全 文 ：2011年 6月 第 2期（总第 151期） 草食家畜（季刊）
巴音布鲁克高寒草原土壤因子对
轮叶马先蒿群落结构的影响
闫 凯 1，谢文华 2，胡玉昆 3，柳妍妍 3
(1.新疆草原总站 新疆 乌鲁木齐 830049；
2. 新疆农业大学科学技术学院，新疆 乌鲁木齐 830052；
3.中国科学院新疆生态与地理研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011)
摘 要：近年来，由于全球气候变暖，加上草地长期超载过牧及经营管理不善等人为因素的影响，致使害
草轮叶马先蒿（Pedicularis verticillata L.）在巴音布鲁克高寒草原大面积发生，为防止轮叶马先蒿蔓延，合
理利用草地资源，有效控制和防止害草的蔓延。 本文开展不同土壤因子对轮叶马先蒿群落结构影响研究，
结果表明轮叶马先蒿盖度与地上生物量及其群落物种丰富度、物种多样性和均匀度与土壤含水量关系密
切，而与其它土壤因子无相关性，说明在巴音布鲁克高寒草原土壤含水量的高低是限制轮叶马先蒿的主
要生境因子，应通过控制水源处的传播来防止其大面积蔓延与扩散。
关 键 词：巴音布鲁克；轮叶马先蒿；物种多样性；地上生物量
中图分类号：S812.2 文献标识码：A 文章编号：1003－6377(2011)02－0059－04
收稿日期：2011-03-12
基金项目：新疆科技厅攻关计划项目（200533122）和新
疆巴音郭楞蒙古自治州科技重大项目（20054046）。
作者简介：闫 凯（1971-），男，高级畜牧师，研究方向：
草原生态、草原资源管理。
土壤因子包括土壤水分、土壤有机质、土壤速效氮
和土壤 pH 值等 [1]，土壤有机碳是土壤肥力及环境质量
状况的重要特征， 是制约土壤理化性质的关键因素，保
持土壤中丰富的有机碳是土地持续利用和作物高产稳
产的先决条件[2]。土壤有机质、氮素等养分物质对于植物
的生长起着关键性的作用， 决定着生态系统的结构、功
能和生产力水平等， 而土壤水分是土壤的重要物理参
数，它对植物生长、存活、净生产力等具有极其重要的意
义[3]。
巴音布鲁克高寒草原作为中国第二大草原，是南疆
开渡河重要的水源涵养地，对全疆特别是南疆的生态环
境保护具有极为重要的地位 [4]，但近年来由于全球气候
变暖、草地长期超载过牧及其他人为因素导致草地急剧
退化，致使害草轮叶马先蒿（Pedicularis verticillata L.）在
巴音布鲁克高寒草原大面积发生。与 20世纪 80年代相
比，草地单位面积产草量平均下降 30%～35％ ，牧草覆
盖度从 75％下降到 45％左右，草高度降低，一些优良牧
草种类消失，不适合牲畜采食的害草得到了蔓延，害草
的滋生繁衍是草地退化的一个重要标志 [5]。 而当地害草
轮叶马先蒿已达 2.33×104 ha, 并以每年 3.30×103 ha 的
速度扩展[4]。 轮叶马先蒿在巴音布鲁克高寒草原扩散及
造成的危害已越来越被人们所关注，但对于其相关的认
识及研究相对来说较少。 为此，开展土壤含水量及土壤
有机质 、 土壤速效氮等其它因子对害草轮叶马先蒿
影响研究 ，可为防止轮叶马先蒿的大面积发生 ，进一
步合理利用草地资源 ，保护草地，控制和防除害草提
供科学的依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
巴音布鲁克草原位于天山南坡中部，地处北纬 42°
18′～43°34′，东经 82°27′～86°17′ ，面积约 2.3×104 km2，
海拔 2400～3500m，属典型的高寒气候，冷季漫长，暖季
短暂，年均气温－4.8 ℃，1 月最低气温可达－48℃；7 月最
高气温可达 30.5 ℃；年平均降水量约 276.2 mm，年蒸发
量高达 1022.9～1247.5 mm，全年积雪日达 150～180 d，无
绝对无霜期。 该区草地类型多样，主要包括高山沼泽草
甸、亚高山草原、亚高山草甸化草原、亚高山草原化草
甸、 亚高山草甸、 高山草甸。 该区高等植物有 50 个科
160 个属 262 种 [6]。 主要物种有紫花针茅、羊茅、冰草
（Agropyron cristatum）、线叶嵩草 （Kobresia capillifolia）、
珠 芽 蓼 （Polygonum viviparum）、 尖 苞 苔 草 （Carex
microglochin）、 白尖苔草 （C. atrofusca） 和细果苔草(C.
