全 文 ：第 25 卷第 12 期
2005 年 12 月
生　　态　　学　　报
A CTA ECOLO G ICA S IN ICA
V o l. 25,N o. 12
D ec. , 2005
贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式
对土壤质量恢复能力的影响
龙　健1, 邓启琼1, 江新荣1, 李阳兵1, 姚　斌2
(11 贵州师范大学资源与环境科学系, 贵阳　550001; 21 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京　100091)
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (40361004) ; 贵州省自然科学基金资助项目 (2004 [ 3049 ]) ; 贵州省优秀人才省长基金资助项目 (2004
[ 07 ])
收稿日期: 2005203222; 修订日期: 2005210221
作者简介: 龙　健 (1974～ ) , 男, 苗族, 博士, 教授, 主要从事土壤学与退化生态系统的恢复和重建研究. E2m ail: longjian22@ 163. com
致谢: 植物群落调查得到贵州师范大学屠玉鳞教授的指导; 土壤微生物测试在浙江大学农业部亚热带土壤与植物营养重点实验室中进行, 得到
中国科学院南京土壤研究所滕应博士的大力支持, 在此一并致谢
Foundation item: the N ational N atural Science Foundation of Ch ina (N o. 40361004) ; the N ational N atural Science Foundation of Guizhou
P rovince (N o. 2004[ 3049 ]) and the Excellen t Person P rogram of Guizhou P rovice (2004[ 07 ])
Rece ived date: 2005203222; Accepted date: 2005210221
Biography: LON G J ian, Ph. D. , P rofesso r, m ain ly engaged in so il science and resto ration eco logy. E2m ail: longjian22@ 163. com
摘要: 喀斯特石漠化是一种与脆弱生态环境和人类活动相关联的土地退化过程, 土地利用方式和人为生产经营活动方式及干扰
程度对石漠化土壤质量的恢复和重建有明显影响。研究结果表明: 林地、草地的有机质、全 P 和全 K 含量最高, 分别是果树地和
坡耕地的 213、211、115 倍和 117、119、113 倍, 全氮量以草地最高, 分别是其它利用方式的 112～ 218 倍, 农地有机质含量仅次于
林地和草地, 石漠化地土壤营养元素最低。果树地和林地的微生物以细菌为主, 分别占微生物总量的 6917% 和 7313% , 草地以
固N 菌为绝对优势, 占微生物总数的 3310% , 农地的放线菌多于草地、林地、果树地和坡耕地, 石漠化地土壤微生物数量和多样
性最低。经开垦利用后 (坡耕地) , 喀斯特山区表层土壤颗粒砂化逐渐明显。石漠化区经过 13a 退耕还林后, 植物多样性指数和均
匀度分别由 0196 和 0129 提高了 1192 和 0153, 优势度由 0175 降到 0136。采用合适的土地利用方式, 辅于必要的生物措施, 是恢
复喀斯特石漠化地区土壤质量的有效途径之一。
关键词: 喀斯特石漠化; 土地利用方式; 土壤质量; 恢复
文章编号: 100020933 (2005) 1223188208　中图分类号: S158. 3, S718　文献标识码: A
Effects of landuse types on restora tion of so il qua l ity on karst rocky
desertif ica tion reg ion in Guizhou Prov ince
LON G J ian1, D EN G Q i2Q iong1, J IAN G X in2Rong1, L I Yang2B ing1, YAO B in2 　 ( 1. D ep artm en t of R esou rces and
E nv ironm net S cience, Gu iz hou N orm al U niversity , Gu iy ang , 550001, Ch ina; 2. Institu te of F orest E cology , E nv ironm en t and P rotection, Ch inese
A cad emy of F orestry S cience, B eij ing 100091, Ch ina). A cta Ecolog ica S in ica , 2005, 25 (12) : 3188～ 3195.
Abstract: Karst rocky desert ificat ion is a p rocess of land degradation p rocesses co rrela ted w ith vu lnerab le eco2geo logy
background and hum an activit ies. T h is study w as carried ou t in Ziyun coun ty of Gu izhou P rovince du ring perido s of 2001～
2003, in o rder to reveal the m utual rela t ionsh ip s betw een the differen t land use and m anagem en t and resto rat ion of so il quality
on karst rocky desert ificat ion area. So il samp les, selected fo r degree of differen t landuse types. Compo sited samp les consist ing
of seven ty th ree subsamp le2p lo ts w ere co llected from the top 0～ 20cm of so il. So il phyical and chem ical characterist ics w ere
m easu red fo r various landuse types in the research region, including fo rest land, crop land, fru it o rchard, grassland, slop ing
crop land, abandoned field and defert ificat ion land. T he so il characterist ics m easu red include so il tex tu re, so il nu trit ious
elem en ts and so il m icrob ical diversity comparat ively. T he invest igat ion of vegetat ion comm unity w as carried ou t on the rocky
desert ificat ion area and defarm ing 2reaffo resta t ion area w ith defferen t abandoned years, respect ively.
