全 文 ：近 50 年冀北高原土地利用变化的土壤生境效应 3
盛学斌 3 3 　刘云霞　孙建中
(中国科学院生态环境研究中心 ,北京 100085)
【摘要】　区域性土壤生境的变化 ,很大程度上取决于该区土地利用及其覆被的变化. 通过冀北高原近 50
年不同时段的资料分析证实 ,大片天然草场无序垦为耕地的利用变化及伴随的管理粗放 ,致土壤生境发生
系列负面效应 ,土壤养分逐年下降. 50 年中 ,该区土壤有机质 ,N、P、K全量及速效态量分别以 36190 %、
67177 %、44144 %、34115 %、32122 %、58190 %、35129 %的降幅趋势性地下降 ;砂、粉、粘三项表征土壤物性
特征的不同土粒含量则以 18124 %、19155 %和 12129 %升降皆有的幅度变化. 这一结果揭示 ,为确保区位
重要、生境脆弱区的土地质量不因利用变化和随时间推移而下降 ,永续处于动态平衡 ,务必科学管理 ,技术
举措到位.
关键词 　冀北高原 　土地利用变化 　生境效应 　土地质量 　冀北农牧交错带
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 04 - 0589 - 04 　中图分类号 　S158. 1 　文献标识码 　A
Effect of land2use change on soil habitat in north Hebei plateau during last 50 years. SHEN G Xuebin ,L IU
Yunxia ,SUN Jianzhong ( Research Center f or Eco2Envi ronmental Science , Chinese Academy of Sciences , Beijing
100085 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (4) :589～592.
The change of soil habitat in an area depends on the land2use and cover change in the area to a great extent .
Analysis of soil data in north Hebei plateau during last 50 years confirmed that the land2use change ,i. e. ,the dis2
order reclamation of a large stretch of natural grassland into cultivated land and the extensive farming ,had a se2
ries of negative effects on the soil habitat ,and made the soil nutrients decreased. During last 50 years ,the total
and available amount of soil organic matter ,N , P ,and K decreased by 36. 90 % ,67. 77 % ,44. 44 % ,34. 15 % ,
32122 % ,58. 90 % and 35. 29 % ,respectively ,and the granulometric contents of sand ,silt and clay also varied by
18124 % ,19. 55 % ,and 12. 29 % ,respectively ,which revealed that in order to ensure the land quality in the re2
gionally important but vulnerable habitat area against the effect of land2use change and its possible degradation
with time and to be in sustained dynamic equilibrium ,it is necessary to take reasonable fertilization and reliable
technical measures.
Key words 　North Hebei plateau , Land2use change , Habitat effect , Land quality , Agriculture2pasture ecotone
in north Hebei. 3 国家自然科学基金资助项目 (40072097) .3 3 通讯联系人.
2003 - 11 - 07 收稿 ,2004 - 01 - 17 接受.
1 　引 　　言
冀北高原为半牧半农以牧为主的地区[1～4 ,8 ] ,
后因历史之因 ,耕地面积由 20 世纪 50 年代末的
3167 ×105hm2 扩至 70 年代末的 7147 ×105hm2 ,20
年不到 ,耕地扩大 2 倍多. 此后又经历了多次的扩、
缩变化. 由天然草场变为农业耕地 ,前者缩小、后者
扩大 ,其结果必然带来诸如生物多样性、地表径流、
土壤受侵、土壤生境等系列效应.
土地是一切自然资源之首 ,是人类赖以生存和
发展的物质基础[5 ] . 土地利用及其覆被变化是引发
土壤生境变化的驱动力 ,使土壤养分呈现动态特征
的重要诱因. 土壤生境的微变或显变 ,很大程度上与
土地利用及其覆被变化密切相关.
冀北高原位于京津地区北缘并与之毗邻 ,是京
津地区的水源地和生态屏障 ,是京、津地区生境质量
的重要影响源头. 京、津地区的生境变化很大程度上
受制于这一地区的生境变化、特别是土地利用及其
覆被的变化.
因此 ,在入世后面临大农业产业结构的大调整
中 ,研究这一特定区域、一定时段因土地利用变化而
诱发的土壤诸多生境效应 ,以便从中得到启示 ,适时
调控 ,使其向良性演变 ,无疑具有重要的理论与实践
意义.