stenocarpa)等[5]。
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1.2 研究方法
1.2.1 样地设置及群落结构调查 2006 年 8 月初，沿
河流设置一块 50 m×25 m 的大样地， 在样地内平行于
河流每隔 5 m 设置 1 条长 50 m，宽 1 m 的样带，共设 5
条样带。 每条样带为 1 个处理，在每个处理上每隔 5 m
设置 1 m×1 m 的样方， 即为 5个重复， 共计 25个小样
方。 调查每个小样方内物种数目、物种高度、盖度、密度
和频度。 分轮叶马先蒿、禾本科和杂类草 3 个类群齐地
剪割获取地上生物量，称其干重。
1.2.2 土壤含水量及其它因子测定 在每个样方内随
机选取 3 个样点采集土壤样品。每个样点土壤剖面分成
5层，即 0～10、10～20、20～30、30～40 和 40～50 cm，每层取
一定量土壤放入铝盒带回实验室在 105 ℃下连续烘干
至恒重，测其土壤含水量，计算公式为：Rwc= Wˊ-WW ×100%
其中 Wˊ为土壤湿重，W 为土壤干重。同时，按照 0～10、
10～20、20～30 和 30～40 cm 取土，将同一层土壤混合，分
装在封口袋内分别标记，带回实验室阴干用于土壤有机
质、土壤速效氮和土壤 pH 值的测定。
1.2.3 数据分析
物种丰富度指数 S＝物种数
Shannon-Wiener 多样性指数 H=-
s
i = 1
ΣPiLnPi
Pielou均匀度指数 E=H/LNS
以重要值作为数据分析的基础， 重要值＝（相对盖
度＋相对高度＋相对密度）/3[7]。
2 结 果
2.1 不同处理间土壤因子变化
由表 1可以看出，除土壤含水量随距离河流距离的
增大逐渐减小外，土壤有机质、土壤速效氮和 pH 等没
有明显变化 。 在处理 1 处土壤含水量达到最高 ，为
42.44％，在处理 5 处达到最低，为 22.43％。 土壤有机质
在处理 3 时达到最高，而土壤速效氮在处理 4 时达到最
高；土壤 pH 值变化范围在 7.93～8.00 之间，且最大值出
现在土壤含水量最低的处理 5处。
表 1 不同处理间土壤因子的变化
由表 2 可以看出不同处理间土壤因子之间的相关
性。其中，土壤有机质与土壤速效氮呈极显著正相关；土
壤 pH 值分别与土壤有机质和土壤速效氮均呈极显著
负相关；而土壤含水量与土壤有机质、土壤速效氮等其
它因子之间无相关性。
表 2 土壤因子之间的相关性
2.2 土壤因子对轮叶马先蒿群落结构的影响
植物群落结构可以通过其盖度和高度加以反映 [8]。
经相关分析表明，轮叶马先蒿盖度与土壤含水量呈显著
正相关 ， 其一元线性方程为 ：Y=210.38X-39.75 (R2=
0.8752, P<0.05)； 杂类草盖度与土壤速效氮呈极显著正
相关， Y=0.66X-78.34(R2=0.9217,P<0.01)。不同处理间轮
叶马先蒿和禾本科盖度变化如图 1 所示， 多重比较表
明， 轮叶马先蒿盖度处理 1与其它处理之间差异明显，
而处理 2与 3 之间差异不明显，且轮叶马先蒿盖度呈下
降趋势。 总体来说，禾本科盖度在不同处理之间差异不
明显，但其盖度呈逐渐上升趋势。 不同处理间杂类草盖
度无明显变化。相关分析也表明，轮叶马先蒿、禾本科和
杂类草的高度与土壤各因子无相关性（P>0.05）。
图 1 不同处理间轮叶马先蒿、禾本科和杂类草盖度变化
2.3 土壤因子对轮叶马先蒿群落多样性的影响
Kvaesth[9]和 Geime[10]的研究表明，物种多样性是群
落的重要特征，是生态系统功能维持的生物基础，包括
物种丰富度和均匀度两个方面。 经相关分析表明见（表
3），物种丰富度指数与多样性指数呈极显著正相关（P<
0.01）， 物种多样性指数和物种丰富度指数与均匀度指
数均呈极显著正相关 （P<0.01）。 这说明群落物种丰富
度、 物种多样性和均匀度之间有着密切的正相关关系，
本研究结果与上述研究结果一致。 回归分析表明，轮叶
马先蒿群落物种丰富度、物种多样性和均匀度与土壤含
水量之间关系密切， 而与其它土壤因子之间无相关性。
且随土壤含水量的降低其值均呈降低趋势，其回归方程
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分别为，Y=22.69X+10.68(R2=0.8714，P<0.05。 其中 X 为
土壤含水量 ，Y 为物种丰富度 )；Y=1.00X+0.24 (R2=
0.8162，P<0.05。 其中 X 为土壤含水量，Y 为物种多样
性)；Y=0.56X+1.07(R2=0.8426，P<0.05。 其中 X 为土壤含
水量，Y为均匀度)。
表 3 不同处理间物种丰富度、多样性、均匀度相关分析
注：*P<0.05 **P<0.01
2.4 土壤因子对轮叶马先蒿群落地上生物量的影响
草地生物量，不仅反映草地生态系统物质循环和能
量流动的基本状况，而且对草地畜牧业生产及其生态环
境产生重要影响 [11]。 相关分析表明，轮叶马先蒿、禾本科
和杂类草地上生物量变化与土壤含水量、 土壤有机质、
土壤速效氮和 pH 值之间无相关性（P>0.05）。 其群落地
上生物量的变化如表 4所示，在处理 1 土壤含水量最高
时，轮叶马先蒿占地上总生物量的比例最高，且其地上
生物量在总地上生物量所占的比例随距离水源距离的
增大逐渐下降，禾本科地上生物量在总地上生物量中所
占的比例则呈上升趋势，原因可能在于轮叶马先蒿的抗
逆性很强，与禾本科牧草争水争肥，限制了禾本科植物
的生长，但杂类草地上生物量无明显变化规律，这种变
化趋势可能与杂类草的适应性特点有一定关系。
表 4 不同处理轮叶马先蒿、禾本科和杂类草地上
