全 文 ：林业科学研究 ２０１６，２９（４）：５５３ ５５９
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１６）０４０５５３０７
植被恢复对高寒沙区土壤性质的影响
李少华１，王学全１，高 琪２，包岩峰１，尹书乐１
（１．中国林业科学研究院荒漠化研究所，北京 １０００９１；２．内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 ０１００１９）
收稿日期：２０１５０６１７
基金项目：国家“十二·五”科技支撑课题（２０１２ＢＡＤ１６Ｂ０１０５）；林业公益性行业科研专项
作者简介：李少华（１９９２—），男，河南濮阳市人，在读硕士研究生，主要从事荒漠化防治方面研究．Ｅｍａｉｌ：２２２７４０１３５７＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者Ｅｍａｉｌ：ｗｘｑ＠ｃａｆ．ａｃ．ｃｎ
摘要：［目的］明确高寒沙区不同植被类型对土壤性质改良效果的差异，探讨各植被区沙地土壤恢复过程的异质性
和人工林木的可开发利用潜力。［方法］以沙珠玉治沙试验林场内不同生长年限的人工植被为研究对象，分析高寒
沙区６种植被类型区（乌柳、青杨、赖草、柠条、沙棘、柽柳）以及３个对照区（农田、流动沙丘、丘间沙地）土壤的机械
组成、ｐＨ值、有机质及全Ｎ、全Ｐ、全Ｋ等理化性质指标。［结果］（１）植被恢复生长５１年后，从黏粒和粉砂粒增加的
比例角度分析，土壤质地改良顺序为沙棘（２０６．３％）＞柠条（１０８．５％）＞青杨（７０．５％）＞乌柳（５６．８％）＞赖草
（５４．１％）＞柽柳（４２．３％）；从全Ｎ、全Ｐ和全Ｋ增加的比例角度分析，土壤养分改良顺序为青杨（１９８．２％）＞柠条
（１６６．７％）＞沙棘（１５５．３％）＞乌柳（８２．６％）＞赖草（７５．４％）＞柽柳（５３．９％），土壤全Ｐ含量偏低，平均０．４２ｇ·
ｋｇ－１；（２）植被恢复生长５１年后，柠条、沙棘、青杨、赖草、乌柳和柽柳林下０ ３０ｃｍ土壤有机质含量依次为２０．１９、
１８．２５、３０．８１、２３．５７、２２．１３和１０．６２ｇ·ｋｇ－１，比流动沙丘或丘间沙地相应的提高了７６６．７％、７０２．４％、６８９．８％、
５１７．４％、４９１．５％和３４３．９％。［结论］随着植被恢复年限的增加，土壤质地和养分状况得到显著改善，但土壤ｐＨ值
的变异系数较小；各样地土层间有机质含量差距不断扩大，表聚性越来越明显，并且随深度增加各土层恢复效果存
在滞后性。柠条和沙棘适宜在共和盆地推广种植，建议实施适当地抚育管理措施，以促进高寒沙区林场实现可持续
经营发展。
关键词：高寒沙区；植被恢复；土壤改良；异质性；开发利用
中图分类号：Ｓ１５６ 文献标识码：Ａ
ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳｏｉｌＨｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙＢａｓｅｄｏｎＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＲｅｃｏｖｅｒｙｉｎ
ＡｌｐｉｎｅＳａｎｄｙＬａｎｄ
ＬＩＳｈａｏｈｕａ１，ＷＡＮＧＸｕｅｑｕａｎ１，ＧＡＯＱｉ２，ＢＡＯＹａｎｆｅｎｇ１，ＹＩＮＳｈｕｌｅ１
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＤｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９３，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｅｇｅｏｆＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００１９，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｔｅｆｅｃｔｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｔｙｐｅｓｏｎｓｏｉｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎａｌｐｉｎｅ
ｓａｎｄｙｌａｎｄ，ａｎｄｔｏｄｉｓｃｕｓｓｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｓｏｉｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔａｒｔｉｆｉｃｉａｌｆｏｒｅｓｔｔｒｅｅｓ．
