全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 8 期摇 摇 2013 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
城市生态系统研究专题
城市生态系统:演变、服务与评价———“城市生态系统研究冶专题序言 王效科 (2321)…………………………
城市生态景观建设的指导原则和评价指标 孙然好,陈爱莲,李摇 芬,等 (2322)…………………………………
城市绿色空间格局的定量化方法研究进展 陶摇 宇,李摇 锋,王如松,等 (2330)…………………………………
城市土地利用变化对生态系统服务的影响———以淮北市为例 赵摇 丹,李摇 锋,王如松 (2343)………………
基于市政综合监管信息的城市生态系统复杂性分析 董仁才,苟亚青,刘摇 昕 (2350)…………………………
原位生物技术对城市重污染河道底泥的治理效果 柳摇 敏,王如松,蒋摇 莹,等 (2358)…………………………
北京城区道路沉积物污染特性 任玉芬,王效科,欧阳志云,等 (2365)……………………………………………
绿地格局对城市地表热环境的调节功能 陈爱莲,孙然好,陈利顶 (2372)………………………………………
北京城区气传花粉季节分布特征 孟摇 龄,王效科,欧阳志云,等 (2381)…………………………………………
个体与基础生态
三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 徐摇 翠,张林波,杜加强,等 (2388)………………………
土壤砷植物暴露途径的土壤因子模拟 线摇 郁,王美娥,陈卫平 (2400)…………………………………………
不同寄主植物对马铃薯甲虫的引诱作用 李摇 超,程登发,郭文超,等 (2410)……………………………………
蒙古栎、白桦根系分解及养分动态 靳贝贝,国庆喜 (2416)………………………………………………………
干旱和坡向互作对栓皮栎和侧柏生长的影响 王摇 林,冯锦霞,王双霞,等 (2425)………………………………
不同郁闭度下胸高直径对杉木冠幅特征因子的影响 符利勇,孙摇 华,张会儒,等 (2434)………………………
驯化温度与急性变温对南方鲇幼鱼皮肤呼吸代谢的影响 鲜雪梅,曹振东,付世建 (2444)……………………
种群、群落和生态系统
五鹿山国家级自然保护区物种多样性海拔格局 何艳华,闫摇 明,张钦弟,等 (2452)……………………………
玉龙雪山白水 1 号冰川退缩迹地的植被演替 常摇 丽,何元庆,杨太保,等 (2463)………………………………
互花米草海向入侵对土壤有机碳组分、来源和分布的影响 王摇 刚,杨文斌,王国祥,等 (2474)………………
南亚热带人工针叶纯林近自然改造早期对群落特征和土壤性质的影响
何友均, 梁星云,覃摇 林,等 (2484)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
入侵植物黄顶菊生长、再生能力对模拟天敌危害的响应 王楠楠,皇甫超河,李玉浸,等 (2496)………………
小兴安岭白桦次生林叶面积指数的估测 刘志理,金光泽 (2505)…………………………………………………
草地植物群落最优分类数的确定———以黄河三角洲为例 袁摇 秀,马克明,王摇 德 (2514)……………………
多毛类底栖动物在莱州湾生态环境评价中的应用 张摇 莹,李少文,吕振波,等 (2522)…………………………
马尾松人工林火烧迹地不同恢复阶段中小型土壤节肢动物多样性 杨大星,杨茂发,徐摇 进,等 (2531)………
景观、区域和全球生态
极端干旱区大气边界层厚度时间演变及其与地表能量平衡的关系 张摇 杰,张摇 强,唐从国 (2545)…………
基于多源遥感数据的景观格局及预测研究 赵永华,贾摇 夏,刘建朝,等 (2556)…………………………………
城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应
胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等 (2565)
………………………………………
……………………………………………………………………………
资源与产业生态
碳汇目标下农户森林经营最优决策及碳汇供给能力———基于浙江和江西两省调查
朱摇 臻,沈月琴,吴伟光,等 (2577)
……………………………
……………………………………………………………………………
基于 GIS的缓坡烟田土壤养分空间变异研究 刘国顺,常摇 栋,叶协锋,等 (2586)………………………………
春玉米最大叶面积指数的确定方法及其应用 麻雪艳,周广胜 (2596)……………………………………………
城乡与社会生态
广州市常见行道树种叶片表面形态与滞尘能力 刘摇 璐,管东生,陈永勤 (2604)………………………………
研究简报
桔梗种子萌发对低温、干旱及互作胁迫的响应 刘自刚,沈摇 冰,张摇 雁 (2615)…………………………………
基质养分对寄生植物南方菟丝子生长的影响 张摇 静,李钧敏,闫摇 明 (2623)…………………………………
学术信息与动态
人类活动对森林林冠的影响———第六届国际林冠学大会述评 宋摇 亮,刘文耀 (2632)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*316*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄04
封面图说: 互花米草近景———互花米草是多年生高大禾本科植物,植株健壮而挺拔,平均株高约 1. 5m,最高可达 3. 5m,茎秆直
径可达 1cm以上。 原产于大西洋沿岸,是一种适应海滩潮间带生长的耐盐、耐淹植物。 我国于 1979 年开始引入,原
意主要是用于保滩护堤、促淤造陆和改良土壤等。 但是,近年来,互花米草迅速扩散,在一些区域里,已经完全郁闭,
形成了单优种群,严重排挤了本土物种的生长,并且还在以指数增长的速度逐年增加,对海岸湿地土著物种和迁徒
鸟类造成的危害日益严重,已经列为必须严格控制的有害外来入侵物种。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 8 期
2013 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 8
Apr. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41001055); 中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2012鄄YSKY鄄13); 中国环境保护部公益性行业科研
专项(200909109)资助
收稿日期:2012鄄10鄄18; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄01
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhanglb@ craes. org. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201210181449
徐翠, 张林波,杜加强,郭杨,吴志丰,徐延达,李芬,王风玉.三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响.生态学报,2013,33(8):2388鄄2399.
