全 文 ：人为干扰下子午岭次生林土壤生态因子动态变化 3
周正朝1 ,3 　上官周平1 ,2 3 3
(1 中国科学院水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,杨凌 712100 ;
2 西北农林科技大学 ,杨凌 712100 ;3 中国科学院研究生院 ,北京 100039)
【摘要】　对黄土高原陕西子午岭次生林区不同人为扰动条件下林地土壤容重、有机质、团聚体和微生物等
进行了研究. 结果表明 ,人为干扰 (砍伐与开垦)对土壤生态因子影响较大 ,随干扰程度加剧 ,土壤理化性质
变差 ,土壤有机质由 212 %下降到 018 %. 土壤稳定性团聚体减少 30 % ;微生物数量由 15 ×109 个·g - 1干土
下降到 8 ×107 个·g - 1干土 ,土壤退化严重. 在同一干扰类型的土壤剖面上 ,土壤有机质和土壤微生物随土
层深度的增加分别减少了 50 %和 90 % ,并且在不同干扰强度下变化幅度略有差异. 土壤容重由表层的
019 g·cm - 3增加到 1121 g·cm - 3 ,呈增大趋势. 同一干扰类型土壤理化性质在沟缘线上下存在一定差别 ,
沟缘线以下样地表现出较好的土壤理化性质和较高的微生物量.
关键词 　人为干扰 　土壤性质 　土壤微生物 　次生林地 　黄土高原
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 09 - 1586 - 05 　中图分类号 　S15411 　文献标识码 　A
Dynamic changes of soil ecological factors in Ziwuling secondary forest area under human disturbance. ZHOU
Zhengchao1 ,3 ,SHAN GGUAN Zhouping1 ,2 (1 S tate Key L aboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the
L oess Plateau , Institute of Soil and W ater Conservation , Chinese Academy of Sciences , Yangling 712100 , Chi2
na ;2 Northwest Sci2Tech U niversity of A griculture and Forest ry , Yangling 712100 , China ; 3 Graduate School
of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (9) :1586～1590.
As a widespread natural phenomenon ,disturbance is considered as a discrete event occurred in natural ecosystems
at various spatial and temporal scales. The occurrence of disturbance directly affects the structure ,function and
dynamics of ecosystems. Forest logging and forestland assart ,the common human disturbances in forest area ,have
caused the dynamic changes of forest soil ecological factors in a relatively consistent environment . A study on the
dynamics of soil bulk density ,soil organic matter ,soil microbes and other soil ecological factors under different hu2
man disturbance (logging and assart ,logging but without assart ,control) were conducted in the Ziwuling sec2
ondary forest area. The results indicated that human disturbance had a deep impact on the soil ecological factors ,
with soil physical and chemical properties become bad ,soil organic matter decreased from 2. 2 % to 0. 8 % ,and
soil stable aggregates dropped more than 30 %. The quantity of soil microbes decreased sharply with enhanced hu2
man disturbance. Soil organic matter and soil microbes decreased more than 50 % and 90 % ,respectively ,and soil
bulk density increased from 0. 9 to 1. 21 g·cm - 3 with increasing soil depth. Ditch edge level also affected the dy2
namics of soil factors under the same disturbance ,with a better soil ecological condition at low2than at high ditch
edge level.
Key words 　Human disturbance , Soil property , Soil microbe , Secondary forest area , Loess Plateau.3 国家重点基础研究发展规划项目 (2002CB111502) 、国家自然科学
基金项目 (90102012) 、教育部博士点专项科研基金 (20030712001)和
教育部新世纪人才工程计划资助项目 (NCET20420955) .3 3 通讯联系人. E2mail :shangguan @ms. iswc. ac. cn
2005 - 04 - 06 收稿 ,2005 - 05 - 19 接受.
