全 文 ：文章编号:1000-0240(2006)04-0506-06
梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究
收稿日期:2006-02-08;修订日期:2006-05-10
基金项目:中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-04);青藏铁路科研项目;中国科学院“西部之光”项目(2003年度)资助
作者简介:陈桂琛(1961—), 男 , 福建诏安人, 研究员 , 1982年毕业于兰州大学 , 主要从事青藏高原植被生态和植物资源研究方面的工
作. E-mail:gcch en@nw ipb . ac. cn
陈桂琛1 , 周国英1 , 2 , 孙 菁1 , 2 , 陈志国1 , 韩友吉1 , 2 , 卢学峰1
(1. 中国科学院 西北高原生物研究所, 青海 西宁 810001;2. 中国科学院 研究生院 , 北京 100039)
摘 要:根据青藏铁路工程建设中的生态环境保护以及植被恢复建设的迫切需要 , 在青藏铁路沱沱河
试验段高寒草原区取土场开展植被恢复的试验工作 , 主要研究和分析了梭罗草(Kengy ilia thoroldiana
(Oliv .)J. L. Yang , Yen e t Baum)在青藏铁路取土场植被恢复中的应用 , 为青藏铁路工程建设中的取土
场植被恢复提供科学依据.结果表明:青藏铁路建设过程中形成的取土场属次生裸地 , 其有机质含量为
3. 31 g kg - 1 , pH 为 8. 84. 梭罗草为高原干旱地区乡土多年生草本植物 , 具有耐寒旱 、 抗风沙以及耐
盐碱等特性.在取土场植物的出苗率接近 50%, 越冬率可达 75%以上. 恢复第 2 年植物群落盖度为
41%, 群落地上生物量和地下生物量分别达到(128. 16±41. 85) g m- 2和(266. 50±95. 69 )g m - 2 .
可见 , 无论是种子萌发和植物越冬 , 还是植物个体生长发育以及人工植物群落特征 , 梭罗草表现出对
青藏铁路沿线高寒干旱地区气候和土壤环境具有较好的适应性. 只要采用高原乡土植物种类和采取相
应的植被恢复技术措施 , 青藏铁路多年冻土区取土场次生裸地的植被快速恢复是可行的.
关键词:青藏铁路;取土场;多年冻土区;植被恢复;梭罗草
中图分类号:Q94-331 文献标识码:A
青藏铁路是一条从北到南横穿青藏高原腹地的
重要交通设施工程. 青藏铁路格唐段北起格尔木市 ,
经西大滩 、昆仑山 、楚玛尔河 、北麓河 、沱沱河 、唐
古拉山垭口 , 全长 591. 58 km , 线路跨越昆仑山北
麓柴达木盆地南缘的荒漠生态系统和长江源多年冻
土区的高寒植被生态系统[ 1] . 鉴于青藏高原生态环
境和生物多样性具有独特性 、原始性和脆弱性等特
点 , 青藏铁路沿线植被及生态环境保护受到极大的
关注 , 如何有效地保护和恢复地表植被 , 防止或减
少冻土退化以及土地荒漠化 , 有针对性地开展高寒
脆弱生态区植被恢复技术的研究具有重要的理论和
实践意义. 以往研究主要集中在冻土[ 2 - 5] 、 气
候[ 6 - 7] 、地质[ 8] 以及铁路建设对沿线生态环境的影
响[ 9 ～ 12]等方面 , 对于取土场植被恢复方面尚未见报
道.本文根据 2002—2005 年在青藏铁路取土场(沱
沱河试验段 , 海拔 4 560 m)植被恢复试验 , 主要分
析了梭罗草(K engy i lia thoroldiana)在青藏铁路取
土场植被恢复中的应用 , 以期为青藏铁路工程建设
中的取土场植被恢复提供的科学依据.
1 试验区自然概况
沱沱河试验场地位于格尔木市唐古拉乡北 10
km 处青藏铁路东侧 210 m , 地理位置在 34°16′04″
N , 92°29′47″E附近 , 海拔约 4 560 m.试验地区属
沱沱河北岸冲 、洪积平原 , 地形开阔 , 略有起伏.地
层主要属第四系全新统粉质粘土 、细砂 、砾砂 、圆
砾土.试验地段为多年冻土向沱沱河融区过渡地带 ,
主要表现为岛状多年冻土与融区交错分布 , 融区主
要分布于部位较高 、排水条件良好 、土层较干燥的
低缓丘陵.
