全 文 ：川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸土壤及其草本群落的比较研究
周卫生 1 ,吴宁 2 ,包维楷 2 ,干友民3 　(1.四川大学生命科学学院 ,四川成都 610064;2.中国科学院成都生物研究所 ,四川成都
610041;3.四川农业大学草业科学系 ,四川雅安 625014)
摘要　通过样方调查 ,取样地上地下生物量 ,分析土壤理化性质 ,对川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸土壤及其草本群落进行比较研
究。结果发现:①森林皆伐迹地土壤的有机质含量、孔隙度 、全氮、全磷 、全钾和铵态氮高于四川嵩草草甸土壤 ,硝态氮和容重低于四川
嵩草草甸土壤。四川嵩草草甸土壤劣于皆伐迹地 ,其自然恢复是一个较长期的过程。②森林皆伐迹地的草本群落以禾本科植物为优势
种 ,主要植物是禾本科与杂类草;四川嵩草草甸以莎草科植物为优势种 ,主要植物是莎草科与杂类草。皆伐迹地的草本群落高度、物种
数、Margalef指数和 Shannon-Wiener多样性指数高于四川嵩草草甸 ,但密度与物种均匀度低于四川嵩草草甸 ,皆伐迹地的草本群落不是
一个稳定的群落。森林皆伐迹地草本群落与四川嵩草草甸的生物量没有不同。减轻放牧压或进行封育 ,四川嵩草草甸植被是能够恢复
到以禾本科牧草为主的优良草地的。 ③森林皆伐迹地与四川嵩草草甸草本植物群落优势层片的植物种类不同 ,群落外貌不同。
关键词　森林皆伐迹地;四川嵩草草甸;土壤;草本群落
中图分类号　S181　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)02-00777-03
ComparativeStudiesonSoilandHerbageCommunityinClear-cutingForestlandsandKobresiasetchwanensisMeadowinNorth-
westernRegionsofSichuanProvince
ZHOUWei-shengetal　(ColegeofLifeSciences, SichuanUniversity, Chengdu, Sichuan610064)
Abstract　Throughplotsinvestigation, samplingabove-groundandundergroundbiomass, analysisofsoilphysicalandchemicalcharacteris-
tics, thisstudyaimedtoconductcomparativestudiesonsoilandherbagecommunityinclear-cutingforestlandandKobresiassetchwanensis
meadowinnorthwesternregionsofSichuanProvince.Theresultsshowedthat①Thecontentoforganicmater, porositydegree, totalN, total
P, totalKandNH-Ninclear-cuttingforestlandsoilwerehigher, butthecontentofNO-3 -Nandbulkdensitywerelower.ThephysicalandchemicalcharacteristicsofsoilinK.setchwanensismeadowwasworsethanthatofK.setchwanensismeadowsoil, whosenaturalrestoration
neededalongtime;②Gramineousplantsinclear-cutingforestlandweredominantspecies, whoseprimaryplantsweregramineaeandforbs.
SedgeplantsinK.setchwaneusismeadowweredominantspecies, whoseprimaryplantsweresedgeandforbs.Herbagecommunityheight, spe-
cienumbers, MargalefindexandShannon-Wienerdiversityindexinclear-cutingforestlandwerebigger, individualdensityandspecieuni-
formitydegreeinclear-cutingforestlandweresmalerandtheherbaceouscommunityinclear-cutingforestlandwasnotasteadycommunity.
Communitybiomassinclear-cutingforestlandandK.setchwaneusismeadowwerenotdiferent, andK.setchwanensismeadowwasabletore-
coverasafinemeadowwithgramineousplantsasdominantspeciesafterlowergrazingorstopgrazing;③Plantspeciesandcommunityappear-
anceinthedominantsynusiaofherbagecommunityinclear-cutingforestlandandK.setchwanensismeadowweredifferent.
