宁东煤炭基地排矸场人工植物群落优势种生态位和种间关系研究

doi:10.11686/cyxb2024078

摘要/Abstract

摘要：

为建立稳定的煤矸石山人工植被生态系统，以宁东煤炭基地排矸场生态恢复初期人工植物群落为研究对象，基于样方法调查地上植被，并计算灌草植物种重要值，采用生态位宽度、生态位相似性、生态位重叠值、方差比率、卡方检验、Spearman相关性检验方法对矿区植物群落优势种进行种间联结与相关性分析。结果表明：研究区灌草植物44种，隶属于9科36属，以禾本科、豆科、菊科、苋科为主。灌木植物生态位宽度与重要值排序不完全一致，但总体趋势一致，以猫头刺和柠条锦鸡儿为优势种；草本植物生态位宽度与重要值排序一致，以雾冰藜和紫花苜蓿为优势种。灌木层与草本层植物总体联结性的方差比率值均大于1，其中灌木层植物种间呈显著正联结，草本层种间联结性不显著。综上，生态恢复区植物群落处于演替前期或中期阶段，种间竞争平缓，宁东煤炭基地植被配置应选择与优势植物种呈正联结的植物，形成稳定的植物群落结构，提高矿区生态恢复效率。

关键词: 生态位, 种间关系, 优势植物种, 排矸场, 宁东

Abstract:

Ecological restoration is an important part of mining operations. The aim of this study was to analyze the plant community at the initial stage of ecological restoration in the gangue yard at the Ningdong coal base， with an overall goal to establish a stable artificial vegetation ecosystem on the coal gangue hills. The aboveground vegetation was sampled using a quadrat method， and the importance values of shrubs and grasses were calculated. The niche width， niche similarity， niche overlap， and variance ratio were calculated. Chi-squared and Spearman’s correlation analyses were used to explore the interspecific associations among， and correlations between， dominant species in the plant community in the mining area. The results showed that there were 44 species of shrubs and grasses in the study area， belonging to nine families and 36 genera. The main plant families were Poaceae， Fabaceae， Asteraceae， and Amaranthaceae. The niche width and importance value rankings of shrub species were not completely consistent， but the overall trend was consistent， with Oxytropis aciphylla and Caragana korshinskii being the dominant species. The niche width and importance value rankings of herbaceous species were consistent， with Grubovia dasyphylla and Medicago sativa being the dominant species. The variance ratio of the overall association between shrubs and herbaceous plants was greater than one. There was a significant positive association among shrub species， whereas the association among herbaceous species was not significant. In conclusion， the plant community in the ecological restoration area is in the early or middle stage of succession， with weak interspecific competition. When designing an ecological restoration strategy for the Ningdong coal base， plants positively associated with dominant species should be selected to form a stable plant community structure， thereby improving the efficiency of ecological restoration in this mining area.

Key words: niche, interspecific association, dominant plant species, gangue dump, Ningdong

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图/表 14

图1 研究区概况基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）3333号标准地图制作，底图边界无修改。Based on the standard map service website of the Ministry of Natural Resources with the drawing review No. GS（2019）3333， the boundary of the base map is not modified.

Fig.1 The overview of the study area

表1 调查煤矸石山的基本情况

Table 1 Basic information of the investigated coal gangue hills

矿区 Mining area	纬度 Latitude （N）	经度 Longitude （E）	平均海拔 Average altitude （m）	恢复年限 Restoration period （a）
Ⅰ	38°02′23″	106°41′24″	1276	4
Ⅱ	38°02′37″	106°37′34″	1292	4
Ⅲ	37°57′47″	106°43′03″	1329	2
Ⅳ	37°49′47″	106°43′16″	1376	3
Ⅴ	37°55′43″	106°31′28″	1339	2
Ⅵ	37°59′31″	106°35′10″	1331	4