1 　引 　　言
干扰是存在于自然界中的一种普遍现象 ,直接
影响着生态系统的各个组成要素和演变过
程[2 ,6 ,7 ,9 ,20 ] .近年来 ,人为活动引起的干扰对森林
生态系统结构与功能的影响已受到生态学家的广泛
重视 ,并开展了一系列工作[1 ,11 ,15 ,18 ,27 ] . 黄土高原
是世界上水土流失最严重的区域之一 ,严重的水土
流失与当地森林植被的破坏密不可分[5 ,19 ] . 森林植
被破坏不仅造成森林植物区系成分的退化 ,而且还
会引起森林土壤质量的退化 ,从而制约该区经济发
展和生态环境的改善. 不少学者对森林植被破坏后
植被恢复和植物群落组成及其结构变化特征的研究
做了较多工作[10 ,12 ,13 ,17 ,23 ] ,而对与之密切相关的土
壤生态因子动态研究相对较少. 本文以黄土高原陕
西子午岭次生林区为例 ,对不同人为干扰条件下森
林植被土壤生态因子动态进行了分析 ,以期为该区
的植被恢复和生态重建提供理论依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
本研究选择子午岭次生林区的陕西省富县任家台林场
应 用 生 态 学 报 　2005 年 9 月 　第 16 卷 　第 9 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Sep. 2005 ,16 (9)∶1586～1590
为试验场 . 该区地貌类型属梁状黄土丘陵沟壑区 ,海拔 920
～1 683 m ,年均气温 9 ℃,年均降雨量 57617 mm. 试验区土
壤类型属松栎林森林植被下发育的褐土. 由于本区已遭强烈
侵蚀 ,故土壤剖面发育不深 ,部分林地土层上部约有 10～30
cm 厚的腐殖质层 ,以下为接近黄土母质的过渡层 ,无明显的
淋溶层和淀积层[4 ,26 ] .
212 　研究方法
以位于任家台林场的中国科学院水土保持研究所“子午
岭土壤侵蚀与生态环境观测站”为基地 ,利用建于 1989 年的
定位观测径流小区 ,在已有坡面径流小区中选择于 1989 年
完全砍伐去除地表植被并开垦 (砍伐开垦)和 1989 年完全砍
伐但不开垦 (砍伐未开垦) 的小区为研究样地 ,以不砍伐 (自
然状态)的小区为对照 ,并以沟缘线上下的小区为对比 ,所用
试验径流区的基本特征如表 1 ,用以研究人为扰动以及侵蚀
引起上方来水来沙对土壤生态因子的影响 [25 ] .
2004 年 4 月 ,在径流小区上、中、下 3 个位点 (即重复 3
次)分 3 层 (0～15 cm、16～30 cm 和 31～50 cm) 采集土壤样
品 ,共计 54 个土样 (3 ×3 ×3 ×2 = 54) ,用以分析土壤生态因
子. 土壤容重与水稳性团聚体分别用环刀和铝饭盒采集 0～
15 cm、16～30 cm 和 31～50 cm 的中点原状土样带回实验
室 ,容重采用烘干法[8 ]测定 ,土壤水稳性团聚体用沙维诺夫
干湿筛法[8 ]测定. 土壤含水量、土壤有机质和土壤微生物则
采集 0～15 cm、16～30 cm 和 31～50 cm 的全层混合土样带
回实验室测定. 土壤含水量用烘干法测定 ,土壤有机质用重
铬酸钾外加热法[8 ]测定 ,微生物用稀释平板记数法 [3 ]测定.
