全 文 ：红壤退化过程与生态位的研究*
谢正苗 吕 军 俞劲炎 黄昌勇 (浙江大学环境与资源学院, 杭州 310029)
摘要 应用生态位概念研究红壤退化和改良过程中的生物学特征及其与生态环境条件
的关系,把红壤的生物学循环作为重点, 分析红壤生态位的演化特点, 探索红壤生态系统
退化和重建的若干规律和描述方法, 以求建立有关红壤退化评价的方法和指标体系.
关键词 红壤 退化 生态位 生物学特征
Degradation process of red soil and its niche. Xie Zhengmiao, Lu Jun, Yu Jinyan and Huang
Changyong ( College of Envir onment and Resour ces , Zhej iang Univer sity , H angzhou
310029) . Chin. J . A pp l. Ecol. , 1998, 9( 6) : 669~ 672.
The biological character istics in deg radation and remediation of red so il as well as its r elation
ships with ecoenvironmental conditions were discussed by using niche concept. With biological
cycles as the focal point, the development feature of red soil niche was analysed, and t he rules
and descr iptive methods for degradation and restor at ion of red soil ecosystems were investigated
to establish the methods and indicators for evaluating the degradation of red soils.
Key words Red so il, Degeneration, Niche, Biolog ical characteristic.
* 国家自然科学基金资助项目( 49671050) .
1997- 07- 18日收稿, 1997- 11- 24接受.
1 引 言
人口剧增和土壤退化是当今世界面临的互
相关联的两大难题, 在发展中国家集中分布的热
带亚热带红壤地带尤为严重. 土壤退化主要是人
类对土地不合理利用造成的. 土壤退化的实质是
土壤肥力的退化, 其直观表现是土壤生产率降低
甚至丧失, 从而导致生态环境系统恶化和社会经
济系统贫困化.尽管土壤退化问题与农业生产问
题一样古老, 但当今它对人类社会和全球变化的
危害则比以往任何时候都严峻和突出. 这是因为
人类高速发展的经济(发达国家早期, 发展中国
家近期)是建立在大量消耗自然资源和破坏生态
环境基础上的. 已有资料表明, 自第二次世界大
战以来, 由于人类的种种影响导致了全球 1. 2 !
109hm2 土地的退化和严重退化. 据估计, 人口迅
速增长将使全球人均耕地从现在的 0. 3hm2 降低
到2050 年的 0. 15hm2. 按照目前土地退化速度,
今后 20 年中将有 1/ 3 的耕地成为荒地, 全球 50
亿人的生存面临着土壤退化的最大挑战[ 1, 6~ 10] .
在占我国土地面积 22%的南方红壤地带, 素
以丰富的水热资源而著称, 以占全国 28%的耕地
面积, 生活着占全国 48% 的人口, 生产占全国
48%的谷物粮食、全部橡胶、热带水果和大部分
亚热带水果. 红壤的深度开发和利用, 一直是近
年来我国农业发展的重要方向.但是大面积的红
壤开发利用, 打破了自然条件下热带亚热带土壤
生态系统的平衡关系. 土壤中有机凋落物的剧
减,收获物的大量携出, 加上长期以来的农业低
投入和管理不善, 导致了土壤肥力的衰退和水土
流失的加剧, 整个南方红壤地带土壤流失量占全
国总流失量 5. 0 ! 109 t 的一半还多. 该区自然灾
害的发生频率显著增加, 不少地方抗灾能力降
低,农业土壤的产投率普遍下降等等, 已引起政
府部门和有关专家的普遍认识和高度重视. 特别
是 80 年代以来, 我国学者对红壤地区的土壤退
化问题进行了广泛的调查和研究, 并在国家的和
省区的红壤实验区作了一些观察和试验,取得了
初步成果[ 2~ 4] .