［Ｍｅｔｈｏｄ］ＢａｓｅｄｏｎｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆｌｏｎｇｔｅｒｍｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｔｓａｎｄｙｆｉｅｌｄｆｏｒｅｓｔｉｎＳｈａｚｈｕｙｕ，ａ
ｖｉｌａｇｅｏｆＡｌｐｉｎｅＳａｎｄｙＬａｎｄ．６ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｐｌｏｔｓ（Ｓａｌｉｘｃｈｅｉｌｏｐｈｉｌａ，Ｐｏｐｕｌｕｓｃａｔｈａｙａｎａ，Ｌｅｙｍｕｓｓｅｃａｌｉｎｕｓ，Ｃａｒａｇａ
ｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉ，Ｈｉｐｐｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓ，Ｔａｍａｒｉｘｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）ａｎｄｔｈｒｅｅｃｏｎｔｒｏｌｐｌｏｔｓ（ｆａｒｍｌａｎｄ，ｆｌｏｗｉｎｇｓａｎｄｌａｎｄ，
ｓｌａｃｋｓｄｕｎｅ）ｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅ，ｐＨｖａｌｕｅ，ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒａｎｄｔｏｔａｌＮ，ｔｏｔａｌＰａｎｄｔｏｔａｌＫ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．［Ｒｅｓｕｌｔ］（１）Ａｆｔｅｒ５１ｙｅａｒｓｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，ｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｃｌａｙ
ａｎｄｓｉｌｔ，ｔｈｅｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｒｄｅｒｗａｓＨｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓ（２０６．３％）＞Ｃａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉ
（１０８．５％）＞Ｐｏｐｕｌｕｓｃａｔｈａｙａｎａ（７０．５％）＞Ｓａｌｉｘｃｈｅｉｌｏｐｈｉｌａ（５６．８％）＞Ｌｅｙｍｕｓｓｅｃａｌｉｎｕｓ（５４．１％）＞Ｔａｍａｒｉｓｋ
林 业 科 学 研 究 第２９卷
ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（４２．３％）．ＦｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｏｔａｌＮ，ｔｏｔａｌＰａｎｄｔｏｔａｌＫ，ｔｈｅｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｉｍ
ｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｒｄｅｒｗａｓＰｏｐｕｌｕｓｃａｔｈａｙａｎａ（１９８．２％）＞Ｃａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉ（１６６．７％）＞Ｈｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓ
（１５５．３％）＞Ｓａｌｉｘｃｈｅｉｌｏｐｈｉｌａ（８２．６％）＞Ｌｅｙｍｕｓｓｅｃａｌｉｎｕｓ（７５．４％）＞Ｔａｍａｒｉｓｋｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（５３．９％）．Ｔｈｅｓｏｉｌｔｏｔａｌ
Ｐｃｏｎｔｅｎｔｓｗａｓｌｏｗ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｗａｓｏｎｌｙ０．４２ｇ·ｋｇ－１．（２）Ａｆｔｅｒ５１ｙｅａｒｓｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ０ ３０ｃｍ
ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｕｎｄｅｒｓｔｏｒｙＣａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉ，Ｐｏｐｕｌｕｓｃａｔｈａｙａｎａ，Ｈｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓ，Ｌｅｙｍｕｓ