表 1 　试验径流小区的基本特征
Table 1 Characters of sample land
采样小区
Sample
坡 度
Slope
(°)
坡 向
Orientation
海 拔
Elevation
(m)
植被类型
Vegetation
A Up 30 NW 15° 1230 -
Below 25 NW 15° 1195 -
B Up 28 NW 15° 1225 Ⅰ
Below 25 NW 15° 1200 Ⅰ
C Up 30 NW 15° 1225 Ⅱ
Below 25 NW 15° 1195 Ⅱ
A :砍伐并开垦 Logging and assart ;B :砍伐不开垦 Logging but no assart ;C :未砍
伐 No logging ; Up :沟缘线以上 Up the slope ; Below :沟缘线以下 Below the
slope1 下同 The same below1 Ⅰ1 辽东栎 Quercus w utaishanica + 白桦
B1 platyphylla + 油松 P1 tabulaef ormis ; Ⅱ1 辽东栎 Q1 w utaishanica + 白桦
B1 platyphylla1
3 　结果与讨论
311 　人为干扰对土壤含水量的影响
由图 1 可见 ,干扰对土壤水分产生较大的影响 ,
不论沟塬上或沟塬下 ,不同样地土壤水分动态差异
较大 ,呈现未砍伐 > 砍伐不开垦 > 砍伐并开垦. 对于
未砍伐和砍伐不开垦样地 ,其土壤含水量随土层深
度的增加没有明显变化 ,基本维持在一个恒定的水
平 ,而砍伐并开垦样地的土壤含水量随土层深度的
增加而增大 ,在土层深 40 cm 处基本与砍伐不开垦
样地含水量相当. 未砍伐的林地由于枯落物分解增
加了土壤有机质 ,以及植物根系的穿插形成良好的
土壤结构 ,因此具有较高的持水性能 ,在同一气候和
地理条件下表现出较高的土壤含水量. 而砍伐未开
垦和砍伐开垦样地由于土壤有机质含量相对较低 ,
土壤持水性能也较弱 ,从而表现为较低的土壤含水
量 ;尤其是砍伐并开垦样地 ,由于地表无任何植被覆
盖 ,土壤表层蒸发强烈 ,导致表层含水量低于下层.
图 1 　不同干扰下土壤含水量在土壤剖面上的变化
Fig. 1 Dynamics of soil water content in soil profile under different dis2
turbance1
A :砍伐并开垦 Logging and assart ;B :砍伐不开垦 Logging but no as2
sart ;C :未砍伐 No logging ;a)沟缘线以上 Up the slope ;b)沟缘线以下
Below the slope. 下同 The same below.
　　同类型样地沟缘线上、下的土壤水分存在一定
差别 ,3 种样地都表现出沟缘线以下土壤含水量大
于沟缘线以上土壤 (图 1) . 沟缘线以下太阳辐射相
对较沟缘线上少 ,沟缘线上土壤水分蒸发较为强烈 ,
从而表现出土壤含水量差异. 另外 ,由于水分的运
动 ,特别是当降水发生时 ,更多的水分由沟缘上向沟
缘线下富集 ,导致沟缘下土壤水分相对较高.
312 　人为干扰对土壤容重的影响
土壤容重与土壤的空隙度和渗透率密切相关.
其大小主要受土壤质地、土壤有机质和人为干扰的
影响. 随土层深度增加 ,各样地土壤容重增大 ;同一
土层样地之间土壤容重存在较大差别 ,未砍伐 > 砍
伐不开垦 > 砍伐并开垦 (图 2) . 由于植被砍伐 ,限制
地表枯落物的形成 ,进而限制了土壤有机质的累积 ,
特别是砍伐并开垦的样地 ,由于侵蚀等作用进一步
导致土壤有机质含量降低 ,土壤容重较大. 而未砍伐
样地的地表枯落物不断累积 ,并逐渐分解形成土壤
有机质 ,使得土壤容重相对较小.
由图 2 可见 ,同一类型样地土壤容重在沟缘线
上、下也存在一定差别. 沟缘线下土壤容重变幅相对
78519 期 　　　　　　　　　　　　周正朝等 :人为干扰下子午岭次生林土壤生态因子动态变化 　　　　　　　　　　　
图 2 　不同干扰下土壤容重在土壤剖面上的变化
Fig. 2 Dynamics of soil bulk density in soil profile under different distur2
bance1
沟缘线上较小 ,并且沟缘线以下土壤容重相对沟缘
线上小. 由于侵蚀作用 ,沟缘线以上土壤有机质在降
雨侵蚀下随径流移动到沟缘线以下样地 ,从而改变
沟缘线以下土壤性质 ,导致土壤容重降低. 另外 ,由
于风的作用 ,将沟缘线以上植被的一些枯枝落叶吹
到沟缘线以下样地 ,也促进了沟缘线以下样地的土
壤有机质含量增加 ,从而使土壤容重变小.