2 　研究地区与研究方法
211 　自然概况
该区地处内蒙高原2燕山山地2华北平原的过渡带 ,季风
气候与大陆气候、干旱与半干旱、农区与牧区的交错带 ,总面
积 17371 km2 . 特有的熔岩台地与剥蚀高原格架 ,使这一地
区环境稳定性差 ,生境脆弱 ,对外界条件敏感 ,生物组成和生
应 用 生 态 学 报 　2004 年 4 月 　第 15 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 2004 ,15 (4)∶589～592
产力波动大[10 ] . 受地带性与非地带性的影响 ,在总体干旱的
格局下 ,出现了同纬度下东西部气候的不一性 ,即闪电河为
界的西部寒温带干旱干草原区、东部寒温带半湿润森林草原
区.西部年均气温 212 ℃,年均降水量 374 mm ,蒸发量 1 831
mm ,蒸降比 419 ,年均大风天数 5911 d ,年光照总时数 2
92811 h , ≥10 ℃积温 1 93519 ℃,无霜期 10018 d ,干燥度
1128 ,属干草原天然植被型. 为干旱、冷凉草原植被下发育而
成的栗钙土 ,母质多为各类岩性残坡积物、冲洪积物、风积
物 ;东部平均气温 016 ℃,年均降水量 433 mm ,年均蒸发量 1
578 mm ,蒸降比 3174 ,年均大风天数 5410 d ,年光照总时数
2 77510 h , ≥10 ℃积温 1 59110 ℃,无霜期 7610 d ,干燥度
018 ,属森林草原型植被. 为半湿润寒温型森林草原植被下发
育形成的灰色森林土与黑土 ,母质多为各类岩性的残坡积
物、风积物.
212 　研究方法
21211 选点与采样 　考虑 50 年间剖面点所在地土地利用及
其覆被变化、土壤养分波动等 ,为避、减不同时段的取样误
差 ,使其确具代表性、可比性 ,依据前人和我们已具有的资
料[8 ] ,以前 3 次分布于不同地貌部位、不同表生植被的同一
点土壤剖面为基准 ,经野外两次再调查 ,确定 26 个仍靠近于
同一样点地 ,按土壤发生层次由下而上地逐层取样 ,取样深
至 20 cm ,采样量 134 个[9 ] .
21212 样品分析 　按设计要求 ,对土样进行了有机质 (重铬
酸钾 —硫酸氧化法) ,全 N (硒粉 —硫酸铜 —硫酸硝化法) 、P、
K(氢氟酸 —硝酸 —高氯酸消化 —ICP —AES 法) ,速效 N (碱
解蒸馏法) 、P、K(碳酸浸提 —ICP —AES 法) 和机械组成 (粒
度仪法)等内容的量化分析 [6 ] .
3 　结果与讨论
311 　耕地面积的扩、缩变化
由表 1 可知 ,近 50 年冀北高原耕地面积一直处
于扩、缩变化中 ,由 1958 年的 3167 ×105hm2 扩展为
1979 年的 7147 ×105hm2 ,1986 年的 7111 ×105hm2 .
之后 ,则又缩减为 1992 年的 6153 ×105hm2 和 2001
年的 5193 ×105hm2 ,波动幅度较大. 其中 ,1979 年扩
展幅度最大 ,几乎使耕地面积接近该区土地总面积
的一半.
表 1 　耕地面积的扩、缩变化
Table 1 Variation of cultivated land area
时段
Year
面　积
Area ( ×105hm2)
所占比例
Percentage ( %)
Before 1958 3167 2111
1958～1979 7147 4310
1979～1986 7111 4019
1986～1992 6153 3716
1992～2001 5193 3411
　　由此发现 ,该区土地利用变化始终与国家的农
业政策息息相关 ,当粮食政策主导时 ,耕地面积迅即
扩大 ;当开发与保护生境须同步时 ,耕地面积则在总
体收缩中扩展. 1979 年的 7147 ×105 hm2 和 1986 年
的 7111 ×105hm2 两个时段的耕地面积便是该区扩
展的实例.
众所周知 ,耕地面积的扩大 ,则意味着处于干
旱、冷凉的草原覆被地的缩小 ,进而则给土壤生境带
来系列影响[7 ,11～14 ] .