ｓｅｃａｌｉｎｕｓ，Ｓａｌｉｘｃｈｅｉｌｏｐｈｉｌａ，Ｔａｍａｒｉｘｃｈｉｎｅｎｓｉｓｗｅｒｅ２０．１９，１８．２５，３０．８１，２３．５７，２２．１３ａｎｄ１０．６２ｇ·ｋｇ－１，
ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｏｒｄｅｒｂｙ７６６．７％，７０２．４％，６８９．８％，５１７．４％，４９１．５％ ａｎｄ３４３．９％ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｏ
ｂｉｌｅｓａｎｄｄｕｎｅｓｏｒｉｎｔｅｒｄｕｎｅｓａｎｄｙｃｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ，
ｔｈｅｓｏｉｌｔｅｘｔｕｒｅｈａｄｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｂｕｔｔｈｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆ
ｓｕｒｆａｃｅｓｏｉｌｐＨｗａｓｖｅｒｙｌｉｔｌｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｔｉｍｅ，ｔｈｅｄｉｆｅｒｅｎｃｅｉｎｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆ
ｅａｃｈｓｏｉｌｌａｙｅｒｓｄｉｆｅｒｅｎｃｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｓｕｂｓｔａｎｃｅｗａｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｏｂｖｉ
ｏｕｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗａｓａｔｉｍｅｌａｇｉｎｔｈｅｓｏｉｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｅｆｅｃｔｗｉｔｈｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．ＣａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉａｎｄＨｉｐｐｏ
ｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓｗａｓｍｏｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｏｎｐｌａｎｔｉｎｇｉｎＡｌｐｉｎｅＳａｎｄｙＬａｎｄ，ａｎｄｃｏｕｌｄｔａｋｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙｆｏｒｅｓｔｒｙｍａｎａｇｅ
ｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｔｈｉｓａｒｅａ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｐｉｎｅｓａｎｄｙｌａｎｄ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ；ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ
共和盆地位于我国青藏高原东北部，三江源自
然保护区的腹地，属于高寒干旱草原与荒漠的过渡
区域，这里生态环境脆弱，土地贫瘠，土壤风蚀退化
严重，流沙经常阻断公路交通，极大限制了当地公民
生产生活水平的提高和社会经济的可持续发展［１］。
因此，逆转沙化进程，恢复沙区植被，改良退化土壤，
成为该区生态环境建设的重点内容［２］。盆地内的沙
珠玉地区，建有国家林业局青海共和荒漠生态系统
定位监测研究站，站内的试验区林场已筛选出多种
耐寒抗旱植物，在高寒沙地治理和生态系统修复的
研究中具有较好的示范推广性。高寒沙区植被生长
发育过程中，地表群落结构逐渐演替变化，改善了局
部的生态环境，影响了沙地土壤演替的方向和速
度［３］。因此，研究高寒沙区不同人工植被恢复过程
中土壤的异质性，对准确评估该区域植被恢复的生
态效应具有重要的理论价值与实践意义。
目前，关于植物固沙过程中土壤变化的研究主
要集中在腾格里沙漠［４］、科尔沁沙地［５－６］及荒漠草
原［７］等地区，在高寒沙区开展的工作较少，并且缺少