Keywords　Clear-cutingforestland;Kobresiasetchwanensismeadow;Soil;Herbagecommunity
基金项目　国家重点基础研究发展规划(2005CB422006);中国科学院
知识创新工程项目(KZCX3-SW-339)。
作者简介　周卫生(1974-),男 ,重庆忠县人 , 博士研究生 ,研究方向:
植物生态。
收稿日期　 2008-11-03
　　森林和草地在亚高山带的阴阳坡上交错分布 ,呈一弧型
分布在青藏高原东部 [ 1] 。近 50年来大规模的森林皆伐已经
使亚高山针叶林遭到严重破坏 ,形成大面积的皆伐迹地 。皆
伐破坏导致植被定居环境裸露 ,大量养分与有机质丧失 ,土
壤变得干燥 ,蓄水能力减弱 ,温度变幅增大 ,灌草物种侵入 ,
剧烈改变了森林的更新环境条件 ,严重阻碍了森林的自然更
新 [ 2] 。川西北亚高山针叶林皆伐后如果没有人工造林的干
扰和改造 ,迹地植被将维持红白刺灌丛或草丛群落阶段 [ 3] 。
川西北草地是我国的第 5大牧区 ,生态环境复杂而脆
弱 ,草地退化已达 60%,生态功能与经济功能日趋减弱 。虽
然不少学者对其进行了相关研究 [ 4-10] ,但至今少见对皆伐迹
地的草地群落和土壤与天然四川嵩草草甸进行比较研究 。
皆伐迹地与四川嵩草草甸进行着同样的放牧活动 ,因而
很有必要进行川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸土壤及
其草本群落的比较研究 ,从中找出二者的异同 ,以期为皆伐
迹地植物群落的自然恢复与人为更新提供必要理论基础 ,为
认识川西北放牧退化的高寒草甸和恢复放牧退化的高寒草
甸提供相关的知识。
1　研究地区概况与研究方法
1.1　研究地自然概况　森林皆伐迹地位于四川省壤塘县林
业局二林场日柯沟的阴坡 ,是青藏高原东部典型的高海拔森
林区 ,皆伐时间是 1994年 ,地理位置在 100°44′E, 32°21′N,
海拔 3 617m。在地貌上 ,具有高山峡谷向高原山丘过渡的
特征 ,地势陡峭 ,河谷狭窄幽深 ,谷底与山岭之间相对高差达
1 000 ～ 1 500 m。试验地位于谷底的扇形冲积台地和河阶
地 ,气候属大陆性高原温带季风气候 ,其气温变化剧烈 ,日照
时数和强度差异大;年均温 1.2 ℃,最高温 25.0 ℃,最低温
-30.0 ℃;年降水量 724 mm,主要集中在 6 ～9月份 ,约占全
年降水量的 85%以上;湿季相对湿度 35% ～ 90%, 10月至翌
年 5月为旱季 ,相对湿度 20% ～ 30%;年蒸发量在 1 000mm,
约大于降水量的 1/3;无霜期 7～ 28 d,太阳辐射约每年 2 400
h[ 11] 。群落植物主要由草本植物与灌丛组成 ,有高等植物 45
种 ,绝大多数为多年生植物。主要优势种是冷地早熟禾(Poa
crymophila),主要伴生种有垂穗披碱草(Elymusnutan)、臭蒿
(Artemisiahedini)、柳兰(Epilobiumangustifolium)等。
四川嵩草草甸研究地点位于四川西北部的红原县境内 ,
地理位置 101°51′E, 31°51′N,海拔约 3 500 m。气候属大陆
性高原温带季风气候 ,日温差大 ,无绝对无霜期;年均温 1.1
℃,最高温 24.3℃,最低温 -33.3 ℃;年降水量 730 mm,年
蒸发量 1 303 mm,年相对湿度 71%;年日照时数 2 418 h,日
均温≥ 5℃的积温为 1 081℃;夏秋多冰雹 ,热量条件较差 ,
辐射强度 7月最大 , 11月最小 ,主要集中在 5 ～ 9月。植被类
型为四川嵩草草甸。以四川嵩草(Kobresiasetchwanensis)和
小嵩草(Kobresiapygmaea)为优势种 ,伴生种以鹅绒委陵菜
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(2):777-779, 788 责任编辑　孙红忠　责任校对　李洪
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2009.02.126