应 用 生 态 学 报 1998 年 12 月 第 9 卷 第 6 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 1998, 9( 6)∀669~ 672
2 红壤退化研究中存在的问题
然而, 当前我国红壤地区土壤退化的研究,
主要集中在土壤退化分类,各退化类型的面积估
算,区域水土流失量的分析及退化防治的经验总
结等方面, 对红壤退化的机理研究却很少, 而且
较为分散和不够系统, 从而导致了红壤退化类型
划分的不一致,至今尚未提出红壤退化的综合性
指标或指标体系, 也不可能对红壤的退化程度进
行定量描述. 这些问题的存在, 严重影响了对红
壤退化的认识及其防治的科学决策.这些问题也
正是国际土壤退化研究的热点和前沿. 例如, 联
合国发展署在 1994 年对南亚 8 国的土地退化研
究中发现, 由于对土地退化类型的划分和退化程
度缺乏一致的看法, 不同资料来源中的土地退化
面积可相差达数倍之多[ 10] .
红壤是一类具有显著特色的地带性土壤, 它
的高风化、强淋溶以及强烈的生物循环决定了红
壤生态系统的脆弱和不稳定, 特别是当植被遭受
破坏后, 土壤退化迅速加剧, 而土壤退化又导致
整个生态系统重建的困难, 处于非良性循环之
中.在我国红壤农区, 密集的人口和长期低水平
的农业投入, 使红壤农田承受着越来越大的压
力,农田投入产出的不平衡, 养分施用的不平衡
以及市场经济下农业的某些短期行为, 导致了许
多地区农田产投率(即经济效益)、总产量以及土
壤肥力的下降.
3 红壤退化研究的发展趋势和生态位的提出
根据土壤退化研究的发展趋势和红壤地区
的特点, 目前亟待从以下几个方面加强红壤退化
问题的研究: 一是各种红壤退化的特有演化过程
(水土流失、土壤酸化、养分贫瘠化和土壤污染等
特有的退化过程及机理 ) . 二是评价红壤退化的
综合指标. 三是防治各种红壤退化的对策. 从环
境生态学的角度来看, 土壤是陆生生物的栖息
地,而生物栖息的适合小环境即生态位则是决定
生物繁荣程度的关键, 一个生态系统的演替, 是
该系统的生态位演化到一定程度的结果[ 5] . 因此
本文提出生态位或小生境的演化, 或者在土壤中
可称之为微生境( microniche)的演化,是土壤退化
的一般过程, 无论是土壤酸化, 水土流失, 或者是
土壤养分平衡失调和土壤污染,都可以看作是土
壤微生境的演化过程, 而不同的土壤退化类型又
可看成是土壤微生境在不同方向上演化所处的
不同程度(阶段) . 显然, 生态位和微生境都是一
个十分综合的概念, 就土壤而言, 微生境无非是
土壤物质( M )和土壤结构( S )的函数, 那么土壤
退化的微生境指标可用下式表示:
MN SD= f ( M , S )
其中, MN SD是土壤退化微生境指标, M 和 S 是
两个具有相对独立性又互有关联的变量.对于任
何一个生态系统, 都有一个相应的生态位, 同时
必然也有一个 M、S 的适当组合范围. 当然, 对于
生物栖息的生态位而言, 还有许多重要性质 (要
素) , 但这些性质(要素)将从属于 M、S 的变化.
不同的 MN SD是由不同的M、S 组合而成的, 它反
映了土壤退化或恢复重建的不同程度, 从而构成
了土壤退化的定量指标. 如果把 M、S 组合指标
转化为同类土壤中最高生产力时的土壤 M、N 组
合的相对值, 则 MN SD不仅可以比较同一类土壤
中的退化程度, 而且也可以作为某一地区(某一
种土壤)各种不同退化类型之间的土壤退化程度
的比较.