系统性研究。齐雁冰等［８］和刘君梅等［９］分别在高
寒沙区对人工植被恢复过程中土壤理化性状进行研
究，但均没有考虑不同植被类型的差异性；于洋
等［１０］以不同生长年限的人工乌柳林为研究对象，研
究了高寒沙地植被恢复对土壤的改良作用，但没有
与其它人工植被区土壤对比，全面分析沙地土壤改
良过程中的异质性；李清雪等［１１－１２］研究了高寒沙区
不同林龄柠条和乌柳人工林对土壤养分含量以及植
物群落的影响，但没有取沙地土样作为对照；田丽慧
等［１３］从土壤质地的角度分析了高寒沙区柠条和乌
柳２种植被恢复与土壤的相互作用，但没考虑到土
壤养分状况。鉴于此，本文采用恢复生态学中常用
的研究方法，认为不同植被类型区原始土壤特性一
样［１４］，并且以沙地和农田土壤为对照；通过野外采
样和室内分析，测定了恢复５１、３０、１２ａ的６种植被
类型区土壤的 ｐＨ值、机械组成、有机质及全 Ｎ、全
Ｐ、全Ｋ含量，分析了不同植被对沙地土壤的改良效
果，研究了基于植被恢复情景下的高寒沙区土壤异
质性、流沙固定和土壤恢复的生态效应，初步探讨了
沙地土壤演变过程和林木的可开发利用潜力，以期
能为采取合理地人工林抚育管理措施提供数据支
持，最终实现高寒沙区林场的可持续经营发展。
１ 研究区概况
国家林业局共和荒漠生态定位观测站的沙珠玉
治沙试验林场始建于１９５８年，通过围封８５８ｈｍ２沙
地作为治沙示范区，主要进行抗逆植物选种及沙区
植被重建等方面的研究［２］。本次采样点位于３６°１４′
３６°１６′Ｎ，１００°１３′ １００°１６′Ｅ，海拔２８７９ ２８９１
ｍ，微地貌主要有沙丘、丘间地和古河床。该区年均
气温 ２．４℃，无霜期平均 ９１ｄ，年均降水量 ２４６．３
ｍｍ，主要集中在 ７、８月；风沙活动剧烈，沙尘暴频
繁，主要集中在每年的３、４月，风沙活动已成为制约
该地植被恢复的限制因子之一［１５］。经过近６０年的
造林试验，人工植物逐渐恢复，林场内植被以耐寒和
４５５
第４期 李少华，等：植被恢复对高寒沙区土壤性质的影响
抗旱生植物为主［１３］，主要有柠条（Ｃａｒａｇａｎａｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉ
Ｋｏｍ．）、乌柳（ＳａｌｉｘｃｈｅｉｌｏｐｈｉｌａＳｃｈｎｅｉｄ．）、青杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ
ｃａｔｈａｙａｎａＲｅｈｄ．）、沙柳（ＳａｌｉｘｐｓａｍｍｏｐｈｉｌａＣ．Ｗａｎｇｅｔ
Ｃｈ．Ｙ．Ｙａｎｇ）、沙棘（ＨｉｐｐｏｐｈａｅｒｈａｍｎｏｉｄｅｓＬｉｎｎ．）、柽
柳（ＴａｍａｒｉｘｃｈｉｎｅｎｓｉｓＬｏｕｒ．）、白刺（Ｎｉｔｒａｒｉａｔａｎｇｕｔｏｒｕｍ
Ｂｏｂｒ．）和赖草（ＬｅｙｍｕｓｓｅｃａｌｉｎｕｓＴｚｖｅｌ．）。
２ 研究方法
２．１ 样地布设与调查
野外试验设在不同种植年限和种类的植被区，
以丘间地和沙丘的沙土及农田土为对照，共设置２１
块样地，面积为５ｍ×５ｍ。样地中各种植物的生长
状况见表１。于２０１５年４月进行土壤调查，取样深
度为０ ５、５ １５、１５ ３０ｃｍ三层，共采集６３份
土样。取样方法为：在各样地距中心４个方位２ｍ
处取土壤样品，并按层混为１个样品，充分混合均匀
取约１ｋｇ用作实验室分析，各取３组重复用于统计
分析，使用ＧＰＳ定位样地海拔和经纬度。
２．２ 试验分析与方法
室内试验在国家林业局森林生态环境重点实验
室完成，土壤机械组成采用比重计法测定［１６］，径级
按国际制土壤径级分类标准划分，即砂粒（２．０
０．０２ｍｍ）、粉砂粒（０．０２ ０．００２ｍｍ）和黏粒（０ ０．
００２ｍｍ）。土壤酸碱性采用ｐＨ酸度计法测定；有机质
采用重铬酸钾－外加热法测定；全Ｎ采用凯氏定氮法
测定；全Ｐ、全Ｋ采用ＩＣＰ等离子发射光谱仪测定［１７］。
２．３ 数据处理与作图
采用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＥｘｃｅｌ２００７进行数据处理和图表
绘制，采用ＳＰＳＳ１９．０统计软件中的单因素方差分析
（ＯｎｅＷａｙＡＮＯＶＡ）程序进行统计分析，最小显著差
数法进行多因子比较。
３ 结果与分析
３．１ 不同植被类型区０ ５ｃｍ土壤质地及 ｐＨ变
化特征
从表１可以看出：土壤质地与植被恢复之间具
有明显的关联性，各微地貌间差异显著。与流动沙
地和丘间沙地０ ５ｃｍ土层相比，经过几十年的植
被恢复，各样地土壤机械组成变化显著，虽然土壤径
级组成仍以砂粒为主，但是黏粒和粉砂粒含量已显
著增加，砂粒含量显著减少（Ｐ＜０．０５），并且在相同
种植年限的各样地间砂粒含量差异极显著（Ｐ＜
０．０１），说明各植物对土壤质地恢复的影响显著；以丘
