煤矿复垦区不同修复年限林下草本群落特征及其与土壤耦合关系

doi:10.11686/cyxb2021151

摘要/Abstract

摘要：

为了解鄂尔多斯聚鑫龙煤矿不同修复年限林下草本植物群落特征及其与土壤因子的耦合关系，以修复年限为3~7年的林下草本植物群落与土壤因子为研究对象，并以人工草地和撂荒地作为对照，调查不同样地草本群落物种组成及其土壤理化性质，并利用灰色关联耦合模型法对草本植物群落与土壤因子的关系进行研究，探明二者的响应机制。结果表明：1）研究区共调查草本植物种类55种，其中主要以禾本科、菊科和豆科为主，三者共占比为60%。2）随着修复年限增加，林下草本植物种数呈现先减少后增加的趋势，且逐渐接近于人工草地的植物种数；草本群落的Margalef指数和Shannon-Wiener指数均呈现出先下降后上升的趋势，而Pielou指数和Simpson指数变化不明显。3）研究区草本植物群落多样性与土壤粉粒、砂粒、pH和土壤容重关系较为密切。4）研究区草本植物的多样性与土壤的耦合协调程度随修复年限增加呈现“升高-降低-升高”的变化趋势，其中修复7年样地的草本植物与土壤耦合度最高（0.72），为中度协调。研究表明研究区林下草本植物多样性与土壤系统的协调程度表现出良性发展的趋势，但还未达到最佳的协调程度。

关键词: 煤矿复垦区, 草本植物, 物种多样性, 灰色关联耦合模型

Abstract:

This research studied the understory herbaceous plant communities and associated soil factors over years 3-7 of a restoration process at Juxinlong Coal Mine， Ordos Basin， in order to understand the characteristics of understory herbaceous plant communities and their coupling with soil factors across time during the site restoration. Nearby managed grassland and abandoned grassland plots were used as controls. The species composition and soil physical and chemical properties of herbaceous communities in different plots were investigated， and the relationships between herbaceous plant communities and soil factors， and the response mechanisms were studied using the grey correlation coupling model. It was found that： 1） A total of 55 species of herbaceous plants were present in the study area， and 60% of the species present belonged to the families Poaceae， Asteraceae and Fabaceae. 2） With the passage of time during restoration， the number of understory herbaceous plants initially decreased and then increased， and gradually approached to the number of plant species in managed grassland. The Margalef index and Shannon-Wiener index of the studied plots also showed a trend of initial decrease and then increase， while the Pielou index and Simpson index did not change significantly over time. 3） The diversity of herbaceous plant communities in the study area was closely related to soil silt and gravel content， and to soil pH and bulk density. 4） The degree of coupling and correlation between herbaceous plant diversity and soil properties in the study area followed a pattern of “increase-decrease-increase” with the passage of time during the restoration. Among the collected data， the coupling between herbaceous plants and soil in the sample plots after seven years restoration was the highest （R=0.72）. In summary， the correlation between understory herbaceous plant diversity and soil properties in the studied plots exhibited gradual development， but after seven years has not yet reached its climax.

Key words: coal mine reclamation area, herbaceous plants, species diversity, gray relational coupling model

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图/表 6

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样地编号 Sample number	样地类型 Plot type	修复年限 Restore year （yr）	海拔 Altitude （m）	株距×行距 Plant spacing （m）×row spacing （m）	基径 Base diameter （cm）	高度 Height （cm）	郁闭度 Canopy closure（%）
1	沙棘林Seabuckthorn forest	7	1360	2×2	3.0±0.11	157±3.37	55
2	沙棘林Seabuckthorn forest	6	1360	2×2	3.5±0.11	166±4.64	55
3	沙棘林Seabuckthorn forest	5	1370	2×2	3.7±0.13	183±4.04	60
4	沙棘林Seabuckthorn forest	4	1370	2×2	3.2±0.10	172±2.80	85
5	沙棘林Seabuckthorn forest	3	1340	2×2	3.2±0.13	138±2.62	40
6	撂荒地Abandoned land	7	1390	/	/	/	20
7	人工草地Artificial grassland	7	1390	/	/	/	65

样地编号 Sample number	样地类型 Plot type	修复年限 Restore year （yr）	海拔 Altitude （m）	株距×行距 Plant spacing （m）×row spacing （m）	基径 Base diameter （cm）	高度 Height （cm）	郁闭度 Canopy closure（%）
1	沙棘林Seabuckthorn forest	7	1360	2×2	3.0±0.11	157±3.37	55
2	沙棘林Seabuckthorn forest	6	1360	2×2	3.5±0.11	166±4.64	55
3	沙棘林Seabuckthorn forest	5	1370	2×2	3.7±0.13	183±4.04	60
4	沙棘林Seabuckthorn forest	4	1370	2×2	3.2±0.10	172±2.80	85
5	沙棘林Seabuckthorn forest	3	1340	2×2	3.2±0.13	138±2.62	40
6	撂荒地Abandoned land	7	1390	/	/	/	20
7	人工草地Artificial grassland	7	1390	/	/	/	65

