全 文 ：黄 土 高 原 退 耕 地 的 生 态 恢 复 3
侯扶江 3 3 　肖金玉　南志标
(兰州大学草地农业科技学院 ,甘肃草原生态研究所 ,兰州 730020)
【摘要】　在刈割干扰下 ,黄土高原退耕地恢复进程中植被从沙蓬 ( A griophyllum arenarium) 单优群落向
以达乌里胡枝子 ( Lespedez a davurica)为优势种的群落演替. 物种增加速度初期快 ,后期慢. 退耕后恢复初
期的新增物种主要是沙蓬和白草 ( Pennisetum f laccidum ) ;中前期主要是茵陈蒿 ( A rtemisia capillaris) ,可
成为群落的次优势种 ;中后期新增物种主要是多年生豆科植物 ,只是群落的伴生种. 群落中 1 年生和多年
生植物地上生物量分别以 8. 8 %的年平均速率减少或增加 ,豆科植物地上生物量及所占比例上升. 在退耕
地恢复过程中 ,上层土壤中植物地下生物量比例与变化幅度增加 ,表现出浅层化趋势. 沙蓬种群和达乌里
胡枝子种群株高、冠幅直径、分枝数和生殖枝数随恢复时间呈相反的变化趋势. 退耕地恢复演替 1～7 年 ,
土壤粘粒和粉粒减少 ,砂粒增加 ,7 年后变化趋势相反. 退耕地 0～100cm 土壤含水量在恢复期间呈逐渐上
升趋势 ,中期增幅显著. 全 N 和速效 N 在恢复前期减少 ,后期增加. 在刈割利用下 ,退耕地恢复过程中土壤
全 P、速效 P 和有机 C 持续衰竭. 退耕地恢复到当前稳定的群落所需时间分别为优势种群 8～9 年、群落 9
～11 年和土壤 11～12 年.
关键词 　农牧交错带 　黄土高原 　退耕地 　恢复 　植被
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 08 - 0923 - 07 　中图分类号 　S156 　文献标识码 　A
Eco2restoration of abandoned farmland in the Loess Plateau. HOU Fujiang ,XIAO Jinyu ,NAN Zhibiao ( Col2
lege of Pastoral A griculture Science and Technology , L anz hou U niversity ; Gansu Grassland Ecological Research
Institute , L anz hou 730020) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (8) :923～929.
The vegetation on abandoned farmland was succeeded from A griophyllum arenarium community to Lespedez a
davurica community under cutting conditions. More plant species was recruited at the initial stage of restora2
tion. The new plant species established earlier were annual A griophyllum arenarium and perennial Pennisetum
f laccidum which could be the dominant species or sub2dominant species. The perennial A rtemisia capillaris es2
tablished in early2middle stage could be the sub2dominant species ,and leguminous plants appeared in late2middle
stage could only be the associated species. The aboveground biomass of annual species reduced by 8. 8 % annual2
ly ,while the perennial species increased with the similar rate. The aboveground biomass of leguminous species in2
creased continuously. As the restoration proceeded , more underground biomass was distributed in upper soil lay2
er. In 1～7 years of restoration of abandoned land ,the clay and silt in 0～30cm soil profile reduced , while grit
increased , but the inverse trend occurred after 7 years. The water content in 0～100cm soil profile increased
continuously , especially during middle stage. Total and available nitrogen in 0～100cm soil profile reduced in
early stage , but increased in late stage. Total and available phosphorus and organic carbon in soil profile reduced
continuously under cutting conditions. For the restoration of abandoned farmland to the current stable communi2
ty ,it would take 8～9 years for dominant population ,9～11 years for vegetative community and 11～12 years
for soil system.
Key words 　Cropping2pastoral ecotone , Loess Plateau , Abandoned farmland , Restoration , Vegetation.3 国家重点基础研究发展规划项目 ( G2000018602) 和国家自然科学
基金西部重大研究计划资助项目 (90102011) .3 3 通讯联系人.
2002 - 04 - 07 收稿 ,2002 - 05 - 23 接受.