313 　人为干扰对土壤有机质的影响
土壤有机质是陆地生物圈生物地球化学循环的
主要成分之一 , 是评价土壤质量的一个重要指
标[16 ] .土壤有机质是植物养分元素循环的中心 ,不
仅提高土壤养分的有效性 ,而且能增加土壤团聚体、
团聚体的稳定和渗透率 ,减少雨滴和径流等对土壤
结构的影响 ,因此 ,土壤有机质的动态稳定是生态系
统健康运行的基础.
人为扰动对土壤有机质有较大影响 ,砍伐开垦
的样地土壤有机质极低 ( < 1 %) ,砍伐不开垦和未砍
伐的样地土壤有机质含量较高 (图 3) . 这主要是由
于砍伐开垦后 ,没有枯落物腐烂分解补充土壤有机
质 ,同时由于砍伐开垦引起严重的土壤侵蚀作用 ,使
得原来富含有机质的表层土壤遭到侵蚀 ,大量有机
质随表土的流失而流失 ,表现为与未砍伐和未开垦
相比土壤有机质含量极小. 而对于砍伐不开垦的样
地 ,虽然植被遭到了严重的破坏但是土壤表层所受
的扰动较小 ,由于有良好的土壤团粒结构 ,因此在砍
伐后不会引起强烈的侵蚀作用 ,同时 ,在砍伐后植被
慢慢恢复 ,逐渐有新的枯落物形成并分解成为土壤
有机质. 因此表现为砍伐不开垦样地的有机质变化
不大 ,基本与未砍伐的林地相当.
随土层深度增加 ,土壤有机质含量下降 ;对于同
图 3 　不同干扰下土壤有机质在土壤剖面上的变化
Fig. 3 Dynamics of soil organic matter in soil profile under different dis2
turbance1
一类型样地 ,沟缘线以下土壤有机质含量要高于沟
缘线以上土壤 ,这主要是降水形成的径流将沟缘线
以上土壤有机质带入沟缘线以下土壤 (图 3) . 同时 ,
由于刮风和重力影响沟缘线以上的一些枯落物也会
转移到沟缘线以下 ,从而使沟缘线以下土壤有机质
增加.
314 　人为干扰对土壤团聚体的影响
土壤团聚体是土壤肥力的调节中心 ,同时也影
响着土壤的持水性、通透性和抗蚀性. 样地土壤稳定
性团聚体 ( > 0125 mm) 含量分析表明 ,砍伐并开垦
对土壤团聚体含量有较大的影响 (图 4) . 这主要是
由于砍伐并开垦后土壤有机质迅速下降 ,同时 ,由于
土壤侵蚀破坏 ,从而使砍伐开垦的样地土壤团聚体
含量下降. 另外 ,砍伐并开垦样地与未开垦或未砍伐
样地的一个重要差别是前者没有植物根系的穿插和
缠绕作用 , 从而在团聚体形成上受到一定的限
制[21 ,22 ] . 而砍伐未开垦和未砍伐样地由于土壤有机
质相差不大 ,侵蚀作用也很小 ,因此土壤团聚体含量
图 4 　不同干扰下土壤团聚体在土壤剖面上的变化
Fig. 4 Dynamics of soil stable aggregate in soil profile under different dis2
turbance.
