全 文 ： fp一 5
第19卷第4期
1999年7月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．1 9，No．
July．1 999
严重退化生态系统不同恢复和重建措施的植
物多样性与地力差异研究
．
‘
／ ／
，何宗明 ，邱仁辉 ，
— 兰
{1福建林学院，福建南平 353001；2．长汀县水土保持试验站 福建长汀 366300)
麓要 ：对花岗岩[Kg-壤严重退化生志系统(对照)及4种不同恢 复和重建措施植物多样性和地力研 究结果表明，花岗岩区
红壤严重退化生态系统<对照)植物多样性般低，土壤肥力极差，生态环境极为恶劣。改为杨梅果园(措施 A)或多树种混
交(措施 B)后，植物多样性明显增大，林地土壤肥力得到一定程度恢复．生卷系统朝着良性 循环方向发展。采取封山育林
(措施 c)方法，林下植被层和群落多样性恢复最快 ，林地土壤肥力亦得到较快的恢复。保留较好的风承林(措施 D)植物多
样性较高·土壤肥力最好 报据不同恢复和重 建目标，采用合适的生物措施 ，辅以必要的工程措施 ，是红壤退化生态系统
恢复和重建的有敛措施之 一
关键调：严重退化生态系统；恢复和重建措施；土壤肥力；植物多样性
Effects of different recover and r。estoration measures on plant di—
versity and soil fertility for serious degradation ecosystem
YANG Yu—Sheng ，HE Zong—Ming ，QIU Ren—Hui ，LUO Xue—Sheng (1 Fufia Forestry
lege’Nanping’Fujian，353001，China；2-Exp~iment Station of Soil and Water C~servation，Changtlng)
Abstracl：The granitic red soils of serious degradation ecosystem were taken as case studies with four dif-
ferent recover and restoration measures in Changting County，Fujian，and the plant diversity and soil fertili—
ty over different measures were investigated．The results showed that the plant diversity was the lowest，
soil fertilities and ecosystem environment were the poorest in the control land with no restoration measure
．
The plant diversity rised evidently and the soil fertility increased to some degree in the measure of changing
into a fruit garden and the measure of changing into multispecies woods The diversity of auxiliary COITAIlIU—
n[ty were resumed to the best degree and soil fertility were resumed to the better degree in the measure of
closed forest．The plant diversity was higher and soil fertilities were best in measure of reserved for t
Therefore，the proper biological measures and the essential engineering measures are effective to recover
the serious degradation ecosystem．
Key words{serious degradation ecosystem ~recover and restoration measures；soil fertilitytplant diversity
戈章编号：1000—0933(1999)04 0490 05 中里分类号 ：$763 文献标识码，A
福建长汀河田镇是我国南方花岗岩地区严重退化生态系统最典型类型之一，已采取多种措旋对该严
重退化生态系统进行恢复和重建工作，并取得一定进展it3 本 对该地严重退 化生态系统不同恢 复和重建
