全 文 ： 一 宇D
第 l5卷 第 1期
1 9 9 5年 3月
生 态 学 报
ACTA EC0L0GICA SINICA
和氇； 2
Vlo1．15．No．1
M ar．．1 9 9 5
五台山山地草甸自然保护区
11种化学元素生物积累的研究
．茎壅兰 堡堑廛
{山西 农业大 学 4-化呆 ，山西 太谷 ，030801) ．f§
摘 要 五台山山地草甸自然保护区可划分为亚高山草甸带、山地五花草甸带、常绿针叶林草甸带．本文 < -)f《
研究丁备生毒带土壤和植靛中l1种化学元荣的音量、分布且生物积累特征．研究表明：(1)吾带土壤中化 ／ ／— ／’7／
学元素音量均在全国同娄型土壤占量范围之内，就平均 量而言．co、M 量较高．其它元素占量较低． ，
整体属清洁理坦承平，舍乎自然保护埋土壤环境标准．f2)告带植被中营养元幕 量较高，营养丰富．尤苒
均 Ca、K为 最大 ．Co最 小．
酶 呕。
我国四大佛教名山之一—— 五台山，位于山西省五台县东北 ，北台叶斗峰海拔 3058m，素
有“华北屋脊”之称。以高山嵩草、珠芽蓼为建群种的植物群落是华北地区山地特有的高山植物
群落类型，基本上未遭到人为活动的破坏，是华北地区山地草甸生态系统较为完好和相对稳定
的典型地 区之一，也是 山西优良的夏季天然牧场，在 1984年 9月城乡建设环境保护部环保局
和农牧渔业部畜牧局联合召开的“全国草地类自然保护区调查规划会议”上被确定从 195．5年
开始先建立的两个草地类自然保护区之一。五台山山地草甸垂直分异以上到下可划分为亚高
山草甸带、山地五花草甸带及常绿针叶林草甸带 。以往只着重于大气、水、牧草种类及土壤类型
的考察，对其不同植被带中化学元素含量、分布和生物积累的研究尚属首次，这一研究对保护
牧草资源、提高牧草质量，充分利用牧草资源，为建立区域性环境质量标准具有理论意义和实
践意义 。
1 样品的采集及分析方法
1．1 样品的采集 在各垂直带中，选择典型地段挖土壤剖面，按 自然发生层次采集土样。在采
集土样的同时 ，采集该带植被 中的主要植物种类。
1．2 分析方法 样品经处理后．土壤中 Mn、Cu、Zn、Ni、Cr、Pb用王水一高氯酸消化后 ，原子吸
收分光光度计测定．co用亚硝基 R盐比邑法 ．K、Na、Ca、Mg用常规法。 ，植物样分析同土
样 。
2 结果与讨论
2，1 亚高山草甸带 亚高山草甸带分布在海拔 2700-3055．m 的台顶及缓坡地带，年均温在
一 4．5℃，冬季严寒漫长，1月份平均气温一15．，3℃，极端最低气温一44，3"C，夏季短促凉爽，7
月平均气温<10"C，极端最高气温不超过 2O’C．台顶年积温(≥OC)646．7℃．平均无霜期仅
60d左右，冻土地貌发育，呈现出 石海”和“冻土草丘 。这里风大，降水多，年均降水量近
*车文承舞山西农业大学赵景追教授指导．持此致谢
收}毫日期 】993 04 ．嫠攻{毫收到日期 】994 02眦 ．
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生 态 学 报 l5卷
1O00mm，是 山西省降水量最多的地 区之一 ，年 8级风天数在 180d以上，最大风速 可达 40
m／s。由于气候冷湿，风大 ，日照充足．太阳紫外线辐射强等生境条件，使得植物群落结构简单，
草丛矮化 ，生长密实，盘根错结成厚达 5—10cm的草毡层。构成亚高山草甸植被建群种主要有
高山嵩草 (Kobresia pyg~naca)、苔草 (Carex spp)，珠芽蓼 (Polygonum vivipacum) 零零香
(Anaphalis hancockil)、落草(Koeleria crlstate)等。
土壤类型为亚高山草甸土 ，成土母质多为变质砾岩、花岗片麻岩的残一坡积物。
亚高山草甸带土壤和植物中化学元素含量列于表 1。与全国同类型土壤的背景值。 相比，
各元素均在其含量范围之内。就平均含量而言，co、Ni较高 ，ca相近，其它 Mn、Cu、Zn、Cr、Pb、
K、Na、Mg均偏低，这主要是成土母质多为变质岩的缘故。与我国著名的高山牧场天山同类型
土壤平均含量“ 相比，Mn、Co、Cu、Zn、Cr、Ni显著低于天山土壤。按全国土壤背景值研究中所
建议的土壤环境标准 ’，该带土壤环境属清洁理想水平，故确定五台山为山地草甸自然保护区
是 合适 的。
表 】 五台山亚高山草甸带土壤和植物中化学元素的含量
常量元幕
K Na Ca Mg M n Cu Zn Cv Co N【 Pb
s 12 z 123．64 l2 66 29．30 lO．49 0．80 9．88 9．18
。．。 ．s 。 567 06 22．63 5B．54 2l 05 17．51 48 39 8 00
；
量；
l
篙
罂
耋
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4 鐾