1 　引 　　言
中国北方农牧交错带由于降水不足和水热配置
不协调 ,广种薄收是重要的种植业生产模式 ,产生了
草地开垦 →撂荒恢复 →复垦这一土地利用方式 ,在
黄土高原残塬沟壑区尤其明显[13 ,14 ] . 耕地撂荒后 ,
继续承受着巨大的放牧压力 ,水土保持的生态功能
与畜牧业生产的经济功能之间的矛盾加剧 ,土地在
人为与自然因素的共同作用下 ,向沙漠化方向演变.
西部大开发和生态环境建设将这类土地作为退耕还
草的主要对象. 还草有 2 种途径 : 1) 退耕地人工种
草 ,经过长期的科学实践 ,以苜蓿 ( Medicago sativa)
为主的豆科牧草人工草地的栽培管理技术已经基本
完善 ,成为当前还草的主流 ;2) 自然还草 ,即退耕地
的自然恢复.
应 用 生 态 学 报 　2002 年 8 月 　第 13 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2002 ,13 (8)∶923～929
关于退耕地自然恢复过程中的植被组成[2 ,6 ] 、
初级生产力特征[17 ,18 ] 、水土保持功能[13～15 ]和土壤
理化性质[20 , 25 ]均有报道. 我国黄土高原土地退化
的根本原因在于人口压力之下的生态功能与经济功
能的失衡. 在退耕地自然恢复过程中 ,进行刈割等轻
度利用 ,以寻求生态功能与经济功能的平衡点 ,可部
分缓解放牧对退耕地的压力. 退耕地生态恢复是植
物与土壤的协同进化过程. 因此 ,研究刈割利用下 ,
退耕地生态恢复过程中的土壤和植被特征 ,对于揭
示其恢复进程与机理 ,开发加速恢复的优化调控技
术 ,具有积极的理论与实践意义.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区自然概况
研究地点设在黄土高原草业科学定位实验站 ,位于甘肃
省环县甜水镇大梁哇村 ,地处陇东黄土高原北部、鄂尔多斯
台地前缘 ,37. 14°N、106. 84°E 附近 ,海拔 1650m ,属黄土高
原沟壑区. 研究区属典型的大陆性季风气候 ,年均气温
7. 1 ℃, ≥0 ℃年积温 3097. 2 ℃, ≥10 ℃年积温 2487. 3 ℃,无
霜期 123d ;年日照时数 2766. 4h ,日照百分率 62 %以上 ;多年
平均降雨量 359. 3mm ,60 %以上降雨集中在 7～9 月 ,且年
际和季节变幅均较大 ;年均蒸发量 1993. 3mm ;年 8 级以上
大风平均 38. 2d ,最多达 85d ,多发生于冬春季. 根据草原的
综合顺序分类法[9 ] ,该气候区域湿润度指数 1. 16 ,草地类型
为微温微干温带典型草原类. 研究区所在的环县 ,草地与耕
地面积比、种植业与畜牧业产值比近 20 年来均稳定在 3∶1
左右[5 ] . 自 20 世纪 50 年代以来 ,该县土地沙化速度平均
52. 9km2·年 - 1 ,沙丘前沿已由此向南推进 100km 以上 [5 ] .
212 　研究方法
21211 样地设置 　2001 年在研究区 100m 半径范围内 ,分别
设置已恢复 1、2、4 和 7 年的退耕地和天然草地样地. 各样地
分别处于恢复演替的初期、中期和后期 ,相互毗邻 ,地势平
坦 ,面积 400m2 ,植被均匀. 据 20 世纪 80 年代初调查[15 ] ,植
被类型主要是达乌里胡枝子 ( Lespedez a davurica) + 茵陈蒿
( A rtemisia capillaris)群落 ,为长期放牧利用下的稳定群落.
选择与该群落类型相似的天然草地作为对照样地 ,50 余年
来未曾耕作 ,自 1995 年以来仅在冬春季当家畜牧道利用 ,但
是在区域沙漠化的背景下呈沙化趋势. 退耕地前作均为糜子
( Panicum miliaceum) ,耕作深度 15～20cm ,8 月底、9 月初割
草.电极法测定 0～100cm 土壤 p H (8. 29 ±0. 05) ,碱性土.
