上的臭椿苗密度显著降低，煤矸石山上被发现的臭椿最大树龄为15年，但数量也较少，表明臭椿种群发生了自疏现象（表2），表明充足的种源和实生苗的生长对于臭椿种群的构建具有重要的意义。&表1& 臭椿种群特征的样方调查结果(样方大小：10m×10m)时间：2007年7月20日& &&地点： 王平煤矿煤矸山 &&&&&记录人：杜倚天树龄（年）胸径（cm）高度(cm)盖度(%)多度(株/丛)根长（cm）坡度（°）备注10.3 9.8 17.3 7.0 35.3 31.3 　21.1 15.526.04.0--　40.5　32.1 96.045.03.0--　30.0　43.199.547.02.0--　35.0　53.6 115.558.01.0--　32.5　65.2191.070.01.3--　30.0　&&4、讨论矿山废弃地在植被恢复时的难度较大，往往比其他退化类型更难以恢复（胡振琪，2006），如果像煤矸石山这样严酷的立地条件都能恢复植被，门头沟山区其他退化和破坏类型的恢复将更为容易。我们的调查发现，王平煤矸山上自然演替了20年的植被群落已经和周边的自然植被接近一致（附近山地植被的乔木层以臭椿为优势，榆树和栾树其次，灌木和草本种类构成相似），形成了乔－灌－草较为完整的群落结构，并且大多数植物都能够完成其生活周期，开花结果，繁殖自己的后代。可以说，20年的演替可以在煤矸山上形成了能够自我更新维持的植物群落。据《北京植物志》记述，门头沟的地带性植被是温带落叶阔叶林并兼有温性针叶林的分布。煤矸石上恢复的自然植被中，乔木、灌木和草本植物中的臭椿、荆条和小叶鬼针草的生态优势度分别达到了0.42、0.54和0.40（表1）。按照群落命名的传统方法，该群落类型为臭椿－荆条－小叶鬼针草群落，属于当地较为典型的落叶阔叶林群落。形成较为典型的地带性植被的原因，我们认为主要原因有：1) 周边地区有大量的种源，如臭椿、荆条、黄栌等，在风力、昆虫、鸟类的作用下可以向煤矸石山传播种子；2)尽管退化煤矸石山上环境恶劣，但仍有植物生长必须的水分、养分、光照和温度，只要消除滑坡因素并且减轻人类活动的干扰，是可以恢复成地带性植被的。以上的分析也说明了在生态恢复过程中对母树进行保护的重要性。假设上述煤矸山和退化山地的附近没有臭椿和荆条母树的话，种子的输入量就会大大减少，演替进程就会受阻。因此，在生态恢复过程中对处于生殖期的大树种源加强的管护，可以增加种子产量，从而增加对周边退化迹地种子输入数量，加速群落演替。结论 1)在没有人为干扰的情况下，条件恶劣的煤矸石山可以在15-20年的时间恢复植被，植被盖度可以达到90%以上；2)在自然力的作用下煤矸石山可以恢复成臭椿－荆条－小叶鬼针草群落类型，属于地带性植被。&致谢感谢中国科学院植物研究所的蒋高明研究员、于顺利博士和北京市教学植物园的高孚元老师为我这次活动提供了细致的帮助及支持！感谢北京市青少年科技俱乐部为我创造了这个难得的机会！在此一并深表谢意！&参考文献[1]董鸣，陆地生物群落调查观测与分析，北京:中国标准出版社，；73-74[2]蒋高明，《退化生态系统的恢复与管理，兼谈自然力在生态恢复中的作用》，首届北京生态建设国际论坛，2006，10，26；[3]胡振琪，《中国煤矿区生态修复规划的方法与实例》，首届北京生态建设国际论坛，2006，10，26；[4]&第二次北京市土地可持续利用研讨会综述，中国土地学会会讯2004，12，24，16-18[5]许丽等，煤矸石山生境空气相对湿度变化研究，让晒排┮荡笱(自然科学版)，27卷4期(2006/12)，6-10[6]刘学 马汲彬，门头沟90%煤矿关闭，北京日报，2007年01月22[7]万菊，《门头沟：生态修复 甘作愚公》，奥运经济，2007年9月6日指导教师：陈宏程&北京市育才学校　（本文获第28届北京市青少年科技创新大赛二等奖）