建立土壤退化判别指标是正确认识和评价
土壤退化问题的基础, 而探索各种类型土壤退化
的机理,则是有效防治土壤退化的本质所在. 红
壤地区主要的土壤退化大致有两大类, 首先是水
土流失,即表现为表层沃土的机械冲刷; 而在红
壤次生林坡地和旱作耕地上普遍发生的水土流
失, 除受宏观生态变更和降雨等因素的外力控制
外, 无疑与有机质快速矿化而导致土壤结构崩解
有关.通常在红壤旱地, 尽管施用一定量的有机
物料,但土壤中有机质的积累速度是很缓慢的,
其中大量有机质被分解而耗失.但要维持良好的
土壤生态位, 到底是土壤残留有机质 (或形成的
土壤腐殖质) 或者是有机质矿化为良好的土壤生
态位提供了能量(土壤微生物能源) , 尚无直接证
据. 就土壤本身而言, 很大程度上受有机质、微生
物和土壤结构的演化过程的控制. 红壤上的另一
类退化是土壤养分贫瘠化. 由于长期的低投入高
产出或不合理的开发利用, 加剧了红壤的养分贫
瘠化及土壤肥力衰退过程, 据土壤普查资料, 我
670 应 用 生 态 学 报 9 卷
国南方红壤农田有 68%为中低产田,耕地普遍缺
少有机质和 N 素,几乎全部旱地和 60%的水田缺
P,耕地中 50%缺 K, 80%缺 B, 64%缺 Cu, 18%缺
Mg .显然, 这与红壤有机质的消长, 红壤区农业生
态系统中养分平衡失调有关. 大量的研究表明,
红壤农田有机质的消长, 红壤区农业生态系统中
养分循环平衡失调有关. 大量的研究表明, 红壤
农田有机肥的施用对土壤肥力的贡献, 远远超过
有机质矿化所提供的营养元素的作用, 因而红壤
农田有机质的行为与土壤肥力退化之间的关系,
同样是相当关键的问题.
显而易见,按照不同分类方法可将红壤退化
划分为多种类型, 但上述的两种类型在我国南方
红壤退化中占主要地位, 而且它们都受生物小循
环的控制, 因此以生态学理论为基础, 应用生态
位概念和系统分析方法, 重点研究红壤的水土流
失和养分贫瘠化问题, 将揭示红壤退化内在机
理,并为红壤退化评价和恢复重建提供较完整的
指标体系和技术方法.
4 用生态位研究红壤退化的一些设想
以红壤地区两大类土壤退化 (水土流失和土
壤养分贫瘠化 )为重点, 研究红壤退化的土壤内
在机理及其与生态环境条件的关系,揭示红壤退
化的控制途径,将是红壤退化与防治研究的前沿
阵地.而应用生态位概念探索红壤退化的一般性
规律和描述方法, 建立适用不同类型退化的生物
多样性指标体系, 为红壤退化的评价和防治决策
提供生物学的理论基础, 并为土壤退化研究提供
生物学的技术方法的原理,将是红壤退化过程研
究中的必然趋势.
生态位是综合性概念或指标, 故必须建立在
土壤有机质、土壤生物、土壤结构等的基础上. 根
据 MN SD = f ( M , S )的观点, 因红壤的矿物质组
成类似(以高岭石和铁铝氧化物为主) , 可以视为
常数, 故在研究生态位时可较少考虑之. 而有机
质或植被则要重点考虑. 因此, 我们设计了用生
态位来研究红壤退化微观机理的实验, 主要有以
下几方面:
4. 1 相同母质红壤在不同植被下的生态位
分别选取以下几种红壤: ( 1)裸露严重侵蚀
红壤(母质层暴露,无植被 ) ; ( 2)典型原始植被下
红壤; ( 3)次生林植被下红壤; ( 4)立体栽培(果、
草、畜) 模式下红壤. 测定以上土样中有机质含
量,测定土壤微生物状况 (包括微生物量 C、N、
P) ,测定原位土壤含水量、土壤微团聚体(结构)
的数量及主要有效养分(如 N、P、K) , 通过主成分
分析构成生态位, 再在以上几种土壤上, 在相同
管理下栽培同一种牧草, 以牧草生物量来验证生
态位及以上各指标.