21212 植被调查 　2001 年 8 月在每个样地随机取 4 个 1m ×
1m 样方 ,统计植物种类和密度 ,齐地面刈割 ,分种统计地上
部分鲜重. 植物鲜样在恒温箱中 60 ℃烘至恒重 ,称干重. 样
地中每个种随机测定 30 株个体 ,记录高度、冠幅直径、分枝
数 (单子叶植物测分蘖数) 、生殖枝数. 用内径 10cm 根钻每
个样地沿对角线取 5 钻 [11 ] . 0～100cm 土层每 10cm 分层取
样 ,共 10 层. 样品过筛 ,获得群落地下部分样品 ,60 ℃烘至恒
重 ,称取干重.
　　退耕地恢复的主要目的是刈割利用和恢复生态功能 (在
研究区主要是防止沙化) ,因此采用草原调查常用的重量和
盖度 2 项具有实际重要意义的指标计算重要值[11 ] : IV =
(相对盖度 + 相对重量) / 2. 群落命名采用姜恕的方法 [4 ] . 群
落相似性系数计算公式 [11 ] :
　　IS mo = 2 ∑Mw/ ( MA + MB)
式中 , IS mo是 Motyka 相似系数 , Mw 是样地 A 和天然草地共
有种地上生物量的较小值 , MA 和 MB 分别为样地 A 和天然
草地的地上生物量. 物种替代速率用 Cody 指数 (βc) [1 ] :
　　βc = [ g ( H) + l ( H) ]/ 2
式中 , g ( H)和 l ( H) 分别是退耕地恢复演替系列中样地 A
相对于天然草地增加和失去的物种数.
21213 土壤测定 　取样方法同群落地下部分. 称重法测土壤
含水量. 土样风干后 ,采用《中华人民共和国国家标准》测定
土壤全 N (半微量凯氏定 N 法) 、速效 P、全 P (锑钼抗比色
法) 、总盐 (重量法) 和有机 C (碱熔法) ,蒸馏法测定速效 N.
MALV ERN 全自动激光粒度仪测定土壤粒径 ,中国标准分
级. 数据用 Microsoft Excel 软件分析 ,并进行显著性检验.
3 　结果与分析
311 　植被特征
　　退耕地恢复是一个从沙蓬 ( A griophyll um are2
nari um )单优群落向以达乌里胡枝子为优势种的群
落演替的过程 (表 1) . 沙蓬作为恢复演替系列的优
势种或次优势种 ,表明沙化是退耕地恢复的主导因
素之一. 样地中的物种数随退耕时间的延长逐渐增
多 ,但增幅下降 ,可用对数曲线 (r = 0. 982 ,P < 0. 01)
拟合. 物种更替速率在恢复演替初期较快 ,然后逐渐
减慢 ,与退耕时间可用幂函数拟合 ( r = 0. 994 , P <
0. 01) . 物种更替过程中 ,群落物种的增加速度由初
期的 8 个·年 - 1 ,逐渐递减到 3～4 个·年 - 1 ,群落物
种失去的速度较为恒定 ,约 2～3 个·年 - 1左右. 退耕
初期 (第 1～2 年) ,群落新增加的主要物种是 1 年生
沙蓬和白草 ( Penniset um f lacci dum ) ,其地上生物量
分别占群落新增物种地上生物量的 98. 4 %和
85. 0 %. 演替中前期 (第 2～4 年)增加的物种主要是
多年生茵陈蒿 ,其地上生物量占群落新增物种生物
量的 75. 6 % ;中后期 (第 4～7 年) 群落新增物种主
要是华北岩黄芪 ( Hedysarum gmeli nii) 、砂珍棘豆
( O xyt ropis psam mocharis ) 和披针叶黄华 ( Ther2
mopsis lanceolate)等多年生豆科植物 ,其地上生物量
占新增物种的 58. 2 %. 与退耕 7 年后的群落相比 ,
对照样地增加的物种主要是银灰旋花 ( Convolv ul us
am m annil) 、冷蒿 ( A rtem isa f rigi da) 和碱韭 ( A lli
um polyrhiz um ) ,占新增物种生物量的94 . 9 % ,均
429 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 1 　退耕地恢复演替进程中的群落及其物种变化特征
Table 1 Structural characteristics of community in the restoration process of abandoned farmland
退耕年数
No. years
restored
群落类型
Community
type
物种数目
Species
number
新增主要物种
Main new species ISmo βc
1 沙蓬群落 (Ass. A . arenarium) 5 沙蓬 ( A . arenarium) 0. 19 0. 89
2 沙蓬 + 白草群落 (Ass. A . arenarium + P. f lac2
cidum) 11 白草 ( P. f laccidum) 0. 28 0. 68
4 沙蓬 + 茵陈蒿 + 白草群落 ( Ass. A . arenarium
+ A . capillaris + P. f laccidum)
16 茵陈蒿 ( A . capillaries) 0. 51 0. 50
7 达乌里胡枝子 + 长芒草 - 沙蓬群落 ( Ass. L .