(Potentilaanserina)、高山紫菀(Asteralpina)、条叶银莲花(A-
nemonetruldeliumvar.linears)、草玉梅(Anemonerivularis)、直
梗高山唐松草(Thalictrumalpinumvar.elatum)、老芒麦(Ely-
mussibiricus)、紫羊茅(Festucarubra)为主 [ 5] 。
森林皆伐迹地与四川嵩草草甸所处的地理位置很近 ,海
拔高度相近 ,气候条件类似 ,干扰方式均为藏族牧民冬季的
牦牛放牧活动 ,可以进行两地草本群落与土壤性状的比较。
1.2　研究方法
1.2.1　取样及测定方法。于 2005年 8月下旬在每种类型的
群落内随机取 1.0m×1.0 m的样方 5个 ,调查并记录每个
样方内的植物种类 、各物种在样方中的多度 、高度 、盖度 、密
度 、频度。将植物齐地面剪下作为地上生物量 ,地下生物量
挖取 0.5m×0.5m的样方用清水冲洗干净 ,然后将地上地
下部分带回实验室在 80℃烘干称重 。在挖取地下生物量的
土坑中 ,分层(0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30cm)取土样。土壤有机
质用重铬酸钾容量法 ,全氮用凯氏定氮法 ,全磷用酸溶钼锌
抗比色法 ,全钾用 NaOH熔融火焰光度计法 ,硝态氮用酚二
黄酸比色法 ,铵态氮用氧化镁浸提 -扩散法 ,土壤容重用环
刀法测定 [ 12] 。
1.2.2　指标测定与计算。样方法测量群落内组分草种的分
盖度 、密度 、频度 、生物量及整个草群的总盖度 、密度 、频度 、
生物量 ,根据测定结果计算物种的相对值及重要值。
IV=(C′+F′+D′+H′+Y′)/5,式中 , IV为植物种重要
值 , C′为相对盖度 , F′为相对频度 , D′为相对多度 , H′为相对
高度 , Y′为相对重量(干重)[ 5] 。
多样性指数 D用 Simpson计算:D=1 -∑si=1Pi2 ,式中 , S
为群落内物种数 , Pi为种在该群落内的相对盖度 [ 13] 。
丰富度指数 D为物种数与 Margalef指数:D =S-
1/lnN,式中 , S为种群组成数 , N为种的个体总数 [ 14] 。
均匀度指数用 Simpson均匀度指数公式:Esi=∑
s
i=1(ni/
N)2 ,式中 , Esi为均匀度指数 , ni为第 i个种的个体数 , S为种
群组成 , N为所有种群的个体数 [ 14] 。
密度:单位面积内植物个体数量。根茎禾草在地下分
枝 ,地上的不同枝条往往来自同一植株 ,但很难把不同植株
的地上枝条区分开 ,野外调查时常把每一个地上枝条当作 1
株。而对羊茅等密丛禾草 ,株数按丛计算 ,但每丛常包括很
多地上枝条 ,一般只按地上能够分出的个体数计数 [ 14] 。
土壤孔隙度与容重的计算:d=Ws/V,式中 , d为土壤容
重 , Ws为烘干土重 , V为环刀容积;土壤孔隙度(%)=(1-
d/2.65)×100, d为土壤容重 [ 12] 。
2　结果与分析
2.1　土壤理化特征(表 1)　森林皆伐迹地土壤的全氮 、铵
态氮 、硝态氮 、孔隙度和有机质随着土层的加深而减少 ,全
磷 、全钾以 10 ～20cm土层含量最高 ,全磷以 20 ～ 30 cm土层
含量最少 ,全钾以 0 ～ 10 cm土层含量最少 ,土壤容重随着土
壤深度的加深而增加。四川嵩草草甸土壤的全氮 、全磷 、铵
态氮 、硝态氮 、孔隙度和有机质随着土壤深度的加深含量减
少 ,全钾与容重随着土层的加深而增加。皆伐迹地与四川嵩
草草甸相比较 ,森林皆伐迹地土壤的全氮 、全磷 、全钾 、铵态
氮 、有机质和孔隙度高于四川嵩草草甸土壤 ,硝态氮和容重
低于四川嵩草草甸土壤。
表 1　川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸土壤理化特征
Table1　Soilphysicalandchemicalprosperitiesofclear-cuttingforestlandandKobresiasetchwanensismeadowinnorthwesternSichuanProvince
群落类型
Community
Type
土层深度
cm
Soildepth