T h is paper focuses on the resto rat ion of so il quality on the karst rocky desert ificat ion area by hum an distu rbances such as
landuse type and p roduction act ivity. T here are sign ifican t differences in so il tex tu re, so il fert ility and so il m icrob ial diversity
fo r differen t landuse types. In the fo rest land and grassland, the so il o rgan ic m atter, to ta l pho spho rus and to tal po tassium are
the h ighest among the invest igated landuse types, they are 213 tim es, 211 tim es, 115 tim es as that of fru it o rchard
respect ively, and 117 tim es, 119 tim es, 113 tim es of that of slop ing crop land respect ively. To tal n itrogen in grassland is 112～
218 tim es of that of o ther landuse types, w h ich is the h ighest among them. T he o rgan ic m atter in the crop land is ju st low er
than that in the fo rest land and grassland. In the fru it o rchard and fo rest land, the dom inan t so il m icrobes are bacteria, w h ich
occupy 6917% and 7313% of the to tal m icrobes respect ively. In grassland, the dom inan t ones are n itrogen2fix ing bacteria,
w h ich accoun t to 3310% of to tal so il m icobes. T he num ber of act inom yces in crop land is mo re than that in grassland,
fo rest land, fru it o rchard, slop ing crop land. T he nu trit ive elem en ts and m icrob ial diverst iy in rocky desert ificat ion land are
low est among all the landuse types. T he su rface so il layer sandificat ion is mo re eviden t after the reclam ation, the mo re
in tensive land u tilizat ion, the mo re serious the destruct ion on so il aggregate structu re. A t the in it ia l stage of develop ing and
using rocky desert ificat ion land, the species diversity index, comm un ity evenness and dom inance of p lan t comm un it ies are 0196,
0129 and 0175 respect ively, Bu t after 13 year defarm ing2reaffo resta t ion, the species diversity index and evenness index increase
to 1192 and 0153 respect ively, w h ile dom inance index decreases to 0136. T he changes of landuse types have the dom inan t
influence on secondary vegetat ion and their so il seed bank s. T herefo re, T ho se resu lts confirm ed that the p roper b io logical
m easu res and the essen tia l engineering m easu res are effect ive m ethods to recover so il quality in rocky desert ificat ion region of