图 l 五 台山亚高山草甸带土壤和植物中化学元素
鲁量．的相关特征
Fig． 1 Relations of chemicnl clement 0nTen￡s in
the soil口nd plant of subalpine meaduw
加 nE of W utai M0untain
注；实缱为土壤中的鲁量，虚鲤为植物中的旨量
Note{The llne ∞ ntcnl soil，the dj h line is
∞nTenlg 0f plant
植物与土壤之间化学元素含量具有一定的关
系。从图 1可看出，植物的化学成分在很大程度上
取决于土壤的成分 ，主要通过植物选择性吸收而
富集，通常用生物吸收系数( )来表示。本文应
用各带植被的平均含量(以烘干重计)与其下土壤
的平均含量之比表示 。从生物吸收系数序列(表
2)可看出，本带 Ca、K、Na的生物吸收系数最大，
分别为 1．76、1．68和 1．33，Co最小，生物吸收系
数为 0．046，其余元素介于 n×10。×10 之间，屑
弱累积和中等摄取的元素，植被中束发现微量营
养元索的亏缺现象。本带植被中元素含量与天 山
同类植被中含量相 比，Mn、Cu、Co、Cr、Ni较高 ，
zn较低 ，表明此类植被具有较高营养水平。这些
元素是人和动物生长和维持生命所必需的，是激
素或酶的组成部分或作为酶的激活剂。 。按动物
对微量元素的需要量和中毒量来看，该带植被元素含量高于需要量而又远远小于最大安全量
· 中置矸境盛爵总岵，北京大学、中国科学豌沈阳应砰}生志研究所．中国土壤环境背景值研竞 ，lz0一l24
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l期 樊文华等：五台山山地草甸 自然保护区 1】种化学元素生物积累的研究
和中毒量“ ，加上海拔高，气候湿润凉爽，牧草含干物质和脂肪量高，属饲用价值很高的富营养
优质牧草区，家畜夏牧，极易上膘，习称“油草 ，本带是最好的夏季天然牧场之一。
。
表 2 五台山亚高山草 甸带生物吸收系数序列
Table 2 An eeder of biolo c_I-h0rp‘i蚰 coefficients itt sub-
a]plne meadow zOBe of W utal M ountala
生物吸收 景致
壤相近，Mn含量与亚高山草原土相近，土壤环境达到了自然保护区的标准。
表 3 五台山山地五花草甸带土壤和植物中化学元素的含量
Table 3 lhe c0ntenb of chemical elements in mouⅡlaln five—flowered meadow zone of w utaJ Mountain
类型 样品致
常量元素(g／kg) 教量元素(~g／kg)
Mitcro-e]ernclit5 T element~
Type No．0f sample
K Nm Ca M g Mn Cu zn Cr Co Ni Pb
P la
物
nt
l8 7．9 l l ll B 2．4B 研 ．12 l1．^ 6 32．57 l 6|l7 0．5g 4．73 6．2l
7．7 1．3 9+6 6 g 619 06 18．38 64．59 25．24 l6．8B 44．56 7．93
植被 中各化学元素含量同我国著名的高 山牧场天 山同类植被 相 比，Cu、Cr、Ni较高 ，
Mn、Co、Zn略低。各元素含量与动物需要量相近而远小于最大安全量“ 。此带牧草种类多 ．各
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生 态 学 报
犀 3 五白山山地五苊草向带土苹剖面墩蜃元摹
分布特征
Fig．3 Soil profile diat ribution features。f chemical
elements in moumaln fiv ．flowered meadow
蛐 of W utai M0untain
具不同的适 口性和营养成分，加之物候期不一．可
供放牧以更多的选择。但在海拔高处，间有鬼见
愁、金露梅灌丛 ，对放牧不利。
各元素在山地五花草甸带土壤剖面中的分布
不同，从图 3中可看 出．Cu、Co、Zn、Mn在土壤剖
面中的分布趋势与亚高 山草甸土相同，这说明山
地草甸土和亚高山草甸土具有相似的成土条件和
成土过程。
从图 4及表 4中可看出，本带主要富集 Ca、
K，其生物吸收系数分别为 1．33和 1．03．而 Mn、
Co的生物吸收系数最小，分别为 0．092和 0．035。
衰 4 五台山山地五花草甸带生物吸收系数序列
Table 4 An order ef blolo窖ical absorption c0efficients in
m~ntain five f|awered meadow Ⅲ of Wutai