试验段气候属高原大陆性气候类型 , 具有寒
冷 、干旱 、多风等主要特点.根据沱沱河气象站资
料 , 年平均气温为- 4. 0 ℃, 极端最低气温 - 45. 2
℃, 极端最高温 24. 7 ℃, 最热月(7 月)平均气温
7. 6 ℃, 最冷月(1月)平均气温 - 16. 2 ℃;年平均
降水量 248. 5 mm , 年平均蒸发量 1 638. 9 mm , 年
第 28 卷 第 4 期
2 0 0 6 年 8 月
冰 川 冻 土
JOU RNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCRYOLOGY
Vol. 28 No. 4
Aug . 2 0 0 6
平均相对湿度 53%;年平均大风日数178 d. 试验段
原生土壤类型为高山草原土 , 土壤质地为砂砾质和
砂壤质 , 表层沙砾化.草皮层薄或无 , 根系较多 , 腐
殖质层厚度 5 ～ 10 cm , 粒状和团粒状结构较发育 ,
有机质含量 10 g kg -1左右 , 腐殖质层或过渡层之
下即为发育良好 、颗粒均匀的粒状结构. 全剖面微
碱性 , pH 7. 8 ～ 8. 9 , 通体石灰反应强烈 , 钙积层明
显.试验段原生植被属高寒草原 , 即由耐寒旱的多
年生丛生禾草和根茎苔草为优势种所形成的植物群
落 , 为青藏高原典型的地带性高寒植被类型[ 13 - 15] .
群落优势种有紫花针茅(S t ipa purpurea)、青藏苔
草(Carex moorcrof ti i)等. 该群落具有很强的耐寒 、
耐旱特性 , 种类组成贫乏 , 群落结构简单 , 层次分
化不明显 , 地表植被较为稀疏. 主要组成植物种类
约 40余种 , 种类组成以禾本科 、莎草科 、菊科等为
主.常见伴生植物有粗壮嵩草(Kobresia robusta)、
梭罗草 、青海苔草(Carex ivanovae)、羊茅(Festuca
spp)、沙生风毛菊(Saussurea arenaria)、弱小火绒
草(Leontopod ium pusi l lum)、垫状点地梅(Andro-
sace tapete)、青海雪灵芝(Arenaria qinghaiensis)、
裂叶独活 (Heracleum mil le folium )、 蚓果 芥
(Neotorularia humilis)、 二裂委陵菜(Potenti l la
bi f urca)、黄芪(Astragalus spp .)、棘豆(Oxy tro-
pis sp p. )、马先蒿(Pedicularis sp p. )等. 群落总盖
度一般为 30%～ 45%.
沱沱河试验场地为青藏铁路试验段取土形成的
取土场 , 取土过程破坏了原生植被和土壤 , 其地表
状况和土壤条件明显恶化 , 为砾质化次生裸地 , 面
积约 30 000 m 2 .
2 试验过程及测试方法
2002 年 7月中旬开始应用梭罗草在青藏铁路
取土场植被恢复野外试验工作. 其主要施工工艺为
适度平整→地表翻耕→ 碎化耙沟→ 种子播种→
磨耙镇压.采用东风小型拖拉机机械方法进行地表
的适度平整 , 并对取土场进行耕翻处理 , 从而形成
10 ～ 15 cm 的松土层 , 并对板结的大土块碎化 , 地
表耕翻松土后为植物种子播种创造了条件. 在播种
梭罗草种子时 , 拌加种子基肥(尿素和磷酸二铵各
75 kg hm - 2), 种子播种后及时磨耙镇压处理. 梭
罗草种子 2001年 9月采自青藏公路沿线 , 种子千
粒重(3. 84 ±0. 17)g . 梭罗草试验种植面积为
1000. 5 m2 .
3 结果及分析
植物播种完成后 , 植被恢复的效果主要是从植
被恢复过程的个体水平和群落水平等两个方面进行
试验观测 , 包括植物群落个体水平的生长发育规律
变化和植物群落特征的盖度和生物量变化 , 在植物
的主要生长季节 , 即每年的 6 ～ 9月中旬对取土场
梭罗草植物的生长发育状况等进行观测 , 每月一
次 , 个体数据每次取样为 20株;出苗率 、越冬率以
及生物量的取样面积为 25 cm×25 cm , 5个重复;
群落盖度取样面积为 1 m×1 m , 10个重复.