dav urica + S . bungeana - A . arenarium)
18 华北岩黄芪 ( Hedysarum gmelinii ) , 砂 珍 棘 豆
( Oxyt ropis psam mocharis) ,披针叶黄华 ( Thermopsis
lanceolate)
0. 75 0. 44
对照 CK 达乌里胡枝子 + 沙蓬 + 茵陈蒿群落 ( Ass. L .
dav urica + A . arenarium + A . capillaries)
22 银灰旋花 ( Convolv ulus am mannil) ,冷蒿 ( A rtemisa
f rigida) ,碱韭 ( A lli um polyrhiz um)
为旱生植物. 退耕地恢复演替的中前期 ,新增物种尚
能占据群落的次优势种地位 ,此后新增物种只是处
于伴生种的地位 ,说明恢复到中后期以后 ,群落结构
渐趋稳定.
　　退耕 7 年内 ,群落地上生物量逐年减少 ,可用幂
函数拟合 (r = 0. 999 , P < 0. 01) ,对照群落生物量比
7 年的退耕地增加 57. 2 % (图 1) . 其主要原因可能
是耕地在种植作物期间有一定的化肥和厩肥投入 ,
土壤肥力较高 ,所以退耕第 1 年具有较高的地上生
物量 (高出同类耕地小麦地上生物量 34. 4 %左右) ,
此后退耕地刈割利用 ,却无肥料投入 ,土壤肥力衰
竭 ,导致地上生物量下降 ,后期因群落结构改善 (如
豆科植物增多) ,地上生物量又有所上升. 恢复演替
过程中 , 1 年生和多年生植物地上生物量分别以
8. 8 %的年平均速率减少或增加 ( r = 0. 998 , P <
0. 01) ,前期降幅明显大于后期 ;沙蓬地上生物量占
1 年生植物的比例在 5 个样地平均为 95. 5 % ±
2. 6 % ,年递减幅度平均 8. 6 % (r = 0. 997) ,是 1 年
生植物生物量下降的主要因素. 豆科植物地上生物
量及其比例均呈上升趋势 (图 1) ,有利于改善土壤
N 素状况.
　　退耕地恢复过程中 ,地下生物量的总体变化趋
图 1 　退耕地恢复进程中群落地上生物量组成
Fig. 1 Aboveground biomass of community in the restoration process of abandoned farmland.
势是第 1～2 年增加 ,然后逐渐下降 ,天然草地较第
7 年的退耕地又有所增加 (图 2) . 退耕第 1 年 ,地下
生物量在 0～100cm 根层均有分布 ,0～30cm 根层
生物量仅占 57. 67 % ,土壤下层仍有较高的生物量 ,
可能与沙蓬的轴根具有较强的穿透力有关. 退耕第
2 和 4 年 ,群落地下生物量在 0～60cm 根层变化较
大 ,0 ～ 30cm 根层生物量分别占地下生物量的
81. 3 %和 88. 3 % ;其中 10～30cm 根层生物量分别
占 57. 7 %和 49. 9 % ,变化趋势与群落地下生物量垂
直分布的整体格局有所差异 ,可能与犁底层土壤理
化性质适合于根茎型的白草和赖草 ( L eym us secali2
nus)生长有关. 恢复 7 年的退耕地和天然草地 ,地下
图 2 　退耕地恢复进程中群落地下生物量的垂直分布格局
Fig. 2 Perpendicular distribution of underground biomass of community
in the restoration process of abandoned farmland.