Xu C, Zhang L B, Du J Q, Guo Y, Wu Z F, Xu Y D, Li F, Wang F Y. Impact of alpine meadow degradation on soil water conservation in the source
region of three rivers. Acta Ecologica Sinica,2013,33(8):2388鄄2399.
三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响
徐摇 翠,张林波*,杜加强,郭摇 杨,吴志丰,徐延达,李摇 芬,王风玉
(中国环境科学研究院 /国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室 /环境基准与风险评估国家重点实验室, 北京摇 100012)
摘要: 三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估
与合理监测提供科学依据。 以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、
土壤水文物理性质及土壤水源涵养量。 结果表明: 高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、
自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P<0. 05)。 随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重
逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著。 未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为 1884. 32—1897郾 44t /
hm2、1360. 04—1707. 79t / hm2、1082. 38—1550. 10t / hm2。 中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低 9. 37%—10郾 35% ,重度
退化草甸低 18. 31%—27. 82% 。 草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,
而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因。 度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛
管孔隙度的蓄水作用。 研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P<0. 05),该结果能够推
动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据。
关键词:三江源;高寒草甸;土壤容重;孔隙度;持水量;土壤水源涵养量
Impact of alpine meadow degradation on soil water conservation in the source
region of three rivers
XU Cui, ZHANG Linbo*, DU Jiaqiang, GUO Yang, WU Zhifeng, XU Yanda, LI Fen, WANG Fengyu
Chinese Research Academy of Environmental Sciences, State Environment Protection Key Laboratory of Regional Eco鄄process and Function Assessment, State
Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Beijing 100012, China
Abstract: Research on the effects of grassland degradation on soil water conservation in the Sanjiangyuan region of China is
essential as it can provide a scientific basis for evaluating and monitoring water conservation in this important water
conservation area. Its regional strategic position is extremely important as 1. 2% of the total water in the Yangtze River,
40% of the total water in the Yellow River, and 15% of the total water in the Lancang River comes from this area. As a
result of climate change and human activity, grassland degradation had been more severe in the Sanjiangyuan region since
the 1970s. Rangeland degradation not only impacts vegetation, it can also have great effects on soil physical and chemical
properties. Changes to the physical and chemical properties of soil can subsequently affect the efficiency of soil water
conservation. The vegetation in this region is dominated by grassland. In grassland ecosystems 99% of water conservation
capacity comes from the capacity of soil to retain water. While soil water conservation efficiency is influenced by many
factors such as vegetation type, land use and land cover, studies have shown that water yield in this region has decreased
year by year and that water conservation capacity has declined sharply. These findings show that further studies exploring
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the impacts of grassland degradation on the function of soil water conservation are of great significance. Field surveys and
experimental analyses were applied to detect vegetation biomass, soil moisture and physical characteristics, and soil water
conservation capacity of alpine meadows in different soil types in this area. Results showed that above鄄ground biomass,
under鄄ground biomass, capillary porosity, total porosity, natural water鄄holding capacity, maximum water holding capacity,
and soil water conservation capacity decreased significantly at severely degraded alpine meadows (P<0. 05). When an
alpine meadow deteriorated from not degraded alpine meadow status to moderately degraded and severely degraded alpine
meadows, soil bulk density increased gradually. Soil non鄄capillary porosity, minimum water鄄holding capacity and capillary
water鄄holding capacity did not change dramatically. The ranges of soil water conservation capacity at the three degradation
stages were 1884. 32—1897. 44t / hm2, 1360. 04—1707郾 79t / hm2 and 1082. 38—1550. 10t / hm2 respectively. Compared
with not degraded alpine meadows with different soil types, soil water conservation capacity was reduced by 9. 37%—
10郾 35% at moderately degraded meadows, and by 18. 31%—27. 82% at severely degraded meadows. Reduced soil water
conservation capacity was caused by diminished total porosity and capillary porosity and was also indirectly caused by a
reduction of above鄄ground biomass and under鄄ground biomass associated with the degradation of the alpine meadows. The
contribution of capillary porosity to water conservation should be taken into account when evaluating alpine meadow soil
water conservation capacity in the Sanjiangyuan region. The results of the correlation analysis showed that soil water
conservation capacity was positively correlated with above鄄ground biomass and under鄄ground biomass ( P < 0. 05 ). In
addition to promoting the evaluation of water conservation function, our findings can be used to provide guidelines and
methods for water conservation function monitoring in the Sanjiangyuan region by remote sensing.