修复年限 Restore year （yr）	物种数总数 Total number of plant species	重要值前五位 Top five importance values
7	26	狗尾草 Setaria viridis	黄花蒿 Artemisia annua	苦苣 Sonchus oleraceus	芦苇 Phragmites australis	芨芨草 A. splendens
7	26	0.2187	0.1003	0.0821	0.0645	0.0610
6	23	黄花蒿 A. annua	鹅绒藤 Cynanchum chinense	苦苣 S. oleraceus	芨芨草 A. splendens	刺儿菜 Cirsium setosum
6	23	0.1476	0.1335	0.1234	0.0721	0.0454
5	13	黄花蒿 A. annua	狗尾草 S. viridis	羊茅草 Festuca	稗草 Echinochloa crusgalli	芦苇 P. australis
5	13	0.1280	0.1204	0.1093	0.0985	0.0978
4	15	黄花蒿 A. annua	稗草 E. crusgalli	油蒿 Artemisia ordosica	角蒿 Incarvillea sinensis	大籽蒿 Artemisia sieversiana
4	15	0.1903	0.1484	0.1171	0.0867	0.0821
3	20	芨芨草 A. splendens	稗草 E. crusgalli	羊草 Leymus chinensis	猪毛蒿 Artemisia scoparia	拂子茅 Calamagrostis epigeios
3	20	0.1135	0.0966	0.0952	0.0883	0.0811
撂荒地 Abandoned land	28	大籽蒿 A. sieversiana	芨芨草 A. splendens	铁杆蒿 Artemisia sacrorum	鹅绒藤 C. chinense	茵陈蒿 Artemisia capillaris
撂荒地 Abandoned land	28	0.1035	0.0816	0.0787	0.0787	0.0612
人工草地 Artificial grassland	32	芨芨草 A. splendens	鹅绒藤 C. chinense	芦苇 P. australis	大籽蒿 A. sieversiana	细叶葱 Allium tenuissimum
人工草地 Artificial grassland	32	0.1107	0.0794	0.0768	0.0729	0.0677

修复年限 Restore year （yr）	物种数总数 Total number of plant species	重要值前五位 Top five importance values
7	26	狗尾草 Setaria viridis	黄花蒿 Artemisia annua	苦苣 Sonchus oleraceus	芦苇 Phragmites australis	芨芨草 A. splendens
7	26	0.2187	0.1003	0.0821	0.0645	0.0610
6	23	黄花蒿 A. annua	鹅绒藤 Cynanchum chinense	苦苣 S. oleraceus	芨芨草 A. splendens	刺儿菜 Cirsium setosum
6	23	0.1476	0.1335	0.1234	0.0721	0.0454
5	13	黄花蒿 A. annua	狗尾草 S. viridis	羊茅草 Festuca	稗草 Echinochloa crusgalli	芦苇 P. australis
5	13	0.1280	0.1204	0.1093	0.0985	0.0978
4	15	黄花蒿 A. annua	稗草 E. crusgalli	油蒿 Artemisia ordosica	角蒿 Incarvillea sinensis	大籽蒿 Artemisia sieversiana
4	15	0.1903	0.1484	0.1171	0.0867	0.0821
3	20	芨芨草 A. splendens	稗草 E. crusgalli	羊草 Leymus chinensis	猪毛蒿 Artemisia scoparia	拂子茅 Calamagrostis epigeios
3	20	0.1135	0.0966	0.0952	0.0883	0.0811
撂荒地 Abandoned land	28	大籽蒿 A. sieversiana	芨芨草 A. splendens	铁杆蒿 Artemisia sacrorum	鹅绒藤 C. chinense	茵陈蒿 Artemisia capillaris
撂荒地 Abandoned land	28	0.1035	0.0816	0.0787	0.0787	0.0612
人工草地 Artificial grassland	32	芨芨草 A. splendens	鹅绒藤 C. chinense	芦苇 P. australis	大籽蒿 A. sieversiana	细叶葱 Allium tenuissimum
人工草地 Artificial grassland	32	0.1107	0.0794	0.0768	0.0729	0.0677

土壤因子 Soil factor	Margalef指数 Margalef index	Pielou指数 Pielou index	Simpson指数 Simpson index	Shannon-Wiener指数 Shannon-Wiener index
黏粒Clay	0.69	0.64	0.50	0.61
粉粒Silt	0.78	0.59	0.67	0.64
砂粒Sand	0.61	0.58	0.71	0.68
土壤水分Soil moisture	0.75	0.56	0.70	0.69
土壤容重Soil bulk density	0.67	0.66	0.62	0.84
饱和含水量Saturation moisture content	0.62	0.65	0.56	0.58
毛管持水量Capillary capacity	0.68	0.64	0.64	0.67
总孔隙度Total porosity	0.61	0.67	0.54	0.56
pH值pH value	0.58	0.75	0.57	0.54
电导率Electric conductivity	0.68	0.56	0.70	0.72
有机质Organic matter	0.62	0.62	0.70	0.78
速效磷Available phosphorus	0.72	0.68	0.64	0.64
全磷Total phosphorus	0.63	0.53	0.64	0.73
速效钾Available potassium	0.68	0.61	0.69	0.59
速效氮Available nitrogen	0.65	0.74	0.50	0.62