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王平镇到蔚县多少公里
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[原创]独走京西寻古道（下）
独走京西寻古道（下）从山上下来回头一看，眼前是一座石砌的墙垛子，下面还有三孔拱券式的洞穴，走上前去神头探脑看了半天，也没琢磨出这是干啥用的。从这里再往前走，地面上的路已经明显地经过了修葺，虽然脚下还的土路，可是平坦多了，两旁还种植着小树。隔着铁路远远望去有一个村子，不知道这里是不是村民说的西石古岩村。到了这里已经明白前面没有古道了，那传说中的马致远故居和牛角岭关门也就无从寻找了，肯定不在这条路上。是继续往前走还是回过头来到村里去打听？何去何从难以选择，回头吧，再从这条寂静无人的山路上走过去，有点胆虚。往前走呢，前面的路更没谱，荒郊野地的也不知道前面能到哪儿？最后一想往前走这不是还有一条铁路相伴吗，就走吧，总比走回头路强。这条土路上越往前走草木越深，昨天的一场秋雨在地上积了很多水，经常要跳跃前行，幸亏地面上时不时出现几个清晰的脚印，算是给俺壮了胆。俺琢磨着，八成这几个脚印就是村妇说的上午来的那三个人的脚印吧。又提心吊胆走了一阵就看到了铁轨那边的车站，这个小站真够清静，手搭凉棚远远一望，原来是色树坟站。小路旁边出现了一个粮库，从粮库大门往前路也宽了不少，总算在这里看见人了。按照那人的指点，顺着路往前走，钻过铁路桥洞就进村了，三转两转出了色树坟，走上了公路，正好一辆929路刚刚过去。从苹果园上车时问过了售票员，说这路车大概20分钟发一趟，一想还要在站牌下等20分钟，那可是无聊了。望着汽车绝尘而去的身影，俺决定顺着公路再往前走一站到王平去看看。上次坐929去安家庄时路过王平镇，发现这里的环境真好，路边就是一个大水塘，里面荷花正盛开，说是煤矿，却像个大花园。从色树坟到王平镇这一站不像下苇甸到石古岩那么大，可是路况就没那么好了，那段路山回路转风景优美，还很清静少有车辆。这一段昨天的夜雨冲到路面上不少泥土，汽车一过就暴土扬长的。躲着呼啸而过的汽车向前走着，这还是奥运期间车辆限行，大货车都不让走了，过望的都是小车，要是过了奥运一放行，这条路可就没法走了。王平镇一直是门头沟产煤大镇，多年来的煤炭开采使生态环境遭到了破坏，永定河河道被污水和杂物严重污染。这两年政府加大了治理力度，采用先进的技术，经过处理把矿井废水和中水，还有雨水同为补充水源，将永定河王平镇段建成26万平方米湿地，既涵养了水源。在水面上广植荷花和各种水生植物，又为永定河段增添了一处湿地景观。站在王平车站等车，车站旁边风景如画，候车亭两边有供游人休憩的坐椅，闲来无事的老人也喜欢坐在这里谈天说地。门头沟政府这些年一直致力于环境的改善，把发展旅游作为一项能持续发展的新兴产业。现在游人一走进门头沟，立刻感觉就不同了，山青了，水绿了，长期在都市水泥森林中压抑心情立刻就得到了最大的释放，如今城里人越来越喜欢往这儿跑了。看了两眼风景，拍了几张照片，929路无往千军台的车也来了，车到王平镇下车的人挺多，车上还有空坐。车过了落坡岭水库就又分成两岔，一条蜿蜒向西北，到安家庄后就跟109国道相接，另一条就是通往木城涧煤矿的路了。这条矿区公路很窄，路边的植被十分茂盛，车窗两旁满眼青绿，如同走进一条赏心悦目的风景画廊。一路上不但有旖旎的自然风光，还有名胜古迹点缀其间，只可惜玉皇庙已经成了现代建筑做办公之用，如今是空有其名了。过了木城涧一路往西又见到半山坡上的秀峰庵遗址，隔着车窗看到那破败的屋舍和山墙，还能找到一丝历史的回味。