措施植物多样性和地力差异进行研究．试图为花岗岩区严重退化生态系统恢复和重建工作提供理论指导
1 试验地 自然概况与恢复和t建措施
1．1 试验地 自然概况
试验地位于长汀县河 田镇 ，该地年均气温19"C，7月份极端最高气温39 8℃，地表极端最高温达76．6℃
基 盘班目：福建省自然科学基金资助项 目(F991)
收稿日期：1997—02—21{修订 日期：1997 06—3o
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4期 杨玉盛等 ：严重退化生态系统不同慨复和重建措施的埴物 多样性 与地 力差异研究 491
(1983—07 23)，年均降雨量1628 2mm 土壤为粗晶花岗岩风 化发育的红壤，含沙量大(> lmm 石砾 占45
左右)，风化层深厚，由于长期侵蚀 ，表土侵蚀殆尽 ，土壤极 为贫培 ，强度侵蚀地 土壤有机 质含量0．54～
4．26g／kg，全 NO．04～O．1 6g／kg，马尾松的年 高生长仅 为5～25cm，十几年才长到 lm 左右 ，密度2551株，
hm ，盖度5 ～10H，成为名符其实的 小老头林 ，林下仅有十分稀少的野枯草和 岗铪等 ，是花 岗岩区红壤
严重退化生态系统之一(本文对照 )。80年代初有关部门采取多种措施对该严重退化生态 系统进行恢复和
重建工作，已取得了一定的效果 。
1 2 严重退化生态系统恢复和重建措施
严重退化生态系统类型(对照) 详 见本文1．1节。
杨梅果园类型(措旃 A) 1982年对严重退 化地进行 水平淘台状整地，挖大穴 ，施基肥，1983年种植杨
梅 ，密度为600株／hm。，每年抚育2次 ，1992年调查时杨梅盖度0．45，树高2．56mt长势较好，并出现胡枝子、箍
尾草、马唐、颖果等较多杂灌草，盖度达70 ，杨梅树冠下枯枝落叶达7．Skg／株，A--AB层大约1～3cm。
疏林朴植形成多树种混交 (措旌 B) 1 981年冬在严重退化地采用小水平淘整地 ，下基肥 ，1 982年春季
在马尾松林下栽植杉木和木荷 ，并套种胡枝子和紫穗槐 ，当年 5、8月份及第2年5月份追肥3次 (尿素)，每年
砍伐胡枝子和紫穗槐覆盖林地 ，1992年调查 时，形成马尾栓 、杉木、木荷 多树种混交林 ，林内仍保留少量紫
穗楗和胡枝子 ．亦出现马唐、芒其 、地衣等植物，盖度10 左右tA+AB层大约1～2cm。
封禁处理 (措旃 c) 离集镇较远的分水岭地带 ，1980年起采取封 山育林办法，马尾松长势 良好 ，林下植
被主要以芒萁 为主，盖度达80 ，A+AB层厚10cm 左右。
次生林(措施 D) 当地保 留较好的以木荷为主的次生林，林龄约 o丑左右，树下植被主要有芒萁、细齿
柃木、小叶赤楠等，盖度达6O ，林地内有较多枯枝落叶，A—AB层厚度20cm左右。
2 材料与分析方法
2．J 植物多样性
分别在对照及各处理地内设置临时标准地(20X 20m。)各3个 ，对标准地内果树和林木生长杖况(p、H、
密度、盖度、郁闭度)进行调查，在每个标准地对角线设置5个5m×5m样方 ．调查林下植被种、个体数、地径 、
高度 ，采用 下指标测定植物种多样性指数 ：
Shannon—Wiener指数 DIh一一 >：(珥／N)ln( ／N) (1)
，’ I
式中 是第 种的个体数 ， 是所有种个体数的总和 ，S为种的总数 采用以下指标测定均匀度：
Shannon—Wiener均匀度 J 一 D ／lnS (2)
2．2 土壤肥力
在每个标准地 内按 S形布点，取表层0～10cm土 样，措施 A、B由于采取小水平台状整地 ，进 行了穴状
种植 ，故按一定比例分别在穴内外取样，进行混合。以上取样点均 为10个。土壤物理性质、土壤化学性质采
用常规法rs“]，土壤微生物数量j劐定采用常规法： ，土壤酶活性j劐定 ]，其转化酶采用E．Hofmann与 A．
Seegrer法 }脲酶采用标准扩散法；酸性磷酸酶采用 G．Hoffmann法 ；接触酶采用滴定法 ；过氧化物酶用 A．
山．FRISCr~H法 ；土壤呼吸作用强度用 CO 容量法 。
3 结果与分析
3．1 不同恢复和重建措施植物多样性
生物多样性增加是评价严重退化 生态系统恢复和重建工作成功 与否的重要指标之一，在生态系统中，
生物 多样性是建立在植物多样性 基础上的 采取措施后 ，林下植被层和群落植物多样性均有 明显增加
(表1)，乔木层中多样性 以措旌 B晟大 ，其次为措旌 D，措施 B和 D乔木种虽然相同 ，但前者乔木种个体数
(188)及分 布均匀程度(O．78)均比后者高 ，导致其乔术层多样性大。分析结果表明(表1)，林下植被层植物
多样性 (D )以措旃 C(1．S0)晟大 ，其次为措施 D和措旃 A，措施 B(1．13)较小，对照(0-70)则最小 分析结
果还表明(21)，措旌 C的群落植物多样性晟大 ，其次为措旃 D和措旌 A，措旃 B较 小，而对照的则最低，说