Key Words: Sanjiangyuan; alpine meadow; soil bulk density; porosity; water holding capacity; soil water conservation
capacity摇
三江源区生态战略地位极为重要,是我国重要的水源涵养生态功能调节区。 长江总水量的 1. 2% ,黄河
总水量的 40%以及澜沧江总水量的 15%均来自于三江源区[1]。 受气候变化和人类活动的共同影响,20 世纪
70 年代以前三江源区草地已经呈退化趋势[2]。
高寒草地退化除造成植被状况[3]发生明显变化外,还对土壤理化性质[4]产生显著影响,使土壤肥力[5]、
土壤有机碳[6鄄9]、土壤微生物[10鄄12]与土壤酶活性[13]等指标明显下降。 土壤理化性质变化对水源涵养功能的
发挥具有重要作用[14]。 刘敏超等[15]以综合蓄水量方法计算得到三江源区水源涵养量总计为 1. 6469伊1010 t,
其中,土壤蓄水量占总量的 99% 。 由此看出草地生态系统水源涵养功能以土壤蓄水为主。 而不同的植被类
型[16]、生态系统类型[17]以及土地利用与土地覆盖[18]都会对土壤水源涵养功能产生不同程度的影响。 近年
来相关研究[19]表明,三江源区水源涵养生态功能明显下降,源头产水量逐年减少。 因此,研究三江源区生态
系统状况变化与土壤水源涵养功能关系至关重要。
为了深入研究并探讨三江源区高寒草地退化对土壤水源涵养功能的影响,本文采用野外实地采样与室内
测试分析的方法,针对三江源区分布面积最广的高寒草甸,在不同退化程度的高寒草甸生境内分别布设样地,
采样并分析各退化阶段高寒草甸的生物量特征、土壤水文物理性质、土壤水源涵养量的变化趋势及其相关关
系,研究高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响,为三江源区生态系统水源涵养精确评估与动态监测提供
理论基础与科学依据。
1摇 研究区概况
三江源区隶属青藏高原腹地,位于东经 89毅45忆—102毅23忆,北纬 31毅39忆—36毅12忆,海拔在 3335—6564m 之
间,平均海拔为 4000m。 涉及青海省玉树、果洛、海南、黄南、海西 5 个藏族自治州的 16 个县以及格尔木市代
管的唐古拉乡[20],全区行政面积达 36. 37 万 km2。 为典型高原大陆性气候,全年冷热交替,干湿分明,年尺度
与日尺度温差大,日照时间长,太阳辐射剧烈,植物生长周期短。 全年平均气温为-5. 6—3. 8益,极端最低气
9832摇 8 期 摇 摇 摇 徐翠摇 等:三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 摇
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温低至-48益,极端最高气温高达 28益,年平均降水量范围在 262. 2mm 到 772. 8 mm 之间[10]。 高寒草甸、高
寒草原和高山森林是三江源地区重要的植被类型[11]。 高寒草甸类草地常见优势种主要为莎草科嵩草属
(Kobresia Wild. )、苔草属(Carex L. )以及禾本科披碱草属(Elymus L. )等植物[21],常见毒杂草有豆科棘豆属
(Oxytropis DC. )、毛茛科乌头属(Aconitum L. )、菊科橐吾属(Ligularia Cass. )等[22]。 土壤类型多为高山草甸
土、亚高山草甸土和高山草原土[23],其中,高山草甸土为地带性土壤。
2摇 研究方法
2. 1摇 样地布设与采样方法
参考青藏高原草地评价等级标准[24]及 GB 19377—2003《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》,根据
研究目的将三江源区高寒草甸退化阶段分为未退化、中度退化及重度退化 3 个阶段。 为排除土壤类型差异对
结果的影响,需要对土壤类型进行划分。 将全国 1颐100 万土壤类型图、全国 1颐100 万植被类型图与实际情况相
结合,根据土壤类型与植被类型的代表性,确定样地植被类型以高寒草甸类为主,土壤类型以亚高山草甸土、
高山草甸土与高山草甸草原土为主,综合考虑三江源区降水量、年积温、年均温等水热条件差异,根据高寒草
甸退化程度与土壤类型组合生境(共 9 种),以空间分布代替时间演替的方法[7, 25],2012 年 8 月在三江源区黄
南州、果洛州及玉树州境内布设样地。 实地调查中在亚高山草甸土条件下仅选取到 1 个重度退化草甸,高山
草甸草原土条件下未选取到具代表性的未退化高寒草甸。 因此,共布设了 32 个样地,样地大小为 30m伊30m,
每一样地均随机设置 3 个 1m伊1m的植物样方。 样地基本概况记录见表 1。
采用常规收获法[26]采集地上生物量。 三江源地区高寒草甸生境内约 95%以上的根系主要集中在 0—
20cm[4, 27],利用根钻采集 0—20cm根系样品以测定地下生物量。 在每个植物样地内挖取 3 个土壤剖面,采用
容积为 100cm3 的环刀采集 0—10cm、10—20cm、20—30cm处原状土,编号并称重、密封保存。
2. 2摇 生物量及土壤特征测定
将采集的地上植被样品置于 65益下烘干至恒重,称重得到地上生物量。 用淘洗法将根系与土壤分离,在
65益下烘干至恒重,称重得到地下生物量。
参考《森林土壤定位研究方法》 [28]与 LY / T 1215鄄1999《森林土壤水分鄄物理性质的测定》由环刀法一次性
连续检测并计算得到土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、毛管持水量、最小持水量、
最大持水量等指标。
土壤最大蓄水量集中反映了土壤储存和调节水分的作用[29],本研究以土壤最大蓄水量将土壤水源涵养
功能定量化[17, 30鄄33],土壤水源涵养量由各层土壤最大持水量加和得到。
2. 3摇 数据处理与分析方法
采用 SPSS 16. 0 软件 One鄄Way ANOVA 统计各个指标平均值、标准差,在 P = 0. 05 水平上 Least