走着走着路的左边又出现了一条两侧山岩嵯峨的沟谷，从谷口的牌子上知道这里是黑港沟，一直通往矸石山。汽车在过了沟口加大了爬升的力度，最后在一片房屋过后就转进了停车场，随着一声叹息刹住车熄了火。车上的几个乘客都下车了，人家是轻车熟路各回各家，俺到了这里也不知道该上哪了，此时时针已经指向四点整，回家也就成了最后的任务。司机和售票员轻松地坐在车上拉着家长里短，一问这班车是四点半返回，这宝贵的半小时可不能呆着。<FONTface=楷体_GB停靠的终点站千军台是煤矿的生活中心区，由于长年累月的开采，这里的山山岭岭很多都成了采空区。加上近年来为了首都的环境保护，很多煤矿都关闭了，矿区显得冷冷清清，几乎没见到几个人。顺着路往上走了几步看上面似乎景色不错，可是心里又惦记着刚才看到的那条沟，咱就利用这半个钟头去黑港沟看看吧。秋高气爽，天空一片湛蓝，满眼山色青翠葱茏，路边的野花恣意绽放着，向身边的小草吐露出灿烂的微笑。昨天的夜雨催生了多少菌子在松软的土壤中悄悄生长，路边山坡上两个采蘑菇的村姑收获颇丰，脚下各色的蘑菇装了大半筐。一声声飞机引擎的轰鸣从天际传来，打破了山沟的宁静，前面那几棵挺拔的大杨树直插蓝天，那树梢仿佛能触及飞机的翅膀。黑港沟一会的工夫就到了，走到沟口往里望去，里面怪石嶙峋，一看就让人心生畏惧。由于时间的限制，本来也没想进去，伸头探脑试着走了几步就彻底打消了好奇的心就此止步，赶车要紧咱就别瞎琢磨了。再回到千军台总站也没啥意思，山沟里风景不错一派野趣还没看够，干脆再往前走，到下一站那个小村上车不迟。四点多种已经有点夕阳西斜，暖洋洋的太阳照在后背上格外舒适，踩着自己的影子一路前行感觉很有趣。接近下面那个小村时，一边的山坡上出现了几间荒芜的庄户小屋，攀缘着藤蔓的石墙沐浴着温热的秋阳，孤独地守望着眼前的庄稼地。路上总算过来一个带孩子的年轻妇女，一口带着的四川口音的普通话让俺意识到现在的煤矿已经没有本地人下井了。到了小村，村子沿着一个坡道一直向上，村口站着三五一堆的男男女女，正在大树下聊天，寂静的山中终于有了人气。现在边远山区的青年都出外谋求发展去了，村里留守的几乎都是老人和妇女。站在斜坡对面的路口等车，一会的工夫929路车就过来了，见到这个能把自己送到城里的大家伙，真是亲切呀，赶紧招手生怕司机没看见有人上车会弃我而去。车门一开没想到竟然坐满了一车人，刚才看到山里还是静悄悄的，从哪里冒出来这么多人呢？正在纳闷发现最后一排还有几个空座，就往后面移动，这时一个熟悉的面孔让俺眼前一亮，这不是咱的领队西山罗汉吗。第一次参加绿野活动就是跟着罗汉大哥走雁翅，就是那次走过之后让俺彻底迷上了穿越，成了绿野最忠实的趸拥。和自己崇拜的超级猛驴并肩而坐，一路聊着天很是愉快，今天西山罗汉是跟着老张的队伍从军响穿越到千军台，全队十四个队员，难怪车上的人看着都不一般呢。罗汉大哥对门头沟一带很熟悉，在他的悉心指点下，俺终于明白了自己没找到的西山古道原来是应该从韭园村进去，马致远的故居也在那边，不是俺走的摩崖石刻这条路。下面一站又上来三个跑山的大汉，他们对千军台一带更熟悉，说起这里的路来如数家珍，大家交换着爬山的经验和感受，真是一见如故。最让俺感动的还是罗汉大哥对未来的思考和打算，他的环保意识和行动计划，更让俺对绿野人刮目相看。热爱户外运动的人都跟大自然结下了难解难分的情缘，大家都把保护环境当成了己任。一路聊着天车程就快了很多，不知不觉就到了石景山地界，前面一个队友要从这里下车换乘354路，俺也就跟着一同下了车。在这段同行的路上，俺又学了不少东西，原来绿野上经常听到的超级路线狼八拉是从昌平的狼儿峪到八大处，全程将近五十公里。这一路上翻山越岭的，竟然有人能在八小时内完成这段行程，真是太厉害了。从石景山回家时已经是华灯初上，璀璨的霓虹照亮了回家的路。