明不同恢复和重建措施采取后，不同群落植物多样性均得到明显提高 ，其中以封山育林(措旌 C)对群落多
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492 生 态 学 报 19卷
恢复和重建措 施
Rec0v nd
乔木状况
TfPe condition
种数 种名
Number of~hree NamP of
species(400m ) specks
十体敷
Number of D h 。h JD J，h D,h J
Lndi duals
对 照 Control
措施 A Measure A
措 施 BMeasure B
措施 CMeasureC
措 施 D Measure D
马尾 抡∞
橱梅g
马尾 橙
杉木0
木荷{
马 尾 橙
木荷
马 尾松
杉木
O 0 1．50 0．48 1．53 0．75
0．76 0 69 1．46 0．44 1．49 0．73
①Pinus~assoniana @Myrita rubra 《、c⋯ Jng^⋯ lancrotata ④Schima superba
3．2 不同恢复和重建措旌红壤物理性质
红 壤严重退化生态系统土壤物理性质极端恶 劣，土壤保水和供水能力极 差(表2)Ⅲ，降雨时土壤水分
很快即达饱和 ，易发生严重水土流失}由于贮水能力相当低 ，干旱时土壤供水能力差 。植被生长所需的最低
水分无法得到{蓠足 ，植被难以生长 ．属极典型严重退化红 壤。采用不同措施 (措旌 A、B、C、D)后 ．与相应对
照比土壤容重下降(8．6 ～29．5 )+土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和孔隙比与对照比均有明显增加，其中
措施 B土壤非毛管孔隙、总孔隙度和孔隙比分别是对照的2．43倍、1．37倍和1．84倍 ．措旌 B)0．25mm 水稳
性团聚体含量及其平均重量直径(E WD)分别是对照的2．1倍和2．68倍。措旌 C和 D土壤孔隙状况和土壤
水稳性 团聚体组成和性质恢复更为明显 (表2) 土壤保水和供水能力亦得到不 同程度改善 ．如措旌 B土壤
饱和持水量 、田间持水量、有效水含量范围分别是对照的1．41倍、1．48倍和1．83倍 ，措旌 c和 D土壤水分状
况恢 复则尤为明显(表2) 说明对花岗岩严重退化红壤采取不同恢复和重建措旌后 ．土壤孔隙、结构、土壤
水分性能均得到不同程度改善
丧2 不同惰t和tt描托红簟物理性质
Table 2 Red sOn physieal property In different r牲 r肾 and restoration me韬 毗 s
(])Controll@Measure A；@Measure B；④Measure C；@Measure D
3．3 不同恢复和重建措旌土壤养分状况
分析结果表明(表3)，采取不同措旌后 ，林地土壤有机质、全 N、全 P含量均有明显增加 ，其 中措旌 B的
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4期 杨玉盛等 ：严重退化生志系统不同恢 复和重建措施的植物多样性 与地力差异研究 493
土壤有机质、垒 N 和垒 P含量分别是对照的I．3倍 、2．6倍和3．7倍 ，措旖 C和 D增 加则更为明显(表3)：土
壤速效性 养分亦有明显增加 ，其中措旖 A、B、C、D土壤水解性 N含量分别是对照的2．9倍、2．5倍、4．I倍和
5．8倍 ，土壤速效 P和 K亦有此趋势 (表3) 表明采取不同措麓后 ，土壤营养元素供应容量和供应强度均有
不同程度的改善。从表3可见 ，措施 A、B、C、D土壤阳离子交换量分别是相应对照的1．9倍、2．O倍、2．6倍和
2．8倍(表3)．说 明措旖 采取 后．土壤保肥性能得到一定的改善 土壤腐殖质化度是衡量土壤腐殖质品质优
劣的标志之一【 。从表3可见，对照地土壤胡敏酸含量极小 (痕量)，措旖 D最大．而且措旖采取后土壤 HA／
FA 比值亦有不同程度增大 ，说 明土壤腐殖质品质朝好的方向转化。
寰3 不同恢复和■t措施红壤井舟状况
Table 3 Red soil natrlent in diffet~ent cover and restorationⅡ”e吐ur
裹4 不同恢复和tt措施红壤生物学活性
Table 4 Red soil biological activities in different Iel~over and restoration measures
① (0-1NNa2S~O3Ⅱ】J){② (O·1NKMaO4mI／g)1 (rag C U!／(20g士 ’24h))
3、4 不同恢复和重建措旖土壤生物学活性变化
分析结 果表明(表4)，对照的土壤细菌 、真菌和放线菌数量相当低 ，其微 生物总数亦授低 ，土壤各类酶
的活性和土壤呼吸作用极为微弱。这与严重退化生态系统 的植被稀疏、有机质古量极 低有关。采取不同措