312 　土壤有机质含量的变化
从图 1 可看出 ,该区土壤有机质均量在 1958 年
前为 2190 % , 至 2001 年时则为 1183 % , 降幅为
36190 %. 其中 1986 年与 1992 年两个时段的降幅最
大.
图 1 　土壤有机质含量的变化
Fig. 1 Variation of organic matters in soil.
　　50 年 ,土壤有机质因土地由天然草场变为耕
地 ,随时间推移而表现不同时段下降 ,且降幅不一 ,
但总体降势渐强的特点. 均值如此 ,极值亦同样如
此. 这一结果与赵雪等[17 ]在该区同类土壤分析结果
基本一致 (表 2) .
表 2 　不同耕龄栗钙土土壤养分与含量变化
Table 2 Variation of nutrient content in chestnut soil cultivated in different time periods
耕种年限
Cultivation
time (yr)
土层深度
Depth of soil
layer (cm)
有机质
Organic matters
(g·kg - 1)
全养分
Total nutrients(g·kg - 1)
N P2O5 K2O
速效养分
Available nutrients(mg·kg - 1)
N P K
0 0～20 36159 1123 1127 25180 406100 22189 346150
8 0～20 16156 0177 0152 32150 40120 11111 110100
30 0～20 14177 0165 0150 27150 31140 12137 60100
> 50 0～20 9178 0149 0141 30100 31120 8113 60100
　　有机质是表征土壤肥力的主要标志. 有机质随
时间推移而趋势性下降 ,说明该区土地利用变化中 ,
有机质的矿质化程度强于腐殖化程度、消耗大于积
累的特征突出.
095 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
313 　土壤 N、P、K含量的变化
表 3 数据表明 ,土壤主要营养素 N、P、K ,无论
全量或速效态 ,均随时间推移而下降. 除个别时段有
的元素略有降、升波动外 ,总体都表现下降态势. 50
年 , 全 N 量 由 01363 % 降 至 01117 % , 降 幅 为
67177 % ,各个时段的降幅依序为 28165 % (1958～
1979 年) 、34136 % (1979～1986 年) 、22135 % (1986
～1992 年) 、11136 %(1992～2001 年) ;全 P 量依上
述时段变化序列为 22122 %、12150 %、1125 %、和
36171 %.之中 ,12150 %为 1979～1986 年时段的升
幅. 50 年的总降幅为 44144 % ;全 K 的下降趋势与
N、P 大体相同 ,只是降幅略小于前二者. 于上述时
段内的降幅排序依次为 4188 %、14110 %、14143 %、
5181 % ,50 年间的总降幅为 34115 %. 对 N、P、K 三
要素的速效态而言 ,其间的降势、降幅亦与全量态大
体相似 (表 3) . 由此得知 ,与有机质关系密切的 N、
P、K ,在该区的变化特征几乎与有机质相似[15～17 ] .
表 3 　栗钙土 N、P、K含量变化
Table 3 Variation of N, P,and K contents in chestnut soil
时段
Year
全量 Total amounts ( %)
N P K
速效态 Available (mg·kg - 1)
N P K
Before 1958 01363 01090 2146 149130 5162 167180
1958～1979 01259 01070 2134 109134 3192 139198
1979～1986 01170 01080 2101 109138 2171 121162
1986～1992 01132 01079 1172 105120 3124 139101
1992～2001 01117 01050 1162 101120 2131 108159
314 　土壤颗粒的变化
土壤颗粒是土壤固相的重要组分 ,是决定土壤
理化与生物特征 ,关系土壤水分、空气、热量和养分
的重要因子. 图 2 显示 ,伴随土地利用的变化 ,该区
> 0105 mm、0105～01005 mm 和 < 01005 mm 三项
代表砂、粉、粘不同粒级的土壤颗粒均发生不同程度
的反向变化. 50 年 , > 0105 mm 的颗粒以一定的幅
度上升 ,0105～01005 mm 和 < 01005 mm 的颗粒则
以一定的幅度下降 ,呈反向变化. 按时段顺序 , >
0105 mm 粒级的颗粒 ,上升的幅度依序为 4141 %、
0170 %、3156 %和 10169 % ,总体升幅为 18124 % ;
0105～ 01005 mm 粒级颗粒的降幅则依次为
7134 %、1149 %、7171 %、4150 % , 总 体 降 幅 为
19155 % ; < 01005 mm 粒级的颗粒 ,则以 3197 %、
3127 %、1135 %与 4128 %的排序下降 ,总体降幅为
12129 %.