Gu izhou karst moun tain.
Key words: karst rocky desert ificat ion; landuse type; so il quality; resto rat ion
　　喀斯特 (岩溶)石漠化是制约我国西南喀斯特地区可持续发展的重大生态与环境问题。成为我国实施西部大开发和“十五扶
贫攻坚计划”中的一块“硬骨头”, 与黄土高原同为我国环境退化问题最为突出的两片地区[1 ]。据资料统计, 贵州喀斯特石漠化总
面积达 79, 634km 2, 约占土地总面积的 719% [2 ]; 广西石漠化加重的趋势仍未得到改变, 仍以每年 3%～ 6% 的速度在发展[3 ]; 云
南喀斯特石漠化面积已达 21490km 2[4 ]。目前已引起党中央国务院的高度重视[5 ]。喀斯特石漠化是在亚热带地区岩溶极其发育
的自然环境背景下, 受人为活动的干扰破坏, 造成土壤严重侵蚀, 基岩大面积出露、生产力严重下降的土地退化现象。喀斯特石
漠化不仅使土地丧失生产力, 破坏了环境, 而且严重影响农、林、牧业生产, 危及到人类生产条件。而石漠化的土地又以生物地球
化学循环、生态水文循环等形成反作用于石漠化发展过程中, 继续加速石漠化进程[6 ]。现已认识到喀斯特石漠化是岩溶脆弱生
态地质背景与人类不合理人为活动相互作用而造成的岩石裸露、具有类似荒漠景观的土地退化过程[7 ]。进一步研究结果表
明[8 ] , 喀斯特环境独特的二元结构 (即地表喀斯特景观和地下喀斯特景观组成的双重结构体) 和地貌特征与强烈的岩溶化过程
是石漠化产生的主要自然原因, 人类对生态的破坏和土地的不合理利用是石漠化激发的主要人为因素。
石漠化是我国土地荒漠化的主要类型之一, 它的发生不仅使土壤表土丧失、土壤肥力下降, 地表形态重塑, 而且也直接和间
接地导致植被发生变化[6～ 9 ]。长期以来, 人们对石漠化治理多强调的是地上部分植被的恢复和保护工作, 而对退化岩溶生态系
统土壤质量的受损和稳定性恢复研究明显缺乏。目前, 国内学术界针对喀斯特石漠化进行了大量研究并取得了系列性成果, 主
要涉及: 喀斯特石漠化的形成背景、演化与治理[9 ]; 石漠化驱动因子分析[10 ]; 岩性与石漠化土地的空间相关分析[11 ]; 石漠化的防
治与恢复重建技术[12 ]等。但总体上对石漠化的特点和成因仍停留在对石漠化的宏观调查与状态描述上, 并在相当程度上忽视
了土地利用方式对石漠化发生区土壤质量恢复的影响探讨。
为揭示人为活动与改变石漠化景观, 恢复土地生产能力, 本文以贵州典型喀斯特石漠化地区为例, 旨在探讨喀斯特石漠化
治理和生态重建的可行性和有效性, 研究人类生产经营活动和土地利用方式对石漠化地区土壤质量恢复能力的影响和调控机
理, 为设计优化的土地利用安全模式提供科学依据。
1　研究区域概况
研究区域选择在贵州省安顺地区紫云县的宗地、水塘、猴场、板当、大营、四大寨 6 个乡镇, 总面积 1290km 2, 人口约 12 万,
属于典型的亚热带喀斯特环境。由于中三叠统相变带上的生物礁灰岩在云贵高原南顷大斜坡带的大面积出露, 从而集中发育了
典型、造型奇特雄伟的锥状峰林喀斯特, 这在中国和世界都是独有的, 是贵州喀斯特发育、反映形成环境条件具有代表性的分布
地之一。境内海拔高度 450～ 1260m , 地形破碎, 切割强烈, 水土流失严重。喀斯特地区虽基岩裸露, 但未经破坏的情况下, 植被仍
然十分茂密, 以亚热带常绿阔叶林为主, 其组成多为喜钙旱生属种, 其中不少是石灰土上特有的树种, 如细叶石斛、灰叶槭、香木
莲、黑节草、贵州苏铁。部分地区有喀斯特原始森林和次生林。在石灰土地区, 地势较低、坡度较缓的石灰土多数已被开垦农用,
是该区的主要耕作土壤之一。该地区为亚热带季风气候, 年均温 15～ 18℃, 降雨量 1200～ 1430mm。
981312 期 龙　健等: 贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响 　
研究区从 1979 年开始实行退耕还林政策 (群众称封山育林) , 退耕前呈中度和严重石漠化景观, 生态环境十分恶化。经治
理, 现已形成较为完整的以农、林、果为主的农业生态区, 截止 2003 年已开发治理石漠化土地 140km 2。使喀斯特石漠化地区生
态环境得到明显恢复, 同时加快了少数民族贫困山区农民的增收致富。
2　研究方法
211　选点与采样
在研究区内选择代表性土地利用方式。样地选择时采用以空间换时间的方法, 考虑到岩溶地区生态演替序列: 自然林地 (原
始)→次生林地→灌草丛→坡耕地→弃耕地→石漠化土地→果树地→农地。每个研究样区都选在一完整的岩溶地貌单元内, 尽
量保证地形的一致性。依不同地貌部位、不同土地利用方式在选定的 73 个样地上 S 型采集土壤样品 (0～ 20cm ) , 混合制样, 自
然风干, 去除根系、石块等研磨过筛, 用于土壤理化性质分析和颗粒组成测定。同时采集新鲜土样带回室内测定土壤微生物指
标。以各样地数的算术平均值作为该土地利用方式的最终数据。研究区基本上代表了喀斯特地区土地利用的生产经营方式和类
型。不同土地利用方式的样地分布情况见表 1。
表 1　不同土地利用方式样地分布情况
Table 1　The distr ibution and number of plots under differen t landuse type