5298 期 　　　　　　　　　　　　　　　侯扶江等 :黄土高原退耕地的生态恢复 　　　　
生物量分别在 0～40cm 和 0～30cm 根层变幅较大 ,
其中天然草地 0 ～ 30cm 根层生物量比例为
94. 29 %. 总体上 ,退耕地群落地下生物量及其变化
在恢复进程中表现出向上层集中的趋势 ,即浅层化
的垂直分布格局. 沙蓬和达乌里胡枝子种群是退耕
地恢复演替系列中最主要的 2 个种群. 从退耕 1 年
的样地到天然草地 ,沙蓬种群重要值从 0. 79 降低到
0. 17 ,达乌里胡枝子种群重要值上升到 0. 34 ,二者
分别是退耕地群落恢复演替初期和后期的优势种.
沙蓬种群平均株高、冠幅直径、分枝数、生殖枝数和
个体重随恢复年限的延长呈现下降趋势 ,达乌里胡
枝子的上述种群特征则呈现相反的变化趋势 (图
3) ,反映出 2 个种群在退耕恢复演替过程中优势地
位互换进程.
　　沙蓬种群密度的变化反映出种间和种内对环境
资源竞争的综合作用. 退耕第 1、2 和 4 年 ,沙蓬地上
生物量分别占群落地上生物量的 98. 44 %、88. 93 %
和 75. 27 % ,反映出其种间竞争的优势不断丧失. 沙
蓬种群种内竞争在演替初期 (第 1～4 年) 处于主导
地位 ,其结果是通过减少个体的生长 ,增加个体数
量 ,维持种间竞争优势 ,具体表现为 :沙蓬个体矮化 ,
生殖枝减少 ,冠幅缩小 ,但密度增加. 退耕 7 年后 (拟
合方程计测的理论值为 6. 65 年 ,P < 0. 01) ,沙蓬种
群的种间竞争的绝对优势地位不复存在 ,地上生物
图 3 　退耕地恢复进程中沙蓬和达乌里胡枝子的种群特征
Fig. 3 Population property of A . arenarium and L . dav urica in abandoned farmland.
a)一年生 1 year ,b) 2 年生 2 year ,c) 4 年生 4 year ,d) 7 年生 7 year ,e)天然草地 Natural grassland. 下同 The same below.
量比例在 45. 92 %以下 ,优势度从第 4 年的 0. 54 降
至 0. 17. 沙蓬种群与达乌里胡枝子种群之间的种间
竞争在演替的中后期成为主导因素 ,其结果不仅是
沙蓬个体矮化 ,冠幅缩小 ,而且密度也迅速下降. 沙
蓬生殖枝数的变化说明 (图 3) ,退耕初期沙蓬种群
更新可能主要来源于自身繁殖的种子 ,中后期主要
依赖于土壤种子库或外界输入种子 ,可能是沙蓬种
群密度不断下降的直接原因.
　　达乌里胡枝子种群的生物量比例由退耕第 2 年
的 0. 01 %逐渐增加到第 7 年的 29. 63 % ,密度也随
629 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
退耕时间的增加不断增大 ,表现出明显有别于沙蓬
种群的变化趋势 ,显示其种间竞争能力不断增强的
过程. 与退耕 7 年的群落相比 ,天然草地中沙蓬种群
和达乌里胡枝子种群个体株高增加 ( P < 0. 01) ,冠
幅增大 ( P < 0. 01) ,可能是对天然草地环境因素 (如
土壤 N 素含量) 改善的一种响应. 不同的是达乌里
胡枝子个体重、分枝数和生殖枝数也增加 ( P <
0. 01) ,反映出其有性生殖能力增强 ,逐渐在群落中
确立优势地位.
312 　土壤理化性质
　　退耕地 0～30cm 土壤以细砂粒和粗粉粒为主 ,
其分别占土壤颗粒的 42. 6 %和 20. 5 %以上 (表 2) .