Significance Difference法检验草甸地上生物量、地下生物量、各层土壤容重平均值、非毛管孔隙度平均值、毛管
孔隙度平均值、总孔隙度平均值、0—30cm土壤自然含水量、毛管持水量、最小持水量及土壤水源涵养量在不
同退化阶段间是否存在显著差异,如存在显著差异,则标记不同字母,如无显著差异,则标记同样字母。
Bivariate Correlations分析影响土壤水源涵养量的主要因素,以 Pearson 相关性系数表征与每一指标间相关性
高低,Two鄄tailed检验反映与该指标间是否具有显著相关性。
3摇 结果与分析
3. 1摇 高寒草甸退化对生物量的影响
从图 1 可以看出,随着草甸退化程度的加重,地上、地下生物量均呈降低趋势。 与周华坤等[4]研究结果一
致。 其中,草甸退化对地上生物量的影响较为明显,而对地下生物量的影响不明显,可能地下生物量对草地退
化的响应具有滞后现象,需要更长的时间才能显现。
3. 2摇 高寒草甸退化对土壤物理性质的影响
3. 2. 1摇 对土壤容重的影响
摇 摇 土壤容重在土壤剖面的垂直分布规律随草甸退化程度加剧发生变化。未退化、中度退化草甸土壤容重随
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中
出
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1932摇 8 期 摇 摇 摇 徐翠摇 等:三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 摇
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图 1摇 三江源区不同退化阶段高寒草甸生物量
Fig. 1摇 Biomass of alpine meadow at different degradation stages in Sanjiangyuan Region
同一类土壤类型下不同字母代表不同退化阶段间数据差异显著(LSD检验,P<0. 05);竖杠代表标准差
土壤深度增加逐渐增大,而在重度退化草甸中呈波动性变化(表 2)。 草甸由未退化向中度、重度退化阶段演
替过程中,3 层土壤容重平均值显著增大(P<0. 05,图 2),这点与西藏当雄草地退化对土壤容重影响特点[6]相
吻合,也与魏强等[34]在黄河上游玛曲的研究结果一致。
表 2摇 高寒草甸不同退化阶段土壤物理性质特征
Table 2摇 Soil physical properties of alpine meadow at different degradation stages in different soil types
土壤类型
Type of soil
退化阶段
Degradation stages
土壤深度
Depth of soil
/ cm
土壤容重
Soil bulk density
/ (g / cm3)
非毛管孔隙度
Non鄄capillary
porosity / %
毛管孔隙度
Capillary porosity
/ %
总孔隙度
Total porosity
/ %
亚高山草甸土
Subalpine
meadow soil
未退化 0—10 0. 69依0. 03淤a 4. 05依1. 15a 64. 38依2. 95a 68. 43依1. 80a
10—20 0. 82依0. 08a 2. 91依0. 50a 62. 58依2. 11a 65. 48依2. 19a
20—30 0. 99依0. 08a 2. 44依0. 52a 53. 40依6. 55a 55. 84依6. 08a
中度退化 0—10 0. 77依0. 06a 3. 01依0. 11a 59. 89依1. 74a 62. 90依1. 69b
10—20 0. 96依0. 06a 2. 58依0. 09a 54. 83依1. 72b 57. 41依1. 76b
20—30 1. 16依0. 05a 3. 22依0. 70a 46. 57依1. 08a 49. 79依1. 68a
重度退化 0—10 1. 12依0. 00b 4. 91依0. 00a 47. 52依0. 00b 52. 42依0. 00c
10—20 0. 99依0. 00b 5. 58依0. 00b 45. 22依0. 00c 50. 80依0. 00c
20—30 1. 17依0. 00a 4. 27依0. 00a 47. 53依0. 00a 51. 80依0. 00a
高山草甸土
Alpine meadow soil
未退化 0—10 0. 56依0. 04a 3. 26依0. 78a 64. 44依2. 60a 67. 71依2. 06a
10—20 0. 80依0. 04a 1. 99依0. 09a 61. 08依1. 75a 63. 07依1. 72a
20—30 1. 00依0. 06a 2. 35依0. 34a 53. 84依2. 55a 56. 18依2. 38a
中度退化 0—10 0. 79依0. 04b 3. 79依0. 70a 57. 22依1. 38b 61. 00依1. 09b
10—20 0. 96依0. 02a 4. 04依0. 85b 51. 50依0. 90b 55. 54依0. 75b
20—30 0. 97依0. 05b 3. 61依0. 92a 50. 18依1. 56ac 53. 79依1. 75a
重度退化 0—10 1. 28依0. 01c 2. 13依0. 05a 43. 04依1. 07c 45. 17依1. 11c
10—20 1. 26依0. 05b 1. 92依0. 33ac 43. 69依0. 89c 45. 61依1. 14c
20—30 1. 35依0. 05c 2. 00依0. 18a 43. 22依0. 73bc 45. 22依0. 86ab
高山草甸草原土
Alpine meadow
steppe soil
中度退化 0—10 1. 17依0. 04a 2. 91依0. 07a 45. 90依0. 89a 48. 80依0. 83a