土地利用方式
L anduse type
地点
L ocation
地理位置
Geography po sit ion
地貌部位
L ocation
坡度
Slope
坡向
Slope direction
样地数
N um ber of p lo ts
林地 Fo rest land 宗地 Zongdi N 25°35′51″
E106°20′28″
洼地边坡
Slope bo rder
17° NW 23° 9
草地 Grassland 水塘 Shuitang N 25°34′41″
E106°18′39″
洼地边坡
Slope bo rder
13° NW 25° 8
果树地O rchard 板当Bandang N 25°34′20″
E106°18′25″
山丘中部
M iddle side
15° SE20° 10
坡耕地 Slop ing crop land 大营D aying N 25°34′41″
E103°18′39″ 山腰W aist 22° SE35° 15
弃耕地A bandoned land 宗地 Zongdi N 25°35′51″
E106°20′28″ 山腰W aist 24° SE23° 13
石漠化地 D efert ification
land
四大寨 Sidazhai N 25°34′41″
E103°18′39″ 山腰W aist 27° NW 34° 11
农地 Farm land 猴场Houchang N 25°39′11″
E106°14′53″
山丘中部
M iddle side
10° SE17° 7
2. 2　研究方法
土壤理化性质分析: 有机质采用重铬酸钾外加热法测定; 全氮用凯氏法; 碱解氮用碱解扩散法; 全磷用硫酸2高氯酸消煮2钼
锑抗比色法; 速效磷用 015mo löL 碳酸氢钠浸提2钼锑抗比色法; 全钾用酸溶2火焰光度计法; 速效钾用醋酸铵浸提2火焰光度计
法; 土壤机械组成用比重计法; 土壤 pH 用电位法; 阳离子交换量用N H 4OA c 法。
土壤微生物分离计数: 细菌、真菌、放线菌和固氮菌采用平板表面涂布法; 土壤微生物生物量: 采用熏蒸提取法, 熏蒸提取基
本参照V ance 等人的步骤[13 ] , 提取液中C 采用 (Sh im azu TOC2500, 日本购置)总有机碳自动分析仪测定, Cm ic= Fcö0145, Fc 为
熏蒸土壤和未熏蒸土壤释放CO 22C 之差; 土壤微生物群落功能多样性: 采用常规的碳素利用 (B io log)法[14 ]。
土壤微生物群落功能多样性测度方法: 采用B io log GN 微平板孔中吸光值来计算土壤微生物群落功能多样性指数, 即
Shannon 指数 (H ) , 其计算公式为: H = - ∑P ilnP i, 式中 P i 为第 i 孔相对吸光值 (C 2R )与整个平板相对吸光值总和的比率。
代谢剖面反应孔的数目可代表微生物群落的丰富度 (S )。
植物群落调查对象为未受干扰的石漠化区、林区和不同年限的退耕地, 调查时间为 7～ 9 月份, 每月 1 次, 样方面积为 5m ×
5m , 各地类样方重复 7 次, 共调查样方 106 个。
2. 3　数据分析
①群落物种丰富度及种群重要值　丰富度 (R )用群落种数表示:
重要值= 相对多度+ 相对盖度+ 相对频度
②物种多样性指数　采用 Shannon2W einner 指数:
H ′= ∑
s
i= 1
N i logN i
式中, N 是所有种的个数,N i 是第 i 个种的个数, s 是种数。
0913　 生　态　学　报 25 卷
③均匀度　均匀度指样方中各植物种多度的均匀度, 即观察多样性与最高多样性的比率:
J = [N (N öS - 1) ]ö∑s
i= 1
n i (n i - 1)
式中, N 是所有种的个数, n i 是第 i 个种的个数, s 是种数。
④生态优势度　以表示群落的组成结构特征:
C = ∑
s
i= 1
{[n i (n i - 1) öN (N - 1) ]}
式中, N 是所有种的个数, n i 是第 i 个种的个数, s 是种数。
3　结果与分析
311　土地利用方式对土壤肥力的影响
土地利用方式可引起自然和生态过程变化及土壤养分变化[15, 16 ]。因此, 土地利用方式对提高和恢复石漠化土壤肥力具有
重要的作用。由表 2 可看出, 按贵州农田土壤肥力的划分标准[17 ] , 各土地利用类型的土壤全N 和全 P 都处于中低产田下限值
(4gökg) 左右, 除石漠化土地外其它土地利用类型的土壤有机质和全 K 含量均高于中产田的上限值 (15gökg 和 10～ 15gökg)。
石漠化土地的有机质、全N、全 P、全 K 含量分别比其它类型低 316～ 1213、112～ 411、413～ 517、312～ 415 倍。这说明在一定的
环境条件下, 石漠化土地在人类合理的干预下是可以逆转的。但是由于土地利用方式和投入经营水平的不同, 以及不同作用对
土壤养分的消耗的差异, 使得对土地养分的补给 (枯枝落叶、肥料、水分等)和调节作用也会存在一定差异[16, 18, 19 ]。林地、草地的
有机质、全 P 和全 K 含量最高, 农地因为每年施用肥料, 因而保持了相对较高的水平, 全N 量以草地最高, 分别是其它利用方式