3. 1 梭罗草的出苗率和越冬率
出苗率是根据播种种子的千粒重和单位面积的
播种量 , 得到单位面积的总种子数 , 再测定单位面
积的实际苗数 , 从而得到出苗率.出苗率的测定于
当年 8月中旬出苗完成后进行. 并于第 2 年(2003
年)6月中旬植物返青后 , 测定越冬后存留苗数 , 其
结果见表 1. 植物的正常出苗和安全越冬是植被恢
复的前提.从表 1 数据来看 , 采用梭罗草作为植被
恢复植物 , 其植物的出苗率接近 50%, 而越冬率达
75%以上 , 可见梭罗草在取土场的出苗和越冬状况
较好.
表 1 梭罗草出苗率和越冬率
Table 1 Ra tio o f budding and ove rwinte ring
of Kengyilia thoro ldiana
处理方式 出苗数 /m2 出苗率 /% 越冬数 /m2 越冬率 /%
自然方式 448±68. 82 49. 11 352±75. 05 78. 57
3. 2 植物个体水平的生长发育规律变化
3. 2. 1 植物植株高度的变化
随着植物的生长 , 植株高度发生相应的变化.
试验段中梭罗草植株高度的年际和月际变化如图 1
所示. 可以看出 , 梭罗草植株高度的年际变化 , 同
月的植株高度一般表现为随生长年限而增高.植物
于 5月上旬开始返青 , 6月和 7月期间植株高度的
差异较小 , 但是年际之间仍呈增加趋势;梭罗草植
株高度达到峰值多出现在 8月份 , 9月中下旬随着
生长季节的结束 , 植株的高度有所下降. 月际之间
呈 6月低 —7月高—8月最高 —9月低的变化趋势 ,
即月际动态呈单峰型曲线.
3. 2. 2 植株根长的变化
梭罗草植株根长的变化如图 2所示 , 年际之间
对应6 、 7 、 8 、 9月均呈2005>2004>2003>2002
5074 期 陈桂琛等:梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究
图 1 梭罗草植株高度的年际和月际变化
Fig. 1 P lant height o f Kengy ilia thoroldiana
dynamics o f y ear s and months
图 2 梭罗草根长的年际和月际变化
Fig. 2 Root leng th of Kengy ilia thorold iana
dynamics o f y ear s and months
年 , 即表现为随生长年限的增加根长有所增加. 月
际之间根长的变化呈现稳步上升趋势 , 根长的变化
差异较小.除 2002年(第 1年)外 , 其余生长季根系
分布集中于 0 ～ 25 cm 之间.
3. 2. 3 植株分蘖数的变化
梭罗草植株分蘖数的变化如图 3所示 , 从图中
可以看出植物单株的总分蘖数年际变化有 2005>
2004>2003>2002 年的趋势 , 即随着生长年限的
增加 , 植株分蘖数也不断增加. 月际植株分蘖数总
体表现为随生长季变化持续增加. 2002年植株的
分蘖数为 2 ～ 3个 , 2003年从 6 月的返青期到 9 月
的枯黄期增幅最大 , 2004 年和 2005年分蘖数的月
际增幅趋于减缓.
图 3 梭罗草分蘖数的年际和月际变化
Fig . 3 T illering number o f Kengy ilia thoroldiana
dynamics o f y ear s and months
3. 2. 4 植株叶片数量的变化
梭罗草植株叶片数的变化如图 4所示 , 从图中
可以看出 , 植物单株的叶片数量年际变化有2004>
2005>2003>2002年的趋势 , 前 3 a 的叶片数量持
续增加 , 第 4年随着群落盖度的增加 , 种内竞争加
剧 , 导致叶片数量较第 3年有所下降.月际之间从
第 1年到第 2年在生长季叶片数量持续增加 , 第 3
年和第 4年在生长季前期叶片数量增加 , 9月中下
旬随着枯黄期的到来 , 叶片数量下降.
图 4 梭罗草叶片数量的年际和月际变化
Fig . 4 Leave s number o f Kengy ilia thoroldiana
dynamics of yea rs and months
3. 3 植物群落特征变化
3. 3. 1 群落盖度变化
青藏铁路沱沱河试验段梭罗草人工植物群落盖
度(%)的年际和月际变化如表 2 所示 , 结果表明:
群落盖度年际之间 , 同月比较均呈现 2005>2004>
2003>2002年 , 即随着生长年限的增加 , 人工植物
群落盖度逐步增大. 这与植株分蘖数和叶片数的变
化有较大的关系. 月际动态前 3个月均为近似直线
上升 , 植物生长季的 8月群落盖度最大 , 9月中下
旬有所回落 , 与植物种子成熟后脱落的生长发育特
点有关.