> 0105 mm 的升幅与 0105 ～ 01005 mm、<
01005 mm 的降幅 ,从总体变幅看 ,升降特征大体类
似 ,这一现象与该区土地利用变化、耕地粗放、干冷
多风的生境特点相关联 ;粉、粘粒吹扬、富积率减少 ,
砂粒滞留、富积率增高 ,粗粒增加、细粒减少 ,两者反
向变化使然.
图 2 　土壤颗粒的变化
Fig. 2 Variation of soil grains.
4 　结 　　论
411 　近 50 年的不同时段 ,冀北高原天然草场面积
缩小 ,人为耕地面积扩大 ,土地利用及其覆被发生变
化 ,引发土壤生境效应 ,导致土壤主要养分动态性降
低.
412 　其中有机质 ,N、P、K 全量及速效态量均以不
同幅度下降 ,但降幅呈大体接近的趋势.
413 　表征土壤物性指征的砂、粉、粘三项不同粒级
的土壤颗粒 ,随着时间推移发生了砂粒升 ,粉、粘粒
降、且降幅略有差异的反向变化 ,但升降总趋势基本
相似.
414 　为使土地利用变化不因时间推移诱发土地质
量下降 ,永续处于动态平衡 ,必须科学培肥 ,合理利
用 ,技术举措到位.
参考文献
1 　Chen B2M (陈百明) . 1997. A discussion on land2use and land2cover
change and its human driving force in China. Nat ural Resources (自
然资源) ,2 :31～36 (in Chinese)
2 　Guo X2D(郭旭东) ,Chen L2D (陈利顶) , Fu B2J (傅伯杰) . 1999.
Effect of land2use and land2cover change on regional eco2environ2
ment . A dv Envi ron Sci (环境科学进展) ,7 (6) :66～75 (in Chi2
nese)
3 　Guo X2D(郭旭东) , Fu B2J (傅伯杰) ,Chen L2D (陈利顶) , et al .
2000. Characteristics of temporal2spatial variation of nutrients in
soil in Zunhua steppe , Hebei Province. Acta Geogra Sin (地理学
报) ,55 (5) :556～566 (in Chinese)
4 　Hass(哈　斯) . 1994. Unerodable grains of soil and effect of culti2
vation mode on soil deflation on the Bashang plateau. Deserts China
(中国沙漠) ,14 (4) :92～96 (in Chinese)
5 　Liu J2Y(刘纪远) ,Zhang Z2Q (张增强) ,Zhuang D2F (庄大方) , et
al . 2003. Temporal2spatial characteristics of land 2use change in
China in 1990s and genetic analysis. Geogra Res (地理研究) , 22
(1) :1～12 (in Chinese)
6 　Professional Commission of Agriculture Chemistry of Chinese Pedo2
logical Society. 1983. Routine Analytical Methods in Agriculture
Chemistry of Soil. Beijing :Science Press. (in Chinese)
7 　Qing L2J (秦丽洁) ,Zhang Y(张 　郁) ,Xu H2M (许红梅) , et al .
2002. Study on eco2environmental effects of land2use change : An
example from Qianguoxian county. Geogra Sci (地理科学) , 22
1954 期 　　　　　　　　　　　盛学斌等 :近 50 年冀北高原土地利用变化的土壤生境效应 　　　　　　　　　　　
(4) :508～512 (in Chinese)
8 　Sheng X2B(盛学斌) ,Liu Y2X(刘云霞) ,Sun J2Z(孙建中) . 2002.
Relation between variation in some properties of soil and surface
vegetation and desertification in agriculture2pasture alternate zone.
Chin A ppl Ecol (应用生态学报) ,13 (7) :909～910 (in Chinese)
9 　Shi P2J (史培军) , Gong P(宫　鹏) ,Li X2B(李晓兵) , et al . 2000.
Methods and Practice for Study of Land2cover Change. Beijing :Sci2
ence Press. 1～3 ,19～23 (in Chinese)
10 　Statistical Department of Zhangjiakou City. 1999. Statistical Year2
Book of Zhangjiakou Society. Beijing : China Statistics Press. ( in
Chinese)
11 　Turner BL II , et al . 1994. Global land2use and land2cover change :
integrated research. A mbio ,23 (1) :91～95 (in Chinese)
12 　Turner BL II ,Skole D , Fischer G , et al . 1995. Land2use and land2
cover change : science/ research plan. IGBP repor No. 35 and HDP
report No. 7. Stockholm and Geneva.