旖后土壤细菌、真菌和放线菌数量均有明显增加(表4)．其中措旖 B土壤细菌、真菌和放线菌及微生物总数
分别是对照的29、1倍 、42、I倍、14．1倍和29．7倍 ，措旖 C和 D土壤微生物数量增加则更为显著。由于土壤微
生物积极参与土壤中物质转化过程 “，其数量增加直接影响土壤供肥和保肥能力[5。”]
采取措施后土壤转化酶 、脲酶活性亦有明显加强(表4)，其中措旖 D以上各类酶活性增加最为明显 ，其
次为措旖 c，措旖 B和 A的较差．说明土壤中 C和 N 紊循环强度有较大程度提高 。不同措施采取后土壤
酸性磷酸酶活性提高均较为明显 ，其中措旖 B和 c的酸性磷酸酶活性分别是对照的2．5倍和2、3倍 (表I)，
这在一定程度上改善该地严重缺 P的土壤供 P状况。
分析结果表明(表I)．采取不同措施后，土壤接触酶和过氧化物 活性亦有较大幅度的提高 ，如措施 B接
触酶和过氧化物酶活性分别是对照的2．7倍和1、6倍．措旖 c和 D以上两种酶活性增加更为明显．表明不同
措旖采取后的土壤氧化还原能力增强，从而有利于土壤中某些有毒物质转化和土壤腐殖质形成。
从表4还可以看出．严重退化地土壤呼吸作用十分微弱 ，采取措施 后土壤呼吸作用强度均 有明显增强 ·
其中措施 D呼吸作用强度最大 ．为对照的29．2倍
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494 生 态 学 报 l9卷
从 上分析可以看出 ，严重退化红壤采取有效恢复和重建措施后，土壤微生物数量显著增加 ，土壤薛
活性和土壤呼吸作用强度明显提高 ，土壤氧化代谢能力得到 一定程度改善。
3．s 不同恢复和重建措施土壤肥力指标 PCA排序
对表 2、表3和表 {中32十土壤肥 力指标进行 pcA
排序 ，结果见图1。从图l横轴方向可 以大致把各类措施
及对照土壤肥力分成{类 ，第1类 为对照 ．第2类 为措施
A和 B．第3类为措施 C，第4类为措施 D。
严重退化地 (对照)由于 A层 和 B层 土壤侵蚀殆
尽 ，C层 出露 ．土壤微生物数量极低 ，土壤 呼吸作用 及
酶活性极 为微弱 ．土壤养分枯竭．且土 层过于 紧实，几
成为不毛之地 t人工种植马尾捡亦成为典型的 小老头
林”．土壤肥力极差，归为一类 而在一定工程措施基础
上采用 改种扬梅或马尾捡小老林 下补栽杉木和术荷 ．
4
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匹)
- ● 1 ． @
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1 J 不同恢复和重建措菔土壤肥力排序图
F ．1 s0I【[~rtil[ty classifcation o different 0ver
and ~estoratiortⅧ
同时在林内套种豆科灌木办法 ，对严重退化地进行恢 复和重建工作 ．由于较高规格工程措施 的采用明显降
低水、土、肥冲刷 -种植豆科灌木或非豆科植物 (扬梅)具有一 定固氯作用 ，这对增加土壤氮素起到 一定作
用。旺盛生长的植物改善了侵蚀地 生境 ，同时刺激土壤微生物繁殖速度．土壤酶活性亦得到 明显的加强 ，土
壤 养分贮量亦有明显增加 ，土壤肥力得到较好改善 ．措施 A和措 施 B归为一类 。远离村庄 ，人为干扰稀少 ．
土壤退化不甚严重t采用封山育林方法恢 复的措施 C土壤 肥力最高 。在房前屋后保 留较好的风水林．由于
主要树种为常绿阔叶树 -能发挥较好的 自我培肥功能 ，土壤肥力最高 。
4 小结
花岗岩 区红壤严重退化生志系统(对照)植物多样性 极低 ．土壤肥力极差．生态环境极为恶劣 采用较
大规格工程措施改种杨梅(措施 A)或在马尾橙小老林下补植杉木和术荷及套种胡枝子及紫穗槐 (措施 B)
后 ·植物多样性明显增大 ．林地土壤肥力得到一定程度恢复 ，生态系统朝着良好循环方向发展 采取封 山育
林 (措施 c)方法 ，林下植被层和群落 多样性最大 ，林地土壤肥力亦得到较快的恢 复。保 留较好的风水林(措
施 D)植物多样性较高 一土壤肥力最好 。因此．要根据严重退化生态系统退化状况及治理 目标 ．结合当地 实
际情况 一采取不同恢 复和重建措施 ，除了采取单纯保护生物多样性 和地 力如封山育林及保护现有常绿阔叶
次生林外 ，在靠近村镇地 带可考虑采取以经济效益为主的开发和治理相结合的集约经营措施如果树 (杨
梅 、板栗等)、经济林 (黑荆)，而在离村镇较远地带则采用营造多树种混交林及退化林地改造 的措施等，以
达到不同程度增加植物多样性 ，控制土壤冲刷 ，提高土壤肥力目的，使严重退化生态系统生态环境得到明显恢
复t同时加快贫困地区农民脱贫致富速度，这对类似地区退化生态系统恢复和重建工作具有一定指导意义。
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