表 2 梭罗草人工植物群落盖度的年际和月际变化(%)
Table 2 Dynamics of cover degree in the ar tificia l
plant community of K engy ilia thoroldiana
among yea rs and months(%)
年 6月 7月 8月 9月
2002 5. 50±4. 01
2003 14. 50±6. 43 25. 50±12. 57 45. 50±8. 96 41. 00±9. 66
2004 42. 00±6. 75 46. 50±10. 55 48. 50±10. 55 46. 50±7. 76
2005 44. 00±6. 93 77. 00±10. 06 87. 60±5. 58 84. 50±8. 32
3. 3. 2 群落地上部分生物量变化
沱沱河试验段梭罗草人工植物群落地上生物量
的年际变化如表 3所示.梭罗草 2002年地上生物量
的干重只有(1. 96 ±0. 90)g m - 2 , 2003 年达到
508 冰 川 冻 土 28 卷
(128. 16 ±41. 85) g m - 2 , 2004年达到(207. 65
±75. 31 )g m - 2 , 2005年达到峰值为(1220. 00 ±
571. 83) g m - 2 .该地区原生高寒草原植被地上生
物量为(63. 12 ±54. 96)g m -2 , 可见人工草地从
第 2年开始地上生物量就已经超过原生草原.
表 3 梭罗草人工植物群落地上生物量的变化
Table 3 Dynamics of Aboveg round biomass
in the a rtificial plant community o f Kengy ilia
thoroldiana among yea rs and months
年 鲜重 /(g m - 2) 干重 /(g m - 2)
2002 6. 79±1. 70 1. 96±0. 90
2003 267. 17±97. 11 128. 16±41. 85
2004 625. 78±200. 45 207. 65±75. 31
2005 1458. 05±645. 77 1220. 00±571. 83
3. 3. 3 群落地下部分生物量变化
由表 4可知 , 梭罗草人工植物群落地下生物量
的变化 , 随着生长年限的增加 , 地下生物量积累增
多.第 2年和第 3年的地下生物量干重增加较为缓
慢 , 第 4 年地下生物量的干重累计超过 2000 g
m - 2 , 增长非常迅速. 超过原生植被(790. 82 ±
309. 47)g m -2的水平.
表 4 梭罗草人工植物群落地下生物量的变化
Table 4 Dynamics of underg round biomass in the
ar tificial plant community o f Kengy ilia thoroldiana
among years and months
年 鲜重 /(g m - 2) 干重 /(g m - 2)
2003年 604. 70±204. 70 266. 50±95. 69
2004年 1028. 03±522. 78 433. 60±256. 32
2005年 3302. 91±2276. 02 2028. 25±930. 68
4 结论和讨论
(1)高寒草原区形成取土场后 , 其地表状况和
土壤条件明显恶化 , 其有机质含量为 3. 31 g
kg - 1 , pH 为 8. 84.取土过程不仅破坏了原生植被 ,
而且将土壤连同其中原有的植物种子和繁殖体破坏
或取走 , 致使植被恢复难度进一步增加.
(2) 梭罗草为禾本科多年生草本植物 , 分蘖
强 , 具有耐寒旱 、抗风沙 、耐盐碱等特点 , 对青藏
铁路高海拔干旱地区气候和土壤环境具有较好的适
应性.该植物在海拔 4 500 m 的高寒草原多年冻土
区取土场可以正常萌发并安全越冬 , 出苗率接近
50%, 越冬率可达 75%以上.
(3)取土场植被恢复过程中 , 梭罗草植物个体
水平的生长发育规律变化正常. 植株高度年际变化
总体表现为随生长年限而递增的趋势 , 月际变化在
植物的生长季呈单峰型曲线.植株根长表现为随生
长年限的增加而有所增加.月际之间根长的变化呈
现稳步上升趋势 , 根系分布集中于 0 ～ 25 cm 之间.
植株分蘖数和叶片数目年际变化有逐步增加的特
点 , 即表现为 2005>2004>2003>2002年的趋势 ,
月际分蘖数和叶片数也表现为持续增加.