全氮∥g/kg
TotalN
全磷∥g/kg
TotalP
全钾∥g/kg
TotalK
硝态氮
mg/kg
NO-3 -N
铵态氮
mg/kg
NH+4 -N
容重
g/cm3
Bulkdensity
孔隙度∥%
Porosity
degree
有机质∥g/kg
Organic
mater
皆伐迹地 0～10 5.70±1.67A 1.71±1.64A 22.28±0.94A 16.52±8.51A44.11±7.05A 0.69±0.23A 73.84±8.78A 123.05±12.48A
Clear-cuting 10～ 20 3.37±0.51A 1.77±1.37A 26.79±1.51A 11.88±8.62A29.24±7.51A 0.87±0.14A 67.34±5.36A 112.28±11.24A
forestland 20～ 30 2.83±0.46A 1.67±3.94A 26.30±1.33A 7.89±5.26A25.64±10.23A1.01±0.11A 61.67±7.86A 48.41±9.76A
四川嵩草草甸 0～10 3.42±0.78A 1.22±0.34B 18.00±0.78B 21.25±6.32A 6.38±2.16B 1.02±0.65A 61.51±2.54A 85.21±5.12B
Kobresiasetch- 10～ 20 2.20±0.23B 1.11±0.43B 18.13±0.59B 20.82±8.39A 4.37±0.11B 1.30±0.21B 50.94±5.68B 69.71±3.40B
wanensismeadow 20～ 30 1.96±0.65A 1.06±0.65B 18.21±1.23B 9.28±4.56A 3.78±0.98B 1.42±0.64B 46.42±7.12B 38.54±4.75A
　注:表中数据为平均数 ±标准差 ,同列相同土层后不同字母表示经 LSD检验在 0.05水平上差异显著(P<0.05)。
　Note:DataintableareMean±SD, diferentletersinthesamesoildepthmeansignificantdiferencesat0.05levelafterLSDtest(P<0.05).
2.2　草本群落特征　森林皆伐迹地的草本植被优势种是禾
本科植物 ,四川嵩草草甸则是莎草科植物。皆伐迹地的草本
群落明显高于四川嵩草草甸 ,但密度低于四川嵩草草甸 。皆
伐迹地的草本群落物种数 、Margalef指数和 Shannon-Wiener
多样性指数高于四川嵩草草甸 ,但物种均匀度低于四川嵩草
草甸(表 2)。森林皆伐迹地草本群落主要植物种与四川嵩
表 2　川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸草本群落特征
Table2　Theherbagecommunitiescharacterinclear-cuttingforestlandandKobresiasetchwaneusismeadowinnorthwesternSichuanProvince
群落类型Communitytype 优势种Dominantspecies 高度∥cmHeight
密度Shoots/m2Density
物种数Speciesnumber
Margalef指数Margalefindex
物种均匀度Speciesuniformitydegree
Shannon-Wiener指数Shannon-Wienerindex
皆伐迹地 Clear-cutingforestland 冷地早熟禾和垂穗披碱草 PoacrymophilaandElymusnutans 84 603.5 45 2.52 0.15 2.90
四川嵩草草甸 Kobresisetchwaneusismeadow 四川嵩草和小嵩草 Kobresiasetch-wanensisandKobresiapygmaea 64 825.6 32 1.75 0.35 1.86
778 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年
草草甸主要植物种差别较大 ,皆伐迹地的主要植物种是禾本