表2 植物群落组成

Table 2 Plant community composition

序号 Number	科 Family	植物物种数Number of plant species
		灌木 Bush	草本Herb
		灌木 Bush	一年生Annual	一年生及二年生Annual and biennial	多年生Perennial	藤本Vine
1	豆科Fabaceae	4	-	1	5	-
2	禾本科Poaceae	-	4	-	6	-
3	菊科Asteraceae	1	1	1	6	-
4	苋科Amaranthaceae	1	7	-	-	-
5	柽柳科Tamaricaceae	2	-	-	-	-
6	夹竹桃科Apocynaceae	1	-	-	-	1
7	白刺科Nitrariaceae	-	-	-	1	-
8	葫芦科Cucurbitaceae	-	-	-	-	1
9	紫葳科Bignoniaceae	-	-	-	1	-

图2 植物的水分生态型

Fig.2 The water ecological type of plants

表3 灌木层优势植物重要值与生态位宽度

Table 3 The important value and niche breadth of shrub dominant plants

编号 Number	物种缩写 Species abbreviation	物种 Species name	重要值 Importance value （%）	生态位宽度Niche breadth
编号 Number	物种缩写 Species abbreviation	物种 Species name	重要值 Importance value （%）	Levins	Shannon
1	OA	猫头刺O. aciphylla	25.5	8.47	2.32
2	RS	红砂R. songarica	0.9	1.30	0.39
3	AO	黑沙蒿A. ordosica	6.6	2.70	1.15
4	CK	柠条锦鸡儿C. korshinskii	22.9	5.79	1.83
5	TG	红花多枝柽柳T. gallica	5.9	1.98	0.80
6	HA	梭梭Haloxylon ammodendron	1.6	1.77	0.63
7	AV	罗布麻A. venetum	0.3	1.31	0.40
8	CF	羊柴C. fruticosum	6.8	1.43	0.48

表4 草本层优势植物重要值与生态位宽度

Table 4 The important value and niche breadth of herb dominant plants

编号 Number	物种缩写 Species abbreviation	物种 Species name	重要值 Importance value （%）	生态位宽度Niche breadth
编号 Number	物种缩写 Species abbreviation	物种 Species name	重要值 Importance value （%）	Levins	Shannon
1	PM	稷P. miliaceum	4.0	1.99	0.75
2	CAL	藜C. album	3.6	5.42	1.98
3	GD	雾冰藜G. dasyphylla	18.7	10.84	2.48
4	IS	蓼子朴Inula salsoloides	3.5	5.75	1.87
5	SC	猪毛菜S. collina	1.3	2.76	1.05
6	MS	紫花苜蓿M. sativa	18.4	8.88	2.35
7	CV	虎尾草C. virgata	4.5	4.26	1.64
8	CE	拂子茅C. epigeios	7.6	3.65	1.42
9	SV	狗尾草S. viridis	8.8	4.52	1.76
10	CM	蒙古虫实C. mongolicum	0.7	3.70	1.35
11	CAC	尖头叶藜C. acuminatum	1.4	1.82	0.69
12	CC	鹅绒藤C. chinense	1.2	3.57	1.42
13	LT	乳苣Lactuca tatarica	2.0	3.60	1.37
14	PA	芦苇P. australis	4.9	5.45	1.83
15	AA	黄花蒿Artemisia annua	3.6	3.76	1.55
16	AF	冷蒿Artemisia frigida	0.3	1.99	0.69
17	AC	茵陈蒿Artemisia capillaris	2.7	1.03	0.08
18	HAR	白茎盐生草H. arachnoideus	1.2	3.69	1.46
19	SS	苦马豆Sphaerophysa salsula	0.4	1.38	0.45
20	AM	草木樨状黄耆Astragalus melilotoides	0.4	1.15	0.25

图3 优势灌木层生态位相似比（a）及重叠值（b）OA：猫头刺O. aciphylla； RS：红砂R. songarica； AO：黑沙蒿A. ordosica； CK：柠条锦鸡儿C. korshinskii； TG：红花多枝柽柳T. gallica； HA：梭梭H. ammodendron； AV：罗布麻A. venetum； CF：羊柴C. fruticosum. 下同The same below.