10—20 1. 22依0. 10a 3. 69依0. 21a 45. 66依2. 26a 49. 34依2. 22a
20—30 1. 23依0. 00a 3. 36依1. 17a 42. 32依2. 16a 45. 68依0. 99a
重度退化 0—10 1. 57依0. 03b 2. 92依0. 28a 35. 07依0. 74b 37. 98依0. 48b
10—20 1. 61依0. 04b 2. 58依0. 39a 31. 75依0. 64b 34. 33依0. 49b
20—30 1. 52依0. 07b 3. 70依0. 05a 32. 85依0. 33a 36. 55依0. 28a
摇 摇 淤表示数据为平均值依标准误差;同一指标相同土壤条件下,同一土壤深度数据后的字母相同表明数据间差异不显著(P>0. 05)
2932 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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3. 2. 2摇 对土壤孔隙度的影响
随着草甸由未退化向中度、重度退化进程中,土壤非毛管孔隙度在土壤剖面上无明显的垂直变化规律
(表 2)。 图 2 看出,土壤非毛管孔隙度与草地退化程度无明显变化趋势,在亚高山草甸土条件下,重度退化阶
段高寒草甸土壤非毛管孔隙度显著较高于其他退化阶段草甸(P<0. 05),与黄河上游玛曲高寒草地不同退化
阶段的土壤非毛管孔隙度[34]结果一致,可能由于草地沙化或石砾化增大了土壤非毛管孔隙度。 而在高山草
甸土条件下,中度退化阶段则显著较高于其他退化阶段草甸(P<0. 05)。 可能不同的土壤类型会使草地退化
对土壤非毛管孔隙度的影响加快或减慢。
图 2摇 不同退化阶段高寒草甸各层土壤容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度平均值
Fig. 2摇 Average soil bulk density、non鄄capillary porosity、capillary porosity、total porosity in different degradation alpine meadow
表 2 可知,草甸退化影响了土壤毛管孔隙度与总孔隙度在土壤剖面上的变化规律,当草甸处于未退化与
中度退化阶段时,土壤毛管孔隙度与总孔隙度在土壤剖面上逐渐减少,一旦草甸发生严重退化时,则发生波动
性变化。 由图 2 看出高寒草甸土壤毛管孔隙度、总孔隙度由大到小排序:未退化草甸>中度退化草甸>重度退
化草甸,规律与魏强等[34]研究结果一致。
3. 3摇 高寒草甸退化的土壤持水特征
由表 3 可知,草甸退化对土壤自然含水量在土壤剖面上的作用规律不明显。 表 3 与图 3 共同说明高寒草
甸由未退化向中度、重度退化过程演替过程中,0—10cm、10—20cm、20—30cm及 0—30cm土壤自然含水量随
3932摇 8 期 摇 摇 摇 徐翠摇 等:三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 摇
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草甸退化程度加剧均呈降低趋势,西藏当雄草原草地退化对土壤自然含水量也存在这样的规律[35]。
表 3 中可看出,草甸退化影响了土壤最大持水量在土壤剖面的垂直分布规律发生变化。 高寒草甸在重度
退化阶段,土壤最大持水量随在土壤剖面垂直方向呈波动性变化。
高寒草甸退化也影响了土壤最大持水量在土壤剖面的垂直分布规律(表 3),重度退化阶段土壤最大持水
量随土壤深度出现波动变化。 随着草甸退化程度加剧,高寒草甸 0—30cm 土壤毛管持水量呈降低趋势
(图 3)。
图 3摇 不同退化阶段高寒草甸 0—30cm土壤自然含水量、毛管持水量、最小持水量及土壤水源涵养量
Fig. 3 摇 Soil natural water water鄄holding capacity、 capillary water鄄holding capacity、 minimum water鄄holding capacity and soil water
conservation capacity in different degradation alpine meadow
3. 4摇 土壤水源涵养量变化趋势及其影响因素分析
从图 3 可看出,草甸退化过程中土壤水源涵养量呈显著降低趋势(P<0. 05)。 在亚高山草甸土条件下,未
退化、中度退化、重度退化阶段草甸土壤水源涵养量平均值分别为 1897. 44、1701. 04、1550. 10t / hm2,分别降低
了 10. 35%和 18. 31% 。 在高山草甸土条件下,3 个退化阶段土壤水源涵养量平均值为 1884. 32、1707. 79、
1360. 04t / hm2,显著降低了 9. 37%和 27. 82% (P<0. 05)。 在高山草甸草原土条件下,中度、重度退化草甸土
壤水源涵养量平均值分别为 1462. 10t / hm2 与 1082. 38t / hm2,显著减少了 25. 97% (P<0. 05)。
4932 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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表 3摇 不同土壤类型下高寒草甸不同退化阶段土壤水分特征
Table 3摇 Soil water characteristic of alpine meadow at different degradation stages in different soil types
土壤类型
Type of soil
退化阶段
Degradation
stages
土壤深度
Depth of soil
/ cm
自然含水量
Natural water鄄
holding capacity
/ ( t / hm2)
毛管持水量
Capillary water鄄
holding capacity