科与杂类草 ,四川嵩草草甸主要植物种是莎草科与杂类草 ,
它们的重要值见表 3。森林皆伐迹地草本群落的生物量 、地
上与地下生物量 、地上生物量 /地下生物量之比低于四川嵩
草草甸 ,但二者之间没有显著差异(表 4)。
表 3　川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸草本群落主要植物种的重要值
　　Table3　Theimportancevaluesofherbagecommunitiesmainplantspeciesinclear-cutingforestlandandKobresiasetchwaneusismeadowin
northwesternSichuanProvince
皆伐迹地主要植物种Mainplantspeciesinclear-cutingforestland
重要值Importancevalue
四川嵩草草甸主要植物种MainplantspeciesinKobresiasetchwanensismeadow
重要值Importancevalue
冷地早熟禾 Poacrymophila 12.10 四川嵩草 Kobresia.Setchwanensis 11.23
垂穗披碱草 Elymusnutans 9.85 小嵩草 Kobresiapygmaea 11.15
臭蒿 Artemisiahedini 11.02 高山紫菀 Astertongoliama 7.62
柳兰 Epilobiumangustifolium 7.68 珠牙蓼Polygonumviviparum 7.50
长穗三毛草 Trisefumclaekei 5.63 草玉梅Amemonerivulares 6.09
无芒雀麦Bromusinermis 5.46 鹅绒委Potentilaanserina 2.60
野青茅 Calamagrostisarundinacea 3.69 高原毛茛 Ranunculusbrotherusi 1.70
珠芽蓼 Polygonumviviparum 7.42 老芒麦Elymussibricum 8.98
草玉梅 Anemonerivularia 5.26 紫羊茅Festucarubrua 8.74
表 4　川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸草本群落的生物量及其分配
　　Table4　Biomassanddistributionofherbagecommunitiesinclear-cuttingforestlandandKobresiasetchwanensismeadowinnorthwesternSi-
chuanProvince
群落类型
Communitytype
群落生物量∥g/m2
Communitybiomas
地上生物量∥g/m2
Above-groundbiomass
地下生物量∥g/m2
Undergroundbiomass
地上生物量/地下生物量
Above-groundbiomass/
undergroundbiomass
皆伐迹地Clear-cutingforestland 2 119.74±721.72 406.29±153.13 1 713.46±705.29 0.26±0.13
四川嵩草草甸 Kobresiasetchwaneusismeadow 2 319.91±151.24 521.44±56.99 1 798.47±179.48 0.29±0.06
3　群落结构
森林皆伐迹地草本植物群落层次分化明显 ,冠层最高约
84cm,禾本科植物和少数杂类草的植株较高 ,数量较多 ,分
布较均 ,构成明显的优势层片。四川嵩草草甸以四川嵩草和
小嵩草种群为主 ,均匀度高 ,群落能明显划分为 2个层片 ,优
势层片为嵩草层片 ,从属层片为多年生杂类草层片。森林皆
伐迹地与四川嵩草草甸草本植物群落优势层片的植物种类
不同 ,群落外貌不同 。
4　结论与讨论
4.1　土壤理化特征　皆伐迹地与四川嵩草草甸相比较 ,森
林皆伐迹地的土壤化学性质(全氮 、全磷 、全钾 、铵态氮)和物
理性状都优于四川嵩草草甸土壤 ,符合铵态氮高于硝态氮的
一般结论 [ 15] ,有利于草本植物的生长。川西北森林皆伐迹