的 112～ 218 倍 (石漠化地除外) , 在不施肥的条件下仍能保持相对较高的全N 量, 这是种植固N 植物 (三叶草、苜蓿) 培肥的结
果。林地土壤有机质、N 素的提高主要受林分凋落物及部分枯枝落叶的腐殖质矿化影响。值得注意的是, 林地土壤表层有机质含
量从 5116g·kg- 1下降到石漠化地的 712g·kg- 1, 降幅达 80% 以上。产生这种情况的原因是石漠化, 一方面使有机质随着细粒
物质的侵蚀而损失, 另一方面导致地表植被覆盖度降低, 有机物来源减少, 矿化分解作用强烈, 不利于有机质积累。可见, 土壤有
机质表层对土壤有重要的保护作用。
表 2　不同土地利用方式对土壤肥力的影响
Table 2　Effect on so il fertil ity of differen t landuse type
土地利用方式
L anduse type
有机质
O 1M
(gökg) 全氮To tal N(gökg) 全磷To tal P(gökg) 全钾To tal K(gökg) 速效氮A v2N(m gökg) 速效磷A v2P(m gökg) 速效钾A v2K(m gökg) CEC(cmo lökg)
林地 Fo rest land 51162±5137 3109±0124 0191±0112 16186±6135 135123±12137132145±1013773122±7114 47118±7102
草地 Grassland 33171±2141 3182±0112 0166±0111 13122±4127 103134±10154117137±1112265131±6122 34183±5127
果树地O rchard 22193±1178 1170±0104 0143±0107 11145±2184 101157±8135 112171±9153 57184±4131 26117±3141
坡耕地
Slop ing crop land
19164±3151 1144±0107 0134±0105 10118±2145 78111±6171 64118±4156 51118±3115 15125±2155
弃耕地
A bandoned land
15133±1125 1135±0111 0131±0102 12117±3121 52122±5143 58187±6111 46125±3104 12136±2133
石漠化地
D efert ification land
7124±0122 0171±0103 0132±0101 8122±1152 25138±4121 36132±3121 32143±2112 8124±1108
农地 Farm land 26132±5173 2133±0117 0143±0103 15145±4131 121155±9172 77134±5124 85157±5173 29145±3154
　　由表 2 可看出, 林地的各项元素相对高于农地和果树地, 林地的速效 P 和K 分别比农田提高了 1617% 和 7219% , 较果树地
提高了 2913% 和 6113%。这与农地和果树地长年单施氮肥有关。据研究, 长年单施N 肥, 可使土壤全N 保持平衡, 但有效 P、K
显著降低[20 ]。值得说明的是坡耕地、弃耕地、石漠化地的速效N 和速效 P 均显著低于林地、草地和果树地, 而农地的这两项元素
又高于草地和石漠化地, 这是经营水平和干扰强度的差异所致。林地管理措施虽然和草地相同, 但由于乔木具有庞大的根系, 无
疑增强了对土壤矿物质的分解转化作用。土壤阳离子交换量由林地的 47118cmo lökg 一直降到石漠化地 8124cmo lökg, 降幅达
8215%。而农地由于受生产经营活动的影响, 土壤交换性能保持在一个较好的水平。
312　土地利用方式对土壤质地的影响
喀斯特石漠化是受人为活动的干扰破坏, 造成土壤严重侵蚀, 基岩大面积出露、生产力严重下降的土地退化现象。受此影
响, 土壤会发生质地粗化、土壤肥力降低, 生产力下降等一系列变化。在石漠化过程中, 人为因素是加速这一过程的主要驱动力。
分析结果表明 (表 3) , 土壤颗粒主要集中在< 0105mm 的范围内, 土壤粘粒含量普遍大于 20%。喀斯特环境中土壤颗粒组成主
要受母质影响, 而植被和土地利用方式对其也有很大影响, 长期的耕作与土壤侵蚀作用可以影响到表层土壤的颗粒组成。已有
191312 期 龙　健等: 贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响 　
的研究表明, 热带亚热带土壤中活性较强的无机结构胶结物甚至粘粒在成土过程中总是呈减少下降的趋势[21 ], 在亚热带地区
由于降雨量多且强度大, 土壤一般因水的动力学作用而呈现出粘粒含量较高的现象[6 ]。研究结果表明, 这一现象在喀斯特地区
十分普遍, 但不同利用方式差别很大。就 1～ 0105mm 颗粒而言, 林地明显大于坡耕地和石漠化土地 (表 3) , 说明在自然植被演
替为次生植被或人工开垦利用后, 喀斯特山地土壤表层出现砂化, 具有粗骨性土壤的特征, < 01001mm 粘粒含量很少, 0105～
01001mm 粉粒含量较高, 细土部分的砂粒含量次于粉粒含量, 高于粘粒含量, 说明土壤矿质胶体缺乏, 土壤颗粒粗大紧实, 影响
土壤团粒结构的形成。而林地、草地、果树地和农地土壤颗粒组成更加趋近于合理, 增加土壤通透性能, 改善土壤物理性质。可