/ ( t / hm2)
最小持水量
Minimum water鄄
holding capacity
/ ( t / hm2)
最大持水量
Maximum water鄄
holding capacity
/ ( t / hm2)
亚高山草甸土
高山草甸土
高山草甸草原土
未退化 0—10 520. 47依41. 31淤a 643. 75依29. 47a 473. 51依44. 26a 684. 26依18. 00a
10—20 523. 27依44. 45a 426. 37依131. 65a 338. 62依109. 89a 654. 82依21. 89a
20—30 434. 11依108. 29a 379. 51依131. 31a 307. 83依126. 10a 558. 36依60. 82a
中度退化 0—10 343. 27依39. 42b 598. 94依17. 36a 408. 77依20. 66ac 629. 02依16. 91b
10—20 331. 10依28. 95b 548. 31依17. 254a 433. 52依15. 75a 574. 14依17. 60b
20—30 279. 25依23. 25a 465. 66依10. 81a 352. 22依23. 08a 497. 87依16. 79a
重度退化 0—10 174. 70依0. 00c 475. 15依0. 00b 296. 05依0. 00bc 524. 20依0. 00c
10—20 191. 20依0. 00c 452. 15依0. 00a 325. 35依0. 00a 507. 95依0. 00c
20—30 206. 45依0. 00a 475. 30依0. 00a 382. 60依0. 00a 517. 95依0. 00a
未退化 0—10 551. 41依40. 21a 646. 20依26. 81a 554. 28依66. 92a 677. 07依20. 61a
10—20 556. 54依44. 08a 610. 76依17. 52a 503. 78依27. 85a 630. 69依17. 18a
20—30 483. 41依32. 42a 538. 35依25. 51a 454. 76依34. 04a 561. 81依23. 83a
中度退化 0—10 501. 46依36. 77a 572. 18依13. 83b 417. 66依18. 72b 610. 03依10. 87b
10—20 406. 74依40. 16b 471. 46依43. 43b 383. 53依33. 89b 555. 37依7. 52b
20—30 415. 47依49. 40a 458. 72依41. 56a 376. 50依34. 65a 542. 39依15. 95a
重度退化 0—10 219. 97依33. 33b 430. 38依10. 65c 337. 09依9. 96b 451. 70依11. 14c
10—20 240. 01依7. 55c 436. 94依8. 91b 358. 67依3. 03b 456. 12依11. 45c
20—30 274. 33依17. 37a 432. 21依7. 25a 353. 33依7. 45a 452. 22依8. 60b
中度退化 0—10 324. 63依18. 50a 458. 97依8. 95a 247. 50依5. 52a 488. 03依8. 25a
10—20 298. 38依28. 70a 456. 55依22. 61a 360. 22依19. 79a 493. 43依22. 17a
20—30 574. 08依326. 28a 423. 20依21. 60a 328. 80依33. 60a 456. 80依9. 90a
重度退化 0—10 163. 75依23. 59b 350. 65依7. 35b 209. 03依21. 23a 379. 80依4. 85b
10—20 170. 68依47. 29a 317. 50依6. 38a 224. 08依4. 88a 343. 28依4. 93b
20—30 108. 13依14. 28b 328. 48依3. 33a 226. 65依10. 15a 365. 50依2. 80a
表 4摇 壤水源涵养量与主要影响因素相关性(双尾检验)
Table 4摇 Correlations between soil water conservation capacity and main factors that influence (2鄄tailed)
地上生物量
Above鄄ground
biomass
地下生物量
Under鄄ground
biomass
平均土壤容重
Average soil
bulk density
平均非毛管孔隙度
Average non鄄
capillary porosity
平均毛管孔隙度
Average capillary
porosity
土壤水源涵养量
Soil water
conservation
capacity
地上生物量
Above鄄ground biomass 1
地下生物量
Under鄄ground biomass 0. 243 1
平均土壤容重
Average soil bulk density -0. 559
** -0. 542** 1
平均非毛管孔隙度
Average non鄄capillary porosity 0. 010
-0. 155 -0. 050 1
平均毛管孔隙度
Average capillary porosity 0. 513
** 0. 557** -0. 951** -0. 168 1
土壤水源涵养量
Soil water conservation
capacity
0. 530** 0. 526** -0. 974** -0. 026 0. 987** 1
摇 摇 **P<0. 01
高寒草甸土壤水源涵养量与群落地上生物量、地下生物量、土壤容重、土壤总孔隙度以及土壤毛管孔隙度
共 5 项指标间存在极显著的相关关系(P<0. 01,表 4),与土壤非毛管孔隙度关系不显著。 在上述 5 项指标中,