地已经 10多年了 ,皆伐后一直遭受放牧的干扰 ,其理化性状
仍优于四川嵩草草甸 ,这可能是皆伐时的木屑 、枯枝落叶等
凋落物到现在仍未完全分解 ,皆伐迹地有机质含量丰富 ,土
壤遭受压实的程度不大等缘故。皆伐迹地全磷 、全钾以 10 ～
20cm土层含量最高 ,可能是 0 ～ 10 cm表层土壤全磷 、全钾
流失与植被的吸收有关。从以上看出:四川嵩草草甸土壤的
理化性质劣于皆伐迹地 ,其自然恢复是一个较长期的过程。
4.2　草本群落特征　包维楷等报道皆伐迹地多样性的发展
或恢复阶段在皆伐后出现 ,持续约 10年 ,随后的高多样性阶
段 ,也持续约 10年 ,紧接着进入多样性衰退阶段 ,持续时间
多长还不清楚 ,可以推测 ,还会出现多样性相对稳定阶段 [ 2] 。
按报道 , 1994年皆伐迹地属于高多样性阶段 ,草本植物的物
种数明显高于四川嵩草草地。森林皆伐迹地的草本植被优
势种是禾本科植物 ,四川嵩草草甸则是莎草科植物 ,皆伐迹
地的草本群落高度 、Margalef指数和 Shannon-Wiener多样性
指数高于四川嵩草草甸 ,也说明迹地的草本植物阶段是高多
样性阶段 ,但皆伐迹地的密度与物种均匀度低于四川嵩草草
甸 ,说明迹地的草本植物阶段未进入多样性相对稳定阶段。
皆伐迹地草本群落演替的最初阶段是以禾本科植物为主 ,如
果采取减轻放牧压或进行封育 ,四川嵩草草甸植被可发生逆
相演替过程 ,草地植被是能够恢复到以禾本科牧草为主的优
良草地的。
森林皆伐迹地草本群落的生物量 、地上生物量 、地下生
物量与地上生物量 /地下生物量之比略低于四川嵩草草甸 ,
其原因可能是皆伐迹地草本植物群落的密度没有四川嵩草
草甸的高 ,单位面积的植株数较少的缘故。
4.3　群落结构　森林皆伐迹地与四川嵩草草甸草本植物群
落优势层片的植物种类不同 。皆伐迹地以禾本科植物和少
数杂类草的植株较高构成明显的优势层片 ,四川嵩草草甸主
要由各种嵩草属植物构成优势嵩草层片 ,群落外貌不同。这
可能是皆伐迹地土壤肥力与土壤结构都好于四川嵩草草甸 ,
有利于高大的禾本科与杂类草植株的生长 ,加上皆伐迹地处
于生物多样性高的阶段 ,形成了一个明显的高冠层 ,而四川
嵩草草甸土壤退化 ,植株相对低矮 。
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(下转第 788页)
779　37卷 2期　　　　　　　　　　周卫生等　川西北森林皆伐迹地和四川嵩草草甸土壤及其草本群落的比较研究
表 2　不同生活垃圾处置方式的比例
　　Table2　Proportionofdifferenttreatmenttypesofruraldomestic
waste %
国家或地区
Countryorregion
填埋
Landfil
焚烧
Burning
堆肥
Compost
发达国家 Developedcountry 50～ 60 18～ 34 6～ 10
发展中国家 Developingcountry 60～ 65 <5 25～ 30
是一个复杂的系统工程 ,包括垃圾收集系统 、垃圾分类系统 、
垃圾转运系统 、垃圾回收系统 、垃圾末端处理系统和垃圾处
理行政管理系统 ,垃圾处理行政管理系统贯穿整个垃圾处理
系统的始末 ,农村生活垃圾处理系统结构见图 2。
图 2　农村生活垃圾处理系统
Fig.2　Systemofruraldomesticwastetreatment
4　结论
我国农村生活垃圾的产生量在 1.07 kg/(d·人),但是
这个数字随着经济水平的提高和农村城镇化水平的增强会
越来越大。农村生活垃圾的构成灰分占 56%,厨余占 24%,
其次是塑料 ,占 6.4%,其余成分如玻璃 、金属 、纸类 、织物所
占比重不大。然而 ,我国农村生活垃圾的处理现状却不容乐
观 ,几乎是空白。不仅如此 ,每年还有大量的城市垃圾向农
村转移。因此 ,我国农村生活垃圾越来越成为一种严重的环
境问题 ,结果是水体恶化 ,土壤退化 ,江河和食品供应源头遭
受严重污染 ,如果不加以改善和处理 ,我国的农村将会出现
因生活垃圾危害所造成的环境危机 ,威胁国家生态安全。
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