Mountain
生物 吸收秉 敦 【^ r)
2．3 常绿针叶林草甸带 常绿针叶林草
旬带分布在海拔 1800-2300m(阴坡)，l800—
2400m(阳坡)，还属山地草甸的保护带。气候为
温凉湿润型 ，年均温一2—2℃，年降水量 5O0—
800ram，雨量 充沛 。
常绿针叶林主要由白扦(Picea meyeri)、青
扦 (Picea v．,ilsonil)组成的云杉林．混生有臭冷
一
律
誊
。 争
砷
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田 4 五台山山地五花草甸带土壤和植物中化学元寮
分量的相 关特征
Fig 4 Rel ations of chemical element con n协 in the
sⅡr】 and plant 0f moontain five—flo~ered
⋯ ld㈣ ㈣ f WuTⅡl M ollntain
注：实线为土j禀中的含量．虚线为植物中的含
量
The Iine is contenb of soil．the d 1l Iine is
conlent~o1"lant
杉 (Abies,wphrolepis)．在阳坡或半阴坡生长有华北落叶松(Larix pri,wiepls—ruprechti)，林相
发育 良好，郁闭度 5o％-8o％，林中有连翘、丁香、胡罐子、黄刺玫等灌术和唐松草、大叶龙胆
等草本植物 、
衰 5 五台山常绿针叶#草甸带土壤和植物中化学元素的台量
Tab!e 5 Th¨ 蚰 lents 0f㈣h ic I elemen|⋯i er窖reen conife forest蚴 dow m ¨ f W ut M auntaln
常 量元蕈 (g／kg) 微量元 素 (mg／kg)
类型 样品 数 Ma l⋯ nts T 一el⋯ n
Type No．of sample
K Na C Mg M n Cu Zn Cr Ca Nj Pb
慧 6．r 0．r2 I1．8 z．2 6 89 l2 43 43 O1 19．14 0 62 4 0r 3．50
。 512．5l l8．81 52 86 28．40 17 33 49 03 7．90
—l — l 1 0 = I_ 0 J
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1期 樊文华等t五台山山地草甸 自然保护区 I1种化学元素生物积累的研究
{
00In l|l n k 该带成土母质多为混有黄土的干枚岩、花岗
片麻岩等残一坡积物 土壤为棕壤。
本带土壤和植物中化学元素含量列于表 5。
与全国同类土壤。 相 比，各元素均在其含量范围，
就平均 含量而言 ，五 台山棕壤 Ni偏高，K、Na，
瞄5五台山常绿叶林草甸带土壤剖面傲量元素分布持 Mn、Zn、Cr、Pb偏低，Ca、Mg、Cu、Co相近·土壤
征 环境台乎自然保护区的标准。植被中cu、Cr、zn、
Fig 5 Soil profile dist rib~zloa of~l~nlica LNi的平均含量 比天 山同类植被高，而 Mn、Co较
“ m⋯ everg~en咖“⋯us佃 啦d’低，但均未发现亏缺症状
⋯ ⋯ ““ 从 图 5中可看出，大多数微量元素在土壤剖
面中的分布趋势同亚高山草甸土和山地草甸土有很大不同，Pb、Co、Ni、Cr在 C层中含量虽
高，Cu、Zn在土体中则变化不大 ，这主要是在弱酸性淋溶条件下，淋溶作用强于生物 富集作用
的结果。
从图 6及表 6中可见，本带植被主要富集
c自、K、Na．生物吸收系数分别为 1 48，l_O3和
1．01，Ni、Co的 生物 吸 收 系数最 小，分 别为
0 083和 0 036。
衰 6 五台山常绿针叶林草甸带生物吸收系数序列
Table 6 An order ot hjological al~orptlon~oeftlOents in eV-
ergreen ~oaiferous forest meadow zone 0f Wutal
M oantain
生物 哑牧 系敷 (^ )
Bio[0gicM absorption coefKcients
× lDO × 10 × 10
Ca K Na Zn Cr Cu Pb M g M n Ni Co
3 结论
综上所述 ．可知五台山山地草甸 自然保护
区各生态带中土壤和植被化学元素含量及生物
积累的特点。
詈
i
；
图6 五台山常绿针叶样草甸带土壤和檀物中化学元素 占
量的相关 持怔
Fig．5 Relations of chealical elemem contents in the帅jI
lind plam of evergreen eonife,ous[o~st meadow
— e 0f W ut Moumain
注；实线为土壤中的音量，虚鳗 为植物中的占量