生物量（g/m2）变化
3 讨论与结论
土壤水分作为土壤三相之一，是土壤环境的重要组
成部分[12]。 土壤中的营养条件决定着植物生长的生长状
况，土壤的水热条件和养分因子之间存在着密切的相关
关系。 一般来讲，土壤水分既影响到养分在土壤中的转
化和运移， 又影响着植物吸收水分与利用养分的情况，
而养分又通过影响植物根系形态与生长而影响植物的
水分情况。而土壤有机质是土壤化学性质的一个重要方
面，不仅影响土壤的结构、土壤水分、和土壤温度，也是
衡量土壤肥力的重要指标之一 [13,14]。本研究结果显示，轮
叶马先蒿盖度与土壤含水量呈显著正相关，杂类草盖度
与土壤速效氮呈极显著正相关，而禾本科盖度与土壤各
因子之间无相关性。但轮叶马先蒿与其它土壤因子之间
无相关性，原因在于轮叶马先蒿性喜光、耐寒，对土壤适
应性强，在潮湿地生长较好，故在巴音布鲁克高寒草原,
土壤水分是限制轮叶马先蒿生长的主要环境因子。
草地植物群落物种丰富度，即其所含的植物物种总
数，是群落多样性的最基本特征。 草地生态系统的可持
续性和草地生产力的维持在很大程度上依赖于草地群
落的生物多样性。 一般来说物种多样性与物种丰富度、
均匀度呈正相关 [15]，本次研究和上述结论完全一致。 研
究结果表明，轮叶马先蒿群落物种丰富度、物种多样性
和均匀度与土壤含水量均呈显著正相关（P<0.05），而与
其它土壤因子之间无相关性（P>0.05）。
黄富祥等 [11]认为地上生物量是草地植物在一定气
候条件下光合作用的产物，其动态变化规律，不仅反映
草地生态系统物质循环和能量流动的基本状况，而且对
草地畜牧业生产及其生态环境产生重要影响。本研究结
果表明，随着距离水源的增大，轮叶马先蒿在总地上生
物量中所占的比例呈下降趋势，而禾本科牧草则呈上升
趋势。 原因在于轮叶马先蒿是一种适应能力很强的害
草，在与其它牧草争水争肥时处于明显的优势，致使其
它牧草在群落中所占的比例减小。
总之，轮叶马先蒿盖度和地上生物量，轮叶马先蒿
群落物种丰富度、物种多样性、均匀度都与土壤含水量
有密切的关系，而与其它土壤因子关系不密切，说明在
巴音布鲁克高寒草原，土壤含水量的高低是限制轮叶马
先蒿的主要生境因子，应通过控制水源处轮叶马先蒿的
传播来防止其大面积发生与蔓延。
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2011年 6月 第 2期（总第 151期） 草食家畜（季刊）
Effect of Soil Environmental Factors to Pedicularis Verticillata L.
in Alpine of Bayanbulak
YAN Kai1, XIE Wen-hua2, HU Yu-kun3, LIU Yan-yan3
(1.Xinjiang grassland terminus, Urumqi 830049, China;
2. Xinjiang agricultural university institute of science and technology, Urumqi 830052, China;
3. Xinjiang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China)
Abstract: In recent years, the P. verticilata occurred seriously in Bayanbulak alpine grassland because of
global warming, grassland long-term overloaded, poor management man-made factors and so on. In order to
prevent P. verticilatas speeding and reasonable use the grassland resources, this paper carried out the effect
of different soil environmental factors to P. verticilata It turned out that P. verticilatas coverage, aboveground
biomass, species diversity, the richness index, diversity index and evenness index of plant community had
closely related with soil water content, and there was no correlation with other soil fators. It showed that soil
water contents discretion was the most important environmental factor of P. verticilata community structure in
Bayanbulak alpine grassland, so we should control the spread of seeds of P. verticilata near the water source .
Key words: Bayanbulak; Pedicularis verticillata L.;species diversity;aboveground biomass
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