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土壤种子库及其存在的表土在生态恢复、生物多样性保护和生态环境管理方面所具有的潜力与价值不可低估。矿区土壤种子库更是矿区不可替代、不可再生的宝贵资源,是矿区生态恢复和植被更新与演替过程中的潜在绿化材料和基础。因此对矿区土壤种子库的研究在理论上和实践上都具有重要的意义。本文基于恢复生态学的基本理论,以大同煤矿区处于不同演替阶段的永定庄矿、晋华宫矿、云冈矿内的矸石山为研究对象,采用资料收集、野外调查取样与室内实验室分析(种子鉴定试验、土壤肥力实验)相结合的方法,对矸石山土壤种子库在不同演替阶段的物种组成、数量特征、分布结构、物种多样性和相似性等基本特征及其与土壤肥力、地表植被的关系等内容进行了分析评价和研究。研究表明:(1)不同演替阶段的煤矸石山土壤种子库,共萌发9科19属24种446株植物,其中以菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)植物为主;物种生活型以一年生草本(Annual Herbs)和多年生草本(Perennial Herbs)为主;演替进程中,种子库的萌发株数、物种科、属、种数趋于增加,且出现了1种半灌木种(白莲蒿)。(2)煤矸石山土壤种子库密度为835~2873粒/㎡,低于当地自然生境下土壤种子库密度(1388~9853粒/㎡),处在不同演替阶段的矸石山土壤种子库密度相差较大;黄花蒿(Artemisia annua)、虎尾草(Chloris virgata)、狗尾草(Setaria viridis)是土壤种子库的优势物种。空间分布上,土壤种子库中有超过50%的种子集中分布在0-5cm土层中;土壤种子库垂直分异结构明显,种子数量沿土壤剖面方向垂直递减;演替进程中,0-5cm土层种子库密度占种子库总密度的比重下降,5-10cm和10-15cm土层比重有所上升。(3)演替进程中,土壤种子库的物种多样性变化规律为:初期,种子库物种多样且分布均匀;此后,种子库物种多样性降低、优势种突出;最后,物种丰富度提高、多样性增强、优势种地位回落,趋于稳定。不同演替阶段不同土层间种子库的分异性明显。随着时间演替,种子库间的相似程度趋于增强。(4)矸石山土壤的肥力较差;随着时间演替,土壤的保水、保肥能力逐渐提高;土壤种子库密度同土壤肥力间无明显规律性。(5)地表植被共记录18科36属39种植物,其中以禾本科(Gramineae)和菊科(Compositae)植物为主,物种生活型以草本为主;羊胡子草(Eriophorum)、狗尾草(Setaria viridis)和虎尾草(Chloris virgata)统计数量最多,地位突出。(6)地表植被出现物种数明显多于土壤种子库的物种数,约为土壤种子库的1.625倍;地表植被和土壤种子库都以菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)植物为主,物种生活型都以一年生和多年生草本为主;在土壤种子库和地表植被中出现频率较高的物种有黄花蒿(Artemisia annua)、虎尾草(Chloris virgata)和狗尾草(Setaria viridis);土壤种子库同地表植被之间的Cs相似性指数为0.28~0.49,相似程度较低,但在演替进程中,二者之间相似性指数逐渐增大,相似程度增强。