13 　Wang S2Q (王绍强) , Chen Y2F (陈育峰) , et al . 1998. Latest
trends in USGRP land2cover research. A dv Geogra Sci (地理科学
进展) ,17 (1) :52～57
14 　Yang L2M (杨立民) ,Zhu Q2J (朱启疆) . 1999. Current status and perspectives of remote sensing study on global and regional landcover and land2use. Nat Resour (自然资源学报) ,14 (4) :340～344(in Chinese)15 　Yuan K2N (袁可能) . 1983. Pedological chemistry of nutrients ele2ments for plants. Beijing : Science Press. 65～80 ,110～156 ,182～20116 　Zhang Y2M (张永民) ,Zhao S2D (赵士洞) . 2003. Analysis of land2use change in Horqin sandy land and its surrounding area during thepast 15 years. J Nat Resour (自然资源学报) ,18 (2) :174～181 (inChinese)17 　Zhao X (赵 　雪) , Zhao W2Z (赵文智) ,Bao Y(宝 　音) , et al .1997. The vulnerable eco2environment in Bashang area of Hebeiprovince and its remediation. Beijing : China Environment SciencePress. 62～66 (in Chinese)作者简介 　盛学斌 ,男 ,1940 年生 ,研究员 ,主要从事区域生境时空变化与人类活动相关性研究 ,发表论文 80 余篇 ,合作专著 4 部. Tel : ( 010) 62849171 　E2mail : xuebinsh @mail.rcees. ac. cn
致　读　者　·　作　者
　　《应用生态学报》系中国科学院沈阳应用生态研究所和中国生态学会主办的国内外公开发行的学术性期
刊 ,科学出版社出版. 国际标准刊号为 ISSN100129332. 专门刊载有关应用生态学 (主要包括森林生态学、农
业生态学、草地牧业生态学、渔业生态学、自然资源生态学、景观生态学、全球生态学、城市生态学、污染生态
学、化学生态学、生态工程学等)的具有创新性的综合性论文、研究报告和研究简报等.
　　本刊创刊于 1990 年 ,现为月刊 ,采用国际标准开本 (210mm ×285mm) ,176 面 ,每期 39 万字. 本刊系中
国自然科学核心期刊 ,曾荣获全国优秀科技期刊和中国科学院优秀期刊称号. 本刊整体质量和水平已达到相
当高度 ,在国内外应用生态学界的影响日益扩大.《中国科学引文索引》、《中国生物学文摘》、美国《生物学文
摘》(BA) 、美国《化学文摘》(CA) 、英国《生态学文摘》( EA) 、日本《科学技术文献速报》(CBST)和俄罗斯《文摘
杂志》(РЖ)等数十种权威检索刊物均收录本刊的论文摘要 (中英文) .
　　据悉 ,您们正在从事有关生态与环境科学研究项目 (如国家基础科学人才培养基金项目、国家杰出青年
科学基金项目、国家自然科学基金重大和重点项目、国家攀登计划项目、国家“863”和“973”计划项目、国家重
点科技攻关项目、“百人计划”项目、“长江学者计划”项目和国际合作研究项目等) ,并有望取得重大研究成果
和产生一系列创新论文 ,本刊编辑同仁热切希望您及您的同行们充分利用这一科学园地 ,竭诚为您们提供优
质跟踪服务 ,本刊将及时发表您们的创新成果论文 (或以特刊、专刊及增刊等形式发表 ,或以专刊形式发表优
秀英文创新论文) . 我们相信这一承诺一定能得到您们的积极响应 ,愿我们迎着新世纪的曙光 ,为应用生态学
的发展协同奋进 !
　　我们的目的 :
　　　读者 ———广泛订阅这一优秀期刊
　　　作者 ———充分利用这一科学园地
　　　编者 ———精心编制这一信息精品
《应用生态学报》编辑部
295 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