与草甸土壤水源涵养量存在正相关关系且相关性最高的指标为土壤总孔隙度,其次是土壤毛管孔隙度。 从相
关性检验结果中得到土壤水源涵养量与土壤容重呈现极显著的负相关关系(P<0. 01)。 土壤水源涵养量与地
5932摇 8 期 摇 摇 摇 徐翠摇 等:三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 摇
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上生物量、地下生物量间也存在显著相关关系(P<0. 05),而地上生物量和地下生物量又分别与土壤容重、土
壤毛管孔隙度呈显著相关(P<0. 05)。 这是由于高寒草甸草地退化首先表现为植被退化,具体体现在植被覆
盖度降低、毒杂草比例升高、地上生物量降低等方面。 高寒草甸植被主要通过发达的根系直接参与土壤的发
育过程[4]。 伴随草地退化的地上植被影响地下根系的数量,逐渐对土壤物理化学性质产生作用,继而造成土
壤退化。 而土壤退化则具体表现在土壤容重等物理指标发生变化,土壤贫瘠化等。 土壤容重与孔隙度是土壤
物理性质的重要参数,直接影响着土壤水源涵养量的高低[33]。 与表 4 结果一致,草地退化进程中的植被退化
对土壤水源涵养功能具有间接影响作用,土壤退化则直接影响到土壤水源涵养功能。
4摇 讨论与结论
高寒草甸退化进程中,土壤水源涵养量平均值在未退化、中度退化和重度退化 3 个阶段分别为 1890. 15、
1670郾 76t / hm2 以及 1361. 90t / hm2,中度退化草甸较未退化草甸土壤水源涵养量低 11. 61% ,重度退化草甸低
27. 95% 。 三江源区中度退化以上草地面积为 5. 7伊106hm2,其中,重度退化草地面积为 1. 8伊106hm2 [36],则中
度退化草地面积为 3. 9伊106hm2。 可计算得到中度退化使草地土壤水源涵养量减少了 8. 56伊108 t,重度退化使
草地土壤水源涵养量减少了 9. 51伊108 t,则土壤水源涵养量共减少了 18. 07伊108 t。 因此在计算水源涵养量时
充分考虑生态退化状况是准确评估的基础。 本文仅以 3 种土壤条件下高寒草甸这一种植被类型进行研究,结
果表明不同土壤类型、不同退化程度的水源涵养量存在差异。 三江源区植被类型与土壤类型多样,在今后研
究中,应重视土壤类型与植被类型的组合关系对土壤水源涵养量的影响。
随着草地退化加剧,高寒草甸地下生物量逐渐减少,土壤容重显著增大(P<0. 05),毛管孔隙度显著降低
(P<0. 05),而非毛管孔隙度在草地退化阶段显著高于未退化阶段(P<0. 05)。 同时,在三江源区高寒草甸退
化过程中,土壤水源涵养功能显著减弱(P<0. 05),特别是在草甸从中度退化向重度退化演替过程中最为明
显,降低幅度最大达 27. 82% 。 表明草地退化对土壤水源涵养功能具有显著的削弱作用(P<0. 05),与魏强
等[34]的结果趋势一致。 这是因为植被退化逐渐引起土壤退化,根系浅层化减量化,土壤容重增大化[4]。 高寒
草甸发达的根系会降低土壤下渗率,增大土壤毛管孔隙度,有利于土壤蓄水量的增加[25],与本研究结果一致,
表明未退化草甸土壤水源涵养量较高。 而土壤非毛管孔隙度能够较快容纳降水,及时下渗,有利于调节河川
径流,大多学者常以土壤非毛管孔隙度指标度量土壤水源涵养能力[15, 37]。 而草地生态系统中植被空间层次
结果发育较差[17],土壤结构与孔隙发育缓慢,土壤中大孔隙少而毛管孔隙发达,从而使得土壤本身的持水性
能较强,土壤水源涵养功能的发挥受到土壤毛管孔隙度的限制。 三江源区草地退化过程中,植被退化导致的
土壤紧实度下降,土壤石砾含量升高[38],增大了土壤非毛管孔隙度,但减少了总孔隙度,可能导致土壤水源涵
养量降低。 如果以土壤非毛管孔隙度计算水源涵养量则与实际情况不符。 三江源区土壤总孔隙度 95%以上
由毛管孔隙度构成,与在玛曲实测结果[34, 39]一致;相关性分析结果也表明土壤水源涵养量主要取决于土壤毛
管孔隙度。 因此,三江源区生态系统水源涵养的精确估算还有待进一步深入研究。
高寒草甸地上生物量在三江源区草地退化过程中呈显著降低趋势(P<0. 05),相关分析结果表明地上生
物量与土壤水源涵养量间存在极显著的相关关系(P<0. 01),陈友君等[40]在内蒙古大针茅草原也得到类似结
论。 现阶段,地上生物量的遥感反演技术已日渐成熟[41鄄43],增加地上生物量影响土壤水源涵养量的机制及其
相关关系研究对于建立地上生物量与土壤水源涵养量回归关系具有重要意义,其结果可为借助遥感反演地上
生物量为区域水源涵养量的精确估算与功能实时动态监测提供依据。
致谢:青海省环境科学设计研究院翟永洪院长与李忠主任协助安排野外工作,青海省三江源区黄南州、果洛
州、玉树州林业环保局、草原工作站相关工作人员参与了野外采样,在此一并致谢。
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[33] 摇 孙艳红, 张洪江, 程金花, 王玉杰, 石健, 程云. 缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能. 水土保持学报, 2006, 20(2):
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[34] 摇 魏强, 王芳, 陈文业, 朱丽, 李广宇, 戚登臣. 黄河上游玛曲不同退化程度高寒草地土壤物理特性研究. 水土保持通报, 2010, 30(5):
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[35] 摇 曹丽花, 刘合满, 赵世伟. 当雄草原不同退化草甸土壤含水量及容重分布特征. 草地学报, 2011, 19(5): 746鄄751.
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[37] 摇 司今, 韩鹏, 赵春龙. 森林水源涵养价值核算方法评述与实例研究. 自然资源学报, 2011, 26(12): 2100鄄2109.