退耕第 1 年 ,土壤粘粒和粉粒含量较高 ,砂粒和石砾
仅占 45. 8 % ,说明退耕前耕作改善了土壤基质. 退
耕第 1～7 年粘粒和粉粒分别以 5. 6 %和 5. 5 %的平
均速度减少 ,其中第 1～2 年降幅分别高达 29. 7 %
和 22. 9 %. 其原因可能是秋季刈割后 ,退耕地缺少
植被覆盖 ,上层土壤因耕作而疏松 ,冬春多大风 ,导
致风蚀严重. 砂粒在退耕后 1～7 年内平均以 6. 1 %
的速率递增 ,其中退耕后第 2 年比第 1 年增加
26. 1 % ,与粘粒和粉粒的变化趋势相反. 粘粒和粉粒
降幅在退耕第 4～ 7 年分别减少 2. 2 %·年 - 1 和
4. 8 %·年 - 1 ,说明随着恢复演替的进行 ,上层土壤
风蚀减弱. 天然草地粘粒和粉粒比 7 年的退耕耕地
分别增加 60. 8 %和 59. 7 % ,砂粒减少 31. 2 % ,随着
植被恢复 ,特别是群落中多年生植物增加 ,土壤风蚀
呈逆转趋势.
　　同期测定表明 ,退耕地 1、2、4 和 7 年及天然草
地 0 ～ 100cm 土壤平均含水量分别为 9. 49 %、
9. 83 %、11 . 19 %、11 . 67 %和12 . 03 % ,随退耕年限
的增加呈逐渐上升趋势. 退耕前期、中前期和中后期
表 2 　退耕地恢复进程中 0～30cm土层土壤粒径分布
Table 2 Grain2size distribution in 0～30cm soil layer of abandoned
farmland
土壤粒径
Soil particle size
退耕年数 No. of years after restored
1 2 4 7
天然样地
Natural
grassland
粘粒1) < 0. 001mm 3. 13 2. 16 2. 12 2. 00 3. 03
粗粘粒2) 0. 001～0. 005mm 10. 46 7. 39 7. 09 6. 60 10. 79
细粉粒3) 0. 005～0. 01mm 7. 87 5. 34 5. 08 4. 51 8. 26
粗粉粒4) 0. 01～0. 05mm 32. 75 24. 74 24. 11 20. 47 31. 63
细沙粒5) 0. 05～0. 25mm 45. 65 58. 15 60. 08 62. 42 42. 59
粗沙粒6) 0. 25～1mm 0. 14 0. 93 1. 11 2. 85 2. 32
石砾7) 1～3mm 1. 73 1. 17 1. 38
1) Clay ,2) Coarse clay ,3) Fine silt ,4) Coarse silt ,5) Fine sand ,6) Coarse
sand ,7) Gravel.
土壤水分增加速率分别为 0. 34 %·年 - 1 、0. 68 %·
年 - 1和 0. 14 %·年 - 1 ,后期 (第 7 年到对照群落) 基
本维持在 0. 14 %·年 - 1的水平 ,说明土壤水分增加
速率在恢复演替中期最明显. 退耕第 1 年 , 0～
100cm 土壤全 N、全 P、速效 N、速效 P 和有机 C 含
量较高 (图 4) ,可能是土地退耕前施肥的结果. 总 N
和速效 N 含量在恢复演替前期逐渐减少 ,第 2 年比
第 1 年低 27. 5 % , 降幅较大 , 第 2 ～ 4 年降低
10. 8 % ,下降趋缓 ;退耕 4 年后呈缓慢上升趋势 ,可
能与群落中豆科植物增加有关. 土壤中全 P、速效 P
和有机 C 含量均随退耕年限的增加逐渐下降. 无人
为干扰情况下 ,退耕地土壤 P 和 C 的积累主要来源
于动植物死亡分解 ;刈割对退耕地物质循环的影响
在于取走植物地上部分 ,却无相应的补充 ,因此导致
退耕地中 P 和 C 持续下降 ,2 种元素可能成为退耕
地长期刈割利用的限制因素. 速效 P 减少说明退耕
地在刈割的干扰下不利于土壤 P 的矿化.