8851　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 2 　不同土壤微生物区系分布
Table 2 Distribution of soil microbe in different sample
样地
Sample
土层深度
Soil depth
(cm)
细 菌
Bacteria
( ×107·g - 1
dry soil)
真　菌
Fungi
( ×104·g - 1
dry soil)
放 线 菌
Actinomyces
( ×105·g - 1
dry soil)
微生物总数
Microorganism
( ×107·g - 1
dry soil)
A Up 0～15 7187 0186 6117 7193
16～30 2168 0101 2151 2171
31～50 0178 0108 2185 0180
Below 0～15 0185 0122 9141 0195
16～30 2124 0101 4183 2125
31～50 1121 0101 4112 1122
B Up 0～15 981106 0165 13190 981120
16～30 410170 0198 14106 410184
31～50 10127 0151 15100 10142
Below 0～15 1326161 4155 4125 1326166
16～30 536116 0160 5113 536122
31～50 0147 0140 3196 0151
C Up 0～15 1536165 5161 512162 1541178
16～30 518186 10135 6127 518193
31～50 1126 0101 4123 1130
Below 0～15 1597111 0190 8159 1597119
16～30 381120 0119 6186 381127
31～50 60187 0119 3176 6019
差别不大. 同时 ,对于同一类型的样地沟缘线上下土
壤团聚体含量差别不显著. 这可能是虽然沟缘线上、
下土壤有机质存在一定差别 ,但是还不足以引起土
壤团聚体含量变化.
315 　人为干扰对土壤微生物的影响
土壤微生物是控制生态系统中 C、N 和其他养
分循环的关键 ,是土壤肥力发育的原动力[14 ] . 同时 ,
外界干扰和土壤各种因素的变化也对土壤微生物的
类群与分布产生重要影响. 随土层深度增加 ,各个样
地土壤细菌、真菌和放线菌都出现由上而下急剧递
减的趋势 (表 2) . 三大类土壤微生物中 ,细菌最多、
真菌最少 ,并且都主要集中在土壤表层 ,特别是 0～
15 cm 土层微生物最多. 这主要是由于表层土壤有
机质含量相对较高 ,土壤疏松具有较好的通透性和
较快的热交换能力 ,为微生物的生活提供了理想的
条件 ,有利于微生物的生长繁殖. 细菌在表层土壤中
所占比例远高于底层土壤 ,而真菌和放线菌则在地
层土壤中占有较大比例 (表 2) . 这一方面是由于细
菌消耗大量养分 ,影响了真菌和放线菌的繁殖 ,从而
在表层土壤中真菌和放线菌所占比例较小 ;另一方
面 ,由于真菌和放线菌能形成菌丝体 ,对干旱缺水和
不通气等不良环境有较强的适应能力 ,从而比细菌
生长好 ,因此所占微生物比例也上升[24 ] .
不同扰动下土壤微生物数量有较大差异 ,各个
土层都显示出未砍伐 > 砍伐未开垦 > 砍伐并开垦
(表 2) . 土壤微生物生命活动受到土壤含水量、土壤
容重、土壤有机质和土壤通透性的影响. 而这些土壤
物理化学因子在不同扰动下都存在着变化 ,因此土
壤微生物数量在不同的扰动下也表现出一定的差
异.
4 　结 　　论
人为干扰对土壤生态因子具有明显的影响. 植
被砍伐、林地开垦使土壤理化性质变差 ,土壤侵蚀加
剧林地质量严重退化 ,土壤微生物数量和活性降低.
在土壤剖面上 ,土壤有机质、团聚体和微生物数量由
上而下逐渐下降 ,土壤容重增大 ,土壤变得板结紧
实. 土壤生态因子在沟缘线上下呈现一定差别. 3 种
样地类型都体现出沟缘线下土壤有机质、土壤含水
量增加 ,土壤容重降低 ,土壤微生物数量增加的趋
势.
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作者简介 　周正朝 ,男 ,1980 年 2 月生 ,博士生. 主要从事植
物生态与环境演变、植被与土壤侵蚀关系的研究. Tel :0292
87019107 ; E2mail :zhouzhengchao @126. com0951　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