The line is∞nt nt⋯of II-the dash {ine is
1 nts ol plant
3．1 各带 +埴中化学元素含量具有 Co、Ni较高，其它元素偏低的特点 ，整体属清洁理想水
平，确立为山地草甸自然保护区是合适的，其土壤中元素含量可作为此类保护区的标准。
3．2 各带擅被中化学元素含量较高，营养丰富，符 台饲用标准，尤其是亚高山草甸带 ，是饲用
价值很高的富营养优质牧草区，应很好的保护和利用。
3 3 各带植被的生物吸收系数均以 ca、K、Na最大 ；Co的生物吸收系数最小为亚高山草甸植
被的累积特征 ；Mn、Co的生物吸收系数为最小是山地五花草甸带植被的累积特征；Ni、Co的
生物吸收系数最小为常绿针叶林草甸植被的累积特征。其余元素属弱累积和中等摄取的元素。
至窆 董薯。
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90 生 态 学 报 15卷
参 考 文 献
中国科学院南京土壤研究所傲量元素组蝙著．土壤和植物中 量元素分析方法．北京，科学出版社 ，1976
南京农学院主编．土壤农化分析 北京；科学出版社，1980
中国环境监 总站主缠．中国土壤元索背景瞧．北京 t中国环境科学出扳牡 ，1890
孙蛙坤等．天 山山地土壤中微量元索的旨量与分布．土壤学报，1987，2|(41 3 3j一841
中国农业科学院土壤职料研究所蝙译．农业中的融量曹养元幕．北京 。哀业出版社，1984
胡坚主编．动物饲井学．长春t吉林科学技术出版社 ，1990
STUDY oN THE B10L0GICAL ACCUM ULATIONS 0F
ELEVEN CHEM ICAL ELEM ENTS IN THE M 0UNTAIN
M EAD0W NATURAL RESERVE IN M T．W UTAI
Fan W enhua Zhang Yuzhuang
(Dept-。f Sol1 Sclea~e Shanxl U⋯ ji Agriculture 7aig~，080801)
A study on the features of the contents，distributions and accumulations of 1 1 chemical
elements in soils and vegetations was carried out in each of the subalpine meadow zone．the
mountain flve—flowered herbosa meadow zoue and the evergreen coniferous forest meadow of
the Mountain Meadow Natural Reserve in Mt．W utai．It was found that the contents 0f
chemical elements in the soils in each of these zones are withif the ranges of their own na—
tionsl averages in the same kind 。f soils，with both Co and Ni at a higher level，other ele—
merits at a lower level、 and the overall at a clean and desirable level i13．compliance with the
envlronmental standards for soil．~in a natural reserve．The vegetations in each of these zones
had higher contents of nutrient element such as Mn，Co，N ，K and Ca． Particularly．the
vegetations in the subalplne meadow zoDe are the herbages of high quality which are highly
valuable to feed anlma1． In the vegetations in each of these zones．both K and Ca had the
highest bioavailability and Co had the Lowest bioavailability．
Key words；M t．W utai，mountain meadow ，chemical elements，bioaccumulatlon．
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