313 　退耕地的恢复演替时间
　　研究区草地近 20 年的变化表明[20 ] ,对照样地
是一个相对稳定的群落 ,因此退耕地的恢复演替时
间指退耕地从撂荒开始演替到这个相对稳定群落所
图 4 　退耕地恢复进程中土壤理化性质
Fig. 4 Physical and chemical properties of soil in abandoned farmland.
7298 期 　　　　　　　　　　　　　　　侯扶江等 :黄土高原退耕地的生态恢复 　　　　
需的时间. 根据退耕地植被与土壤在恢复演替系列
上的阶段性特征 ,可得到这些特征与恢复时间的拟
合方程 ,将对照样地的土壤与植被特征数值代入方
程 ,可求得退耕地植被和土壤特征接近对照样地所
需的时间. 选择退耕地中种群、群落和土壤 4 项具有
指示性的特征 ,它们与时间的回归方程均通过显著
性检验 (表 3) .
　　沙蓬种群的株高和冠幅比达乌里胡枝子早 1 年
左右 ,接近于对照样地 (表 3) ,但种群密度和生长点
数目差异不大 ,整体上的差异也不显著 ( P > 0. 05) .
　　退耕地演替系列中 ,各样地群落与对照样地的
相似系数和退耕时间呈极显著相关 ( P < 0. 01) (表
3) ,理论上 ,耕地退耕后群落中物种生物量之间的比
例接近对照群落约需 9. 5 年. 综合群落物种数、地上
生物量、1 年生植物与多年生植物生物量之比等 4
项指标 ,退耕地经 9～11 年的恢复演替 ,群落结构与
原始植被相似 (表 3) . 群落结构恢复演替的时间比
沙蓬种群短 ( P < 0. 05) ,但与达乌里胡枝子差异不
显著 ( P > 0. 05) . 总体上群落的恢复演替慢于种群 ,
它是在种群变化的基础上种间关系的协调过程.
　　退耕地土壤粘粒、粉粒、砂粒、全 N 和速效 N 含
量的比较结果表明 ,平均经过 11. 6 年的演替 ,土壤
理化性状与对照样地相似 (表 3) . 土壤系统的恢复
比群落结构恢复所需的时间长 ,但差异不显著 ( P >
0. 05) ,明显迟滞于 2 个种群 ( P < 0. 01) .
　　综上所述 ,退耕地中植被与土壤子系统不同特
征的恢复时间有所差异 (表 3) ,2 个子系统总体恢复
时间也不同 ,植物优势种群 8～9 年 ,群落 9～11 年 ,
土壤 11～12 年. 鉴于土壤对于植物生长的重要性 ,
确定的退耕地恢复时间在 11～12 年左右.
4 　讨 　　论
　　农牧交错带草地退化的根本原因是人口压力过
重导致生态功能和经济功能失调. 黄土高原人类历
史经验和教训表明[7 ] ,在人口压力未根本改变的情
况下 ,退耕地恢复片面强调生态功能而忽视适度利
用 ,与片面强调经济功能而过度索取一样 ,都是有害
的和不可持续的. 草地的稳定性取决于人为与自然
因素的共同作用 ,没有人为干扰的草地也会随气候
波动而变化 ,典型的例子是气候变化导致的草地退
化[22 ] . 为了寻求草地的经济功能与生态功能的平衡
点 ,人类通过利用使群落稳定在可控的退化阶段 (相
对于气候顶级群落而言)是必要的. 退耕地恢复的目
标就应该是达到一个经济功能与生态功能相协
表 3 　退耕地的恢复时间
Table 3 Restorative period of abandoned farmland
项目
Item
指标
Index
恢复时间
Restora2
tive per2
iod (yr. )
种群 沙蓬 A . arenarium
Population 　　株高 Plant height 7. 9
　　冠幅直径 Crown width 8. 9
　　种群密度 Population density 8. 6
　　生长点数量 Number of growth point 8. 1
　　平均 Mean 8. 4 ±0. 2
达乌里胡枝子 L . dav urica
　　株高 Plant height 9. 3
　　冠幅直径 Crown width 9. 8
　　种群密度 Population density 8. 2
　　生长点数量 Number of growth point 8. 4