见, 在人类对土地资源合理开发利用下, 土壤物理性质向好的方向发展。
表 3　不同土地利用方式对土壤质地的影响
Table 3　The so il texture of land util ization types in differen t landuse type
土地利用方式
L anduse type
土壤机械组成
M echanical compo sit ion of so ils (% )
水稳性团聚体含量
Conten t of w ater stab le aggregates (% )
1～ 0105mm 0105～ 01001mm < 01001mm < 0101mm 5> mm > 2mm > 0125mm 团聚体破坏率Ratio ofaggregatedestruction (% )
林地 Fo rest land 15163±3123 64172±5146 35122±5112 55134±13175 28111±0123 53172±6133 8513±2111 15173±3172
草地 Grassland 12146±2121 57133±2115 25134±1151 61173±2152 13124±0151 45145±3117 7817±3114 16154±1103
果树地O rchard 13152±0167 52177±6132 22135±1125 58172±1137 21132±3103 32151±2166 7615±7122 18172±2157
坡耕地
Slop ing crop land
10123±0135 61132±3125 20157±2133 61135±4123 2151±0117 15143±2178 5418±3111 36123±1121
弃耕地
A bandoned land
9185±1134 62197±7117 19113±1121 66112±7114 8163±0126 15171±3172 5217±6115 17164±0126
石漠化地
D efert ification land
6121±0112 73162±4152 12134±0132 69142±1175 2144±0173 9173±0151 3112±5171 45132±3159
农地 Farm land 10154±1136 63122±3111 30121±2144 57187±4121 25156±5147 35142±4123 78132±3135 15142±0152
　　土壤水稳性团聚体变化由表 3 可看出, 林地、草地和果树地的各级水稳性团聚体含量较高, 大小团聚体所占比例较为适宜,
其中以> 0125mm 团聚体占的比例最高, 土壤结构性好; 而坡耕地、弃耕地各级水稳性团聚体含量较低, 大小团聚体的分配不合
理, 且团聚体从大到小所占比例逐渐增加的趋势, 土壤结构性差, 部分样品中全部是> 0125mm 的水稳性团聚体, 而较大的团聚
体遇水后几乎完全分散。这证明土壤正在砂化 (石漠化) , 因为这类土壤中> 0125mm 水稳性结构体有很大一部分是由颗粒组成
中的粗砂粒构成的。石漠化地的水稳性团聚体低于 60% , 与其土壤粘粒和有机质含量较低有关。土壤水稳性团聚体数量表现为
农地> 林地> 草地> 果树地> 弃耕地> 坡耕地> 石漠化地, 表明土地利用方式和人为耕作活动对土壤团聚体的形成有较大影
响。退耕还林 (草)措施明显提高了水稳性团聚体含量, 增强土壤抗蚀性和蓄水性, 退耕后团聚体可在一定程度上得到恢复。有研
究表明[16, 21 ], 在人为因素的干扰下, 耕地土壤经过 17a 的合理耕作后, 与原生土壤比较, 土壤质地变化不显著, 并且土壤中的营
养元素都高于原生土壤, 土地并未出现退化现象。这表明只要长期坚持对土地资源的合理保护和开发利用, 是可以延缓或遏制
石漠化土地的扩展和发生。
313　土地利用方式对土壤微生物的影响
在土壤质量的演变过程中, 土壤微生物参与土壤的C、N、P 等元素的循环过程和土壤矿物的矿化过程[22～ 24 ]。微生物是供给
植物营养元素的活性库, 微生物种群数量的消长, 一般能反映土壤肥力的变化。由表 4 可看出, 各土地利用类型的微生物总量排
序为林地> 草地> 果树地> 农地> 坡耕地> 弃耕地> 石漠化地。各地类的细菌和固氮菌数量远远超过放线菌和真菌, 最高达
4510 倍, 最低为 114 倍。林地、果树地的微生物细菌数量占绝对优势, 分别占微生物总量的 6917% 和 7313% , 固氮菌分别占
1918% 和 1816% , 两者合计分别占 8915% 和 9119%。各菌种数量按地类排序分别是: 细菌为林地> 果树地> 草地> 农地> 坡耕
地> 弃耕地> 石漠化地; 放线菌为农地> 草地> 林地> 果树地> 弃耕地> 坡耕地> 石漠化地; 真菌为林地> 草地> 农地> 果树
地> 坡耕地> 弃耕地> 石漠化地; 固氮菌为草地> 林地> 农地> 果树地> 坡耕地> 弃耕地> 石漠化地。细菌的数量以林地和果
树地最高, 为农地和草地的 1125～ 1161 倍; 相反农地和草地的放线菌数量比果树地和林地高, 尤其是农地较果树地和林地增加
了 1179 和 2197 倍; 在真菌的分布上, 林地和草地接近, 果树地和农地近于等量, 前两者是后两者的 1173 倍和 1162 倍; 而石漠