(4)梭罗草人工植物群落的特征表明 , 群落盖
度从春到夏至秋不断变化 , 从种植第 2年 8月群落
盖度可达到原生高寒草原盖度水平 , 至第 4年人工
植被平均盖度(%)已达较高水平 , 远远超过原生高
寒草原盖度的(41. 3±4. 65)%水平. 无论从实地观
测还是从景观效果来看 , 都已达到人工植被对取土
场次生裸地快速恢复的目的. 恢复第 2年植物群落
地上生物量达(128. 16 ±41. 85) g m - 2 , 超过原
生植被的(63. 12±54. 96) g m - 2的水平. 地下生
物量的增长较为缓慢 , 随着生长年限的增加 , 地下
生物量积累增多 , 到第 4 年达到(2028. 25 ±
930. 68) g m - 2 , 远远超过原生植被(790. 82±
309. 47) g m -2的水平.
综上所述 , 青藏铁路建设过程中形成的高寒草
原区取土场次生裸地 , 其地表状况和土壤条件显著
恶化.青藏公路严重干扰地段植被的自然恢复是一
个十分缓慢的过程[ 16] .梭罗草为青藏高原高海拔干
旱地区常见的多年生草本植物[ 17] , 作为青藏铁路
和青藏公路严重干扰地段的植被恢复植物种类 , 具
有耐寒旱 、抗风沙以及耐盐碱等特性 , 无论是种子
萌发和植物越冬 , 还是植物个体生长发育以及人工
群落特征 , 表现出对高原干旱地区气候和土壤环境
具有较好的适应性. 本试验结果表明 , 只要采用高
原乡土植物种类和采取相应的植被恢复技术措施 ,
青藏铁路高寒草原多年冻土区取土场次生裸地的植
被快速恢复是可行的. 采用青藏高原乡土的多年生
草本植物可以快速恢复裸露取土场的地表植被 , 加
快植被自然修复过程 , 是一项行之有效的植被恢复
措施.
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510 冰 川 冻 土 28 卷
Application of Kengyilia thoroldiana to Vegetation Restoration
in Gravel-soil-taken Field along the Qinghai-Tibet Railway
CHEN Gui-chen1 , ZHOU Guo-ying1 , 2 , SUN Jing 1 , 2 , CHEN Zhi-guo1 ,
HAN You-ji1 , 2 , LU Xue-feng1
(1. Nor thwest Inst itute o f P latea u B iolog y , Ch inese Academy o f S ciences , X ining Qingha i 810008 , China;
2. Gra duate Univer si ty o f the Ch inese Acad emy o f S ciences , Bei j in g 100049 , Ch ina)
Abstract:Aimed at the ecolo gical pro tection and
vegeta tion resto ration in the Qinghai-Tibet railw ay
const ruction , an experiment of vegetation resto ra-
tion in the gravel-soil-taken field of alpine steppe a-
long the Qinghai-Tibet Railw ay w as carried out.
The application of K engy i lia thoroldiana (Oliv.)
J. L. Yang , Yen e t Baum to the vegetation resto ra-
tion in the Tuotuo River area along the Qinghai-Ti-
bet Railw ay w as also discussed in order to provide
a scientific basis for vegetation restoration. The
results indicated that the g ravel-soi l-taken field
fo rmed in the process of the Qinghai-Tibet railw ay
const ruction w as the secondary bare land , of w hich
the o rganic mat ter w as 3. 31 g kg -1 , and pH val-
ue w as 8. 84. K. thorold iana is a perennial native
plant in drought area of the Tibetan Plateau and
characterized by bearing co ld and drought , resis-
ting sandsto rm and salinity , e tc. Of K . thorold i-
ana Budding ratio is close to 50% and overw inte-
ring ratio exceeds 75%. Coverage , overg round bi-
omass and underg round biomass o f plant communi-
ty reach 41%, (128. 16 ± 41. 85) g m - 2 and
(266. 50 ±95. 69 ) g m - 2 at the second year in
the process of restoration. It i s obvious that
w hether for the seeds germination and seeds living
through the winter , or fo r individual development
and artificial plant community characterist ics , this
species ho ld bet ter applicabili ty w ith the co ld-arid
climate and soil environment along the Qinghai-Ti-
bet railw ay. As long as a co rresponding plateau n-
ative plant species is cho sen and a co rresponding
technical measure is taken , rapid resto rat ion of
vegetation in the pe rmafro st regions along the
Qinghai-Tibet Railw ay could be achieved for a few
years.
Key words:Qinghai-Tibet Railw ay;g ravel-soil-taken field;permafrost regions;vegetation restorat ion;
Keng yi l ia thoroldiana
5114 期 陈桂琛等:梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究