　　平均 Mean 8. 9 ±0. 4
平均 Mean 8. 7 ±0. 3
群落 群落相似性 ISmo 9. 5
Community 植物种数量 Species number 10. 4
地上现存量 Standing crop 12. 6
多年生植物/ 1 年生植物地上生物量比例 Ratio of
aboveground biomass of perennial/ annual plants 8. 6
平均 Mean 10. 3 ±0. 9
土壤 粘粒和粉粒 Clay and silt (0 . 001～0. 05mm) 10. 9
Soil 沙粒 Sandy grains (0. 05～1mm) 11. 8
全 N Total nitrogen 11. 0
速效 N Available nitrogen 12. 8
平均 Mean 11. 6 ±0. 4
调的稳定群落 ,在人类利用条件下 ,这样的稳定群落
是可持续的 ,如适度放牧可维持上百年甚至更长 ,青
藏高原的矮嵩草 ( Kobresia hum ilis) 草甸和新西兰
的多年生黑麦草 ( L oli um perenne) / 白三叶 ( T ri2
f oli um repens)人工草地[3 ,8 ,24 ] ,这符合群落演替的
多稳态2多过渡态理论[11 ] . 黄土高原退耕地恢复演
替到原生植被需要 40～50 年[23 ] ,如此大规模的“退
耕还林”和持久的人口压力 ,在漫长的恢复过程中 ,
不仅不再次破坏难以做到 ,而且不适度利用也很不
现实. 所以 ,适度利用使退耕地恢复到生态功能与经
济功能相对稳定的生态系统 ,从理论和实践上都是
可行的 ,达乌里胡枝子 + 沙蓬 + 茵陈蒿群落就是刈
割或放牧利用和沙漠化干扰下的稳定群落[15 ] .
　　刈割条件下 ,退耕地的恢复需掌握好刈割时间
和高度 ,并适当施肥 ,通过适宜的人工调控 ,加速退
耕地恢复. 退耕前几年似不宜刈割利用 ,这是因为退
耕地早期主要生长劣质的沙蓬和棉蓬 ( Corisper2
m um puberul um ) 等牧草 ,占地上生物量的 90 %以
上 ,利用价值不大 ;其次 ,1 年生植物沙蓬和棉蓬枯
黄后易被冬春大风吹走 ,刈割会加重地表裸露 ,加速
土地沙化. 退耕 4 年后 ,退耕地植被组成中 ,适口性
和营养价值较高的多年生禾草 (长芒草和赖草) 、菊
科植物 (茵陈蒿和冷蒿) 以及豆科植物 (达乌里胡枝
子)的比例有所上升 ,占 25 %以上 ,耕作层土壤疏松
829 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
状况也有所改善 ,适于刈割利用 ,但必须控制刈割高
度 ,避免地表裸露 ,留茬高度应利于控制风蚀. 施肥
是另一个重要的人工调控措施 ,这是因为 ,退耕地中
的 N、C、P 通过刈割流出 ,外界若无相应的物质输
入 ,必然导致系统营养元素衰竭 ,尤其是其自身难以
补给的 P. 退耕早期施肥可以 N、P 为主 ,后期退耕
地群落中豆科植物增加后 ,可以 P 为主 ,施肥期宜
在 6 月中旬 ,因为 7～9 月的降水占全年降水的
60 %以上 ,植物也相应地进入生长旺盛期 ,可有效利
用养分. 有条件的地方 ,在春季施肥并予以适当的灌
溉. 具体的人工调控措施 ,尚需进一步研究确定.
　　退耕地的恢复 ,从植被的角度分析 ,是在种群恢
复的基础上 ,种间和种内关系的重建过程 ;就土壤2
植被界面而言 ,是在土壤和植被恢复的基础上 ,二者
的耦合过程[9 ,19 ] . 优势种群的恢复时间较群落短 ,
植被的恢复时间较土壤短 ,即体现这种关系.
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作者简介 　侯扶江 ,男 ,1971 年生 ,博士 ,助理研究员 ,主要
从事草业科学研究 ,发表论文 20 余篇. E2mail : renban @pub2
lic. lz. gs. cn
9298 期 　　　　　　　　　　　　　　　侯扶江等 :黄土高原退耕地的生态恢复