化地未见真菌; 固氮菌以草地最高, 分别是林地、果树地、农地、石漠化地的 1156、1197、1179、17197 倍。研究表明[20 ] , 通过施肥或
种植固氮植物, 可提高土壤N 素水平, 增加土壤微生物的繁衍。可见, 土地利用方式和集约经营程度 (施肥、管理等)对土壤环境
的调节作用, 是增强土壤微生物活性、提高土壤质量、防止喀斯特石漠化的重要举措。在陆地生态系统中, 土壤微生物生物量作
为有机质降解和转化的动力, 是植物养分重要的源和库, 对植物营养元素转化、有机碳代谢具有极其重要的作用[25 ] , 通常以微
生物量碳含量来表示。表 4 可看出, 不同土地利用类型中表现为: 林地> 草地> 果树地> 农地> 坡耕地> 弃耕地> 石漠化地, 表
2913　 生　态　学　报 25 卷
明不同土地利用方式下微生物量差异明显。B io log 系统是反映土壤微生物生理轮廓和微生物群落结构的有效手段[14 ]。由于
B io log GN 盘中制备有 95 种不同性质的碳源, 在培养过程中土壤的不同类群微生物对各自的优先利用碳源具有选择性, 进而
使B io log GN 盘中反应孔的颜色变化出现不同程度的差异。因而,B io log GN 盘中反应孔的颜色变化数目在一定程度上可间接
反映土壤微生物群落结构组成上的差异, 颜色变化孔数越多则表明土壤微生物群落种类相对就越丰富。通常把颜色变化孔数作
为土壤微生物群落功能多样性的丰富度 (S) [14, 26 ]。由表 4 可知, 林地土壤的显色孔数最多 (达 93 目) , 其微生物群落丰富度最大;
严重石漠化的土壤显色孔数最少 (仅为 4 目) , 其微生物群落丰富度最小。Shannon 指数是研究群落物种数及其个体数和分布均
匀程度的综合指标, 是目前应用最为广泛的群落多样性指数之一[26 ]。本文采用这个指数来表示供试土壤微生物群落功能多样
性相对多度的信息。分析结果表明, 石漠化地的土壤群落 Shannon 指数明显低于其它各类土壤, 降幅达 7819%～ 9614%。可见,
土壤微生物群落的种群结构受到了土地石漠化的严重影响, 从而使其微生物群落功能多样性出现相应的降低。
表 4　不同土地利用方式对土壤微生物的影响
Table 4　Effect on so il m icroorgan ism s structure of differen t landuse type
土壤微生物指标
M icroo rgan ism index
林地
Fo rest land
草地
Grassland
果树地
O rchard
坡耕地
Slop ing
crop land
弃耕地
A bandoned
land
石漠化地
D efert ification
land
农地
Farm land
细菌Bacteria (×103ög) 132183±15114 94115±7188 117152±9172 78122±61441 61153±7112 4154±1122 82152±6157
真菌 Fungi(×103ög) 4161±1121 4141±1114 2167±0113 1174±0108 1161±0111 010 2173±0121
放线菌A ctinom yces
(×103ög) 15135±2143 20151±2157 10122±3117 0137±0105 0141±0103 0113±0101 23115±4132
固氮菌N 2fix ing bacteria
(×103ög) 37171±5125 58175±7101 29185±5141 7153±2102 7132±1125 1127±1105 32173±2153
总数 To tal (×103ög) 190150±17117 177182±15145 160126±15134 87186±7133 70187±7142 5194±1103 141113±10124
微生物生物量
SM B2C① (m gökg) 342152±13158 322134±16122 256135±11127 92143±8121 67127±5123 32171±1124 135145±12112
微生物群落丰富度 (S ) 93±8112 80±3154 75±3112 38±2177 21±2121 4±0111 47±3148
群落 Shannon 指数 (H ) 7155±1104 5136±1121 3121±1111 1135±1102 1114±0115 0124±0102 2188±1123
　　①SM B2C　So ilM icrob ial B iom ass Carbon
314　土地利用方式对植物群落演替和物种多样性的影响
从表 5 可看出, 在退耕还林 (封山育林)初期, 蛇根草群落多样性指数为 0196, 均匀度为 0129, 而优势度高达 0175。经过 13a
的退耕恢复过程, 蛇根草已经逐渐衰亡, 现已为青冈+ 圆果化香群落代替。多样性指数、均匀度明显增高, 优势度减少。同样, 密
花树2冷水花群落也逐步过渡到小叶栾树+ 圆果化香群落。而石漠化区由于土壤被侵蚀殆尽, 基岩大面积裸露, 生境恶劣, 其鼠
李2蛇根草群落在植物组成、多样性等性状无明显变化, 需要进行长时期恢复。另外, 受人为不良耕作制度的影响, 耕地因土壤贫