Fig.3 The niche similarity ratio （a） and overlap value （b） of dominant shrub layer

图4 优势草本层生态位相似比（a）及重叠值（b）PM：稷P. miliaceum； CAL：藜C. album； GD：雾冰藜G. dasyphylla； IS：蓼子朴I. salsoloides； SC：猪毛菜S. collina； MS：紫花苜蓿M. sativa； CV：虎尾草C. virgata； CE：拂子茅C. epigeios； SV：狗尾草S. viridis； CM：蒙古虫实C. mongolicum； CAC：尖头叶藜C. acuminatum； CC：鹅绒藤C. chinense； LT：乳苣L. tatarica； PA：芦苇P. australis； AA：黄花蒿A. annua； AF：冷蒿A. frigida； AC：茵陈蒿A. capillaris； HAR：白茎盐生草H. arachnoideus； SS：苦马豆S. salsula； AM：草木樨状黄耆A. melilotoides. 下同The same below.

Fig.4 The niche similarity ratio （a） and overlap value （b） of dominant herb layer

表5 生态恢复区植物群落总体联结

Table 5 Total species association of community in mining ecological restoration area

生长型

Growth form

样方数

Number of plots

方差比

Variance ratio

统计量

Statistic （W）

χ²临界值

Marginal value

［χ $0.95 (d f) 2$ ， χ $0.05 (d f) 2$ ］

结果

Results

显著正联结Significant positive association

不显著正联结Non-significant positive association

表5 生态恢复区植物群落总体联结

Table 5 Total species association of community in mining ecological restoration area

生长型

Growth form

样方数

Number of plots

方差比

Variance ratio

统计量

Statistic （W）

χ²临界值

Marginal value

［χ $0.95 (d f) 2$ ， χ $0.05 (d f) 2$ ］

结果

Results

灌木Shrub

2.03

36.46

［9.390， 28.869］

显著正联结Significant positive association

草本Herbaceous

1.20

29.96

［14.611， 37.652］

不显著正联结Non-significant positive association

图5 灌木层（a）及草本层（b）优势植物种间联结χ2值半矩阵图a图中In Figure a， 1：猫头刺O. aciphylla； 2：红砂R. songarica； 3：黑沙蒿A. ordosica； 4：柠条锦鸡儿C. korshinskii； 5：红花多枝柽柳T. gallica； 6：梭梭H. ammodendron； 7：罗布麻A. venetum； 8：羊柴C. fruticosum. b图中In Figure b， 1：稷P. miliaceum； 2：藜C. album； 3：雾冰藜G. dasyphylla； 4：蓼子朴I. salsoloides； 5：猪毛菜S. collina； 6：紫花苜蓿M. sativa； 7：虎尾草C. virgata； 8：拂子茅C. epigeios； 9：狗尾草S. viridis； 10：蒙古虫实C. mongolicum； 11：尖头叶藜C. acuminatum； 12：鹅绒藤C. chinense； 13：乳苣L. tatarica； 14：芦苇P. australis； 15：黄花蒿A. annua； 16：冷蒿A. frigida； 17：茵陈蒿A. capillaris； 18：白茎盐生草H. arachnoideus； 19：苦马豆S. salsula； 20：草木樨状黄耆A. melilotoides. 下同The same below.

Fig.5 Shrub layer （a） and herbaceous layer （b）， half-matrix diagram of interspecific connectivity values for dominant plant species

图6 优势灌木的Spearman秩相关检验分析*： P<0.05； **： P<0.01； ***： P<0.001. 下同The same below.

Fig.6 Spearman’s rank correlation coefficients of dominant shrub species

图7 优势草本的Spearman秩相关检验分析

Fig.7 Spearman’s rank correlation coefficients of dominant herb species

图8 优势灌木种间联结系数（AC）和Jaccard指数（JI）半矩阵

Fig.8 Semi-matrix of association coefficient and Jaccard index of dominant shrub species

图9 优势草本种间联结系数（AC）和Jaccard指数（JI）半矩阵

Fig.9 Semi-matrix of association coefficient and Jaccard index of dominant herb species

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