4. 2 土壤水分对生态位和养分有效性的影响
在同一类红壤上设置几个不同土壤含水量的
试验, 分别测定土壤的生物量和养分有效性变化
及其对生态位变化的影响, 即把水分影响因素也
纳入生态位的变化中, 即生态位包含水的因素.
这是因为, 生物量随水分变化, 水分在一定范围
内增加(红壤旱地 ) , 生物量当然增加, 因此用生
态位即可对生物量作一校正 ,也可用牧草栽培来
验证(特别是红壤地区季节性干旱期) .
4. 3 生态位与红壤抗侵蚀和持水能力
选择生态位差别大的两种红壤, 分别设置不
同坡度( 0、10、20、30度)的试验,并像土壤标本一
样置于同一环境中, 然后种植牧草, 观察其生长
情况及水土流失量,分析不同坡度及相同坡度条
件下,不同生态位红壤的抗侵蚀性及其与结构、
有机质、持水性等指标的关系.
4. 4 增施有机肥对改善红壤生态位的影响
分别选取以下土样: ( 1)裸露原始红壤 , ( 2)
旱地红壤, ( 3)水田红壤, 观察增施猪粪、绿肥或
牧草后生态位的变化, 其中着重观察微生物量、
养分和水分的变化动态对栽培牧草产量变化的
作用, 从而阐明有机肥改善红壤生态位作用.
4. 5 红壤退化的生物学特征研究
红壤退化的生物学指标体系的研究应该包
括以下几点: ( 1)生物多样性指标, 选择同一母质
上发育的肥沃度不同、生态位差别较大的一系列
红壤,比较微生物种类和数量, 探索能够指示土
壤退化程度的生物多样性指标; ( 2)蚯蚓种类和
数量; ( 3)土壤微生物生物量 C、N、P、S; ( 4)土壤
微生物活性和代谢特性.
4. 6 红壤退化的定量指标体系的研究
选择不同生产力等级的典型红壤, 调查多年
平均产量 Y (经济产量和总生物量) , 分析土壤全
6716 期 谢正苗等:红壤退化过程与生态位的研究
部肥力特征(X ) : ( 1)用逐步回归法先筛选出与红
壤生产力显著的若干土壤肥力特征( Xt ) ; ( 2)用
主组元分析法合并相关土壤肥力特征, 使土壤生
产力的表征方程仅由几个综合肥力因子组成, 并
把这 n 个因子定为土壤肥力表征因子( J ) .
以生物产量作为土壤生态位的表征变量
( Y ) , 以综合肥力因子( J )为指标方程的自变
量,则有
Y = f ( J) + E
式中, E 为降雨功能.将方程进行标准化处理, 即
令 Y= MN SD ,则有
MN SD= f ( J ) + E
为了建立通用型土壤退化的定量指标体系, 可先
选择各类土壤自然生产力土样为参照样本, 令其
各 J 值为标准 #J 值, 且同类土壤各不同退化
程度的土壤 J 值应小于 #J 值,并有
MN SD= ( J / #J )+ E
则 MN SD为相对指标, 可适用于各类土壤间退化
程度的比较,与其它指标相比有很大的优越性 .
5 结 语
红壤的过度开发利用打破了土壤生态系统
的平衡, 加上长期以来的农业低投入和管理不
善,导致红壤退化即肥力的衰退. 应用生态位概
念研究红壤退化和改良过程中的生物学特征及
其与生态环境条件的关系, 把红壤的生物学循环
作为重点, 分析红壤生态位的演化特点, 探索红
壤生态系统退化和重建的若干规律和描述方法,
以求建立有关红壤退化评价的方法和指标体系.
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