瘠而被迫退耕。退耕地随退耕年限增长土壤性状趋于良好, 退耕地土壤肥力越来越高。此时, 退耕地的植物变化进入次生演替阶
段。岩溶植被具喜钙性、耐旱性及石生性, 植被逆向演替快、顺向演替难, 生物资源集聚程度低的特点[27 ]。从群落水平特征来看,
退耕地多样性指数、均匀度在退耕初期随退耕年限的延长逐渐增大, 在 17a 以后趋于稳定 (表 6)。从环境角度看, 亚热带喀斯特
环境条件下的退耕地植被演替, 随时间的推移, 以钙生的植物种代替了旱生的植物种。从时空分布来看, 退耕地在初期是以一年
生杂草为优势种, 到了后期, 植被向钙生和石生方向演替。表明土地利用强度越大, 木本植物越少, 草本植物种子越多, 且以杂草
为主。可见, 土地利用方式的变化对次生植被及其种子库有重要影响。
表 5　同一地段退耕还林区与石漠化区群落演替与多样性
Table 5　The commun ity succession and diversity of shelterbelt net work and desertif ication reg ion
类型
T ypes
年份
Years
群落名称
P lan t associations
丰富度 (R )
A bundance
多样性指数 (H ′)
D iversity
均匀度 (J )
Evenness
生态优势度 (C )
Dom inance
退耕还林区⑧ 1990 蛇根草① 5 0196 0129 0175
2003 青冈②+ 圆果化香③ 11 1192 0153 0136
1980 密花树④2冷水花⑤ 8 2111 0138 0143
2003 小叶栾树⑥+ 圆果化香 15 3168 0142 0122
石漠化区⑨ 1990 鼠李⑦2蛇根草 4 0192 0125 0173
2003 鼠李2蛇根草 5 0185 0123 0171
　　①Op h iorrh iz a ca ton iensis; ②Cy cloba lanop sis g lauca; ③P la ty cary a long ip es; ④R ap anea neriif olia; ⑤P ilea sp1; ⑥K oelru lteria m inor; ⑦
P ham nus d avu rica; ⑧D e2farm ing and reaffo restat ion area; ⑨Rocky desert ification area
391312 期 龙　健等: 贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响 　
315　土地利用方式与喀斯特石漠化
研究区在植被破坏或人工开垦利用后, 喀斯特山地土壤侵蚀加剧。经开垦利用后, 可使土壤表层出现明显砂化[7 ]。土地利用
强度越大, 对土壤团粒结构的破坏也越大, 土壤有机质受到土地利用强度的明显影响。退耕后土壤团粒结构、有机质则有所恢
复。林地、草 (灌)地开垦后, 土壤有机质含量下降是土壤水稳性团聚体下降及减少的主要原因。林地、草 (灌)地对水分的保持能
力强, 土地利用强度较大的土壤保水能力相对较弱。土地利用强度越大, 木本植物越少, 草本植物越多, 且以农田杂草为主。土地
利用方式的变化 (如陡坡开垦) 是对次生植被及其种子库的主要威胁[6 ]。在人类经常干扰的土地, 植被自然恢复需要较长的时
间, 其恢复潜力是很小的。在人们环境意识未强化、相关举措未到位的前提下, 土地利用方式的改变如超垦、滥樵, 加大了环境负
荷, 造成植被稀疏, 土壤细颗粒流失、减少, 粗颗粒富集、岩石裸露, 进而产生土地石漠化。可见, 采取合理的水土保持措施和土地
利用方式对喀斯特山区防止土地退化及保持生态系统的良性循环和提高土壤质量非常重要。
表 6　退耕地不同时段的多样性指数、均匀度和优势度值
Table 6　The diversity and evennes and dom inance in differen t abandoned per iods
退耕年限 (a)
A bandonm ent period
丰富度 (R )
A bundance
多样性指数 (H ′)
D iversity
均匀度 (J )
Evenness
优势度 (C )
Dom inance
总盖度 (% )
To tal cover
1 5 0182 0122 0165 15
5 8 1121 0133 0154 23
10 11 2171 0145 0147 64
17 21 3158 0158 0135 85
24 23 5122 0174 0132 92
4　小结
411　采用不同土地利用方式和人为经营生产活动方式后可明显改善和恢复喀斯特石漠化地区的土壤环境和生态功能。通过土
地资源的合理利用, 可以大大提高土壤微生物数量, 增加微生物多样性。
412　喀斯特山区土地利用方式与植被演替的方式和进程的多样性对喀斯特生态系统有重要影响。石漠化区经过 13a 退耕还林
后, 植物多样性指数和均匀度分别由 0196 和 0129 提高了 1192 和 0153, 优势度由 0175 降到 0136。
413　采用合适的土地利用和生产经营活动方式, 辅于必要的生物措施, 是恢复喀斯特石漠化地区土壤质量的有效途径之一。
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