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9932摇 8 期 摇 摇 摇 徐翠摇 等:三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 8 April,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Special Topics in Urban Ecosystems
Guidelines and evaluation indicators of urban ecological landscape construction
SUN Ranhao, CHEN Ailian, LI Fen, et al (2322)
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Research progress in the quantitative methods of urban green space patterns TAO Yu, LI Feng, WANG Rusong, et al (2330)……
Effects of land use change on ecosystem service value: a case study in Huaibei City, China
ZHAO Dan, LI Feng, WANG Rusong (2343)
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………………………………………………………………………………………
Urban ecosystem complexity: an analysis based on urban municipal supervision and management information system
DONG Rencai, GOU Yaqing, LIU Xin (2350)
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A case study of the effects of in鄄situ bioremediation on the release of pollutants from contaminated sediments in a typical, polluted
urban river LIU Min, WANG Rusong, JIANG Ying, et al (2358)………………………………………………………………
The pollution characteristics of Beijing urban road sediments REN Yufen, WANG Xiaoke, OUYANG Zhiyun, et al (2365)…………
Effects of urban green pattern on urban surface thermal environment CHEN Ailian,SUN Ranhao,CHEN Liding (2372)………………
Seasonal dynamics of airborne pollen in Beijing Urban Area MENG Ling, WANG Xiaoke, OUYANG Zhiyun,et al (2381)…………
Autecology & Fundamentals
Impact of alpine meadow degradation on soil water conservation in the source region of three rivers
XU Cui, ZHANG Linbo, DU Jiaqiang, et al (2388)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Predicting the plant exposure to soil arsenic under varying soil factors XIAN Yu, WANG Meie, CHEN Weiping (2400)……………
Attraction effect of different host鄄plant to Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata
LI Chao, CHENG Dengfa, GUO Wenchao, et al (2410)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Root decomposition and nutrient dynamics of Quercus mongolica and Betula Platyphylla JIN Beibei,GUO Qingxi (2416)……………
The interaction of drought and slope aspect on growth of Quercus variabilis and Platycladus orientalis
WANG Lin, FENG Jinxia, WANG Shuangxia, et al (2425)
…………………………………
………………………………………………………………………
Effects of diameter at breast height on crown characteristics of Chinese Fir under different canopy density conditions
FU Liyong, SUN Hua, ZHANG Huiru, et al (2434)
…………………
………………………………………………………………………………
Effects of temperature acclimation and acute thermal change on cutaneous respiration in juvenile southern catfish (Silurus
meridionalis) XIAN Xuemei, CAO Zhendong, FU Shijian (2444)…………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Altitudinal pattern of plant species diversity in the Wulu Mountain Nature Reserve,Shanxi, China
HE Yanhua, YAN Ming, ZHANG Qindi, et al (2452)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Vegetation succession on Baishui No. 1 glacier foreland, Mt. Yulong CHANG Li, HE Yuanqing, YANG Taibao, et al (2463)……
The effects of Spartina alterniflora seaward invasion on soil organic carbon fractions,sources and distribution
WANG Gang,YANG Wenbin,WANG Guoxiang,et al (2474)
…………………………
………………………………………………………………………
Community characteristics and soil properties of coniferous plantation forest monocultures in the early stages after close鄄to鄄nature
transformation management in southern subtropical China HE Youjun, LIANG Xingyun, QIN Lin, et al (2484)………………
Response of invasive plant Flaveria bidentis to simulated herbivory based on the growth and reproduction
WANG Nannan, HUANGFU Chaohe, LI Yujin, et al (2496)
……………………………
………………………………………………………………………
Estimation of leaf area index of secondary Betula platyphylla forest in Xiaoxing忆an Mountains LIU Zhili, JIN Guangze (2505)………
Optimal number of herb vegetation clusters: a case study on Yellow River Delta YUAN Xiu, MA Keming, WANG De (2514)………
Application of polychaete in ecological environment evaluation of Laizhou Bay
ZHANG Ying, LI Shaowen, L譈 Zhenbo, et al (2522)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil meso鄄and micro arthropod community diversity in the burned areas of Pinus massoniana plantation at different restoration
stages YANG Daxing, YANG Maofa, XU Jin, et al (2531)………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Temporal variety of boundary layer height over deep arid region and the relations with energy balance
ZHANG Jie,ZHANG Qiang,TANG Congguo (2545)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Analysis and forecast of landscape pattern in Xi忆an from 2000 to 2011 ZHAO Yonghua,JIA Xia,LIU Jianchao,et al (2556)…………
Spatio鄄temporal variation in the value of ecosystem services and its response to land use intensity in an urbanized watershed
HU Hebing,LIU Hongyu,HAO Jingfeng,et al (2565)
…………
………………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Household optimal forest management decision and carbon supply: case from Zhejiang and Jiangxi Provinces
ZHU Zhen, SHEN Yueqin,WU Weiguang,et al (2577)
…………………………
……………………………………………………………………………
Spatial variability characteristics of soil nutrients in tobacco fields of gentle slope based on GIS
LIU Guoshun,CHANG Dong,YE Xiefeng,et al (2586)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Method of determining the maximum leaf area index of spring maize and its application MA Xueyan, ZHOU Guangsheng (2596)……
Urban, Rural and Social Ecology
Morphological structure of leaves and dust鄄retaining capability of common street trees in Guangzhou Municipality
LIU Lu, GUAN Dongsheng, CHEN Yongqin David (2604)
……………………
…………………………………………………………………………
Research Notes
Morphological responses to temperature, drought stress and their interaction during seed germination of Platycodon grandiflorum
LIU Zigang, SHEN Bing, ZHANG Yan (2615)
……
……………………………………………………………………………………
Effects of nutrients on the growth of the parasitic plant Cuscuta australis R. Br. ZHANG Jing, LI Junmin, YAN Ming (2623)………
6362 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
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争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索自然奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,促
进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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Vol郾 33摇 No郾 8 (April, 2013)
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