间沙地或流动沙丘土壤为参照基准，从黏粒和粉砂粒
增加的比例角度分析，各样地林下土壤质地改良效果
为沙棘（２０６．３％）＞柠条（１０８．５％）＞青杨（７０．５％）
＞乌柳（５６．８％）＞赖草（５４．１％）＞柽柳（４２．３％）。
５１年生的青杨、乌柳和沙棘林下表层土壤质地已恢复
至农田土壤水平，说明合理的人为干扰活动可以促进
表层土壤质地改良，加速沙成壤的恢复进程。
本次调查的各样点土壤 ｐＨ值为８．３５ ８．８３，
平均值高达８．５２，表明该地区土壤碱性较强；同一
植被恢复区土壤ｐＨ值随着种植年限的增加呈降低
的趋势，但不同植被类型区土壤 ｐＨ值的变异系数
较小，可能与沙地本身有较高的 ｐＨ值有关，进而说
明在植被恢复过程中对土壤的酸碱性影响不太明
显。本次采集土样的 ｐＨ值均低于沙丘沙地，青杨
林区ｐＨ值最低，可能因该样地为阔叶落叶林，产生
的枯落物多，植物根系较深，形成较多的有机酸，最
终导致ｐＨ值相对较低。
３．２ 不同植被类型区０ ５ｃｍ土壤养分含量变化
特征
从图１可以看出：在植被恢复过程中，大幅提高
了土壤中全 Ｎ、全 Ｐ、全 Ｋ的含量，土壤肥力得到恢
复，不同植物对土壤养分含量的影响差异显著；除柽
柳和赖草区外，３０年生林地０ ５ｃｍ土层均已恢复
至良好水平；５１年生青杨和柠条林下表层土壤养分
已恢复至农田水平；从全Ｎ、全Ｐ及全Ｋ养分含量总
和增加的比例角度分析，土壤养分改良效果为：青杨
（１９８．２％）＞柠条（１６６．７％）＞沙棘（１５５．３％）＞乌
柳（８２．６％）＞赖草（７５．４％）＞柽柳（５３．９％）。
与丘间沙地或流动沙丘土壤相比，随着种植年
限的增加，５１年生的各植被类型区土壤全 Ｎ、全 Ｐ、
全Ｋ含量在０ ５ｃｍ土层显著增加，平均增加约
１２、２、５倍，其中，柠条全 Ｎ含量增加约２３倍，增加
幅度最大。各样地土壤全Ｎ含量均显著增加，与农田
土壤相比，除了赖草区，其余植被区土壤全Ｎ含量均
已恢复至农田水平。土壤全Ｐ含量均偏低，整体上变
化不大，所有土样均值仅为０．４２ｇ·ｋｇ－１，并且增加缓
慢，随植被种类的变化不显著，说明植被恢复对土壤
中全Ｐ养分改善作用不显著，与农田土壤相比，仅乌
柳区土壤全Ｐ恢复至农田水平。土壤全Ｋ含量普遍
较高，可能与共和盆地西北部的查卡盐湖有关，间接
说明该区域土壤中全Ｋ含量的增加在改善土壤肥力
中没有氮和磷重要，与农田土壤相比，除柽柳和赖草
区，其余植被区土壤全Ｋ含量均恢复至良好水平。
５５５
林 业 科 学 研 究 第２９卷
表１ 不同植被样地表层（０ ５ｃｍ）土壤机械组成和ｐＨ值
植被类型
种植
时间（年）
平均冠幅／（ｍ×ｍ）
（或盖度／％）
不同粒径组成／％
黏粒０ ０．００２ｍｍ 粉砂粒０．００２ ０．０２ｍｍ 砂粒０．０２ ２ｍｍ
土样ｐＨ值
农田 土壤 ２２．１０±１．５８Ａ ２６．７３±２．１１Ａ ５１．１７±２．０２Ｅ ８．５１±０．０２Ａ
１９６４ ２．５４×２．３６Ｃａ ２０．４５±１．１２Ａａ ２５．９４±２．１３Ａａ ５３．６１±１．５７Ｄｃ ８．３８±０．０１Ａａ
乌柳 丘间地 １９８５ １．９２×１．６７Ｃｂ １４．４４±０．７９Ｂｂ １７．９１±０．９３Ａｂ ６７．６５±１．２３Ｃｂ ８．４５±０．０１Ａａ
２００３ ０．８３×０．６８Ｂｃ １２．３８±１．２３Ａｂ １５．４２±１．１７Ａｂ ７２．２０±３．２５Ｄａ ８．５３±０．０２Ａａ
１９６４ ５．４８×４．２９Ａａ ２３．３６±１．７７Ａａ １８．５６±１．４２Ｃａ ５８．０８±１．５８Ｃｃ ８．３５±０．０１Ａａ
青杨 丘间地 １９８５ ４．７５×３．６７Ａｂ １６．６７±１．４０Ａｂ １６．０９±１．１２Ａｂ ６７．２４±２．８８Ｃｂ ８．４２±０．０３Ａａ
２００３ ３．５６×３．１０Ａｃ １１．７８±０．５８Ａｃ １２．８１±１．７１Ａｃ ７５．４１±２．３４Ｄａ ８．４７±０．０１Ａａ
１９６４ （７８．３±３．４ａ） １９．６１±１．５１Ａａ ２０．０３±０．９９Ｃａ ６０．３６±２．７１Ｃｃ ８．４６±０．０２Ａａ
赖草 丘间地 １９８５ （６４．５±６．２ｂ） １４．７９±０．５４Ｂｂ １３．０２±１．２４Ｂｂ ７２．１９±１．４１Ｂｂ ８．４９±０．０１Ａａ
２００３ （４０．１±２．８ｃ） １０．８２±１．１１Ｂｃ １１．９５±０．７４Ｂｃ ７７．２３±３．３０Ｃａ ８．５８±０．０２Ａａ
１９６４ ３．４０×３．１６Ｂａ １５．５５±１．６７Ｂａ １７．３８±０．８７Ｃａ ６７．０７±２．１１Ｂｃ ８．４７±０．０３Ａａ
柠条 沙丘 １９８５ ２．８６×２．５８Ｂｂ ９．７３±０．３７Ｃｂ １５．２０±１．０７Ａｂ ７５．０７±１．３２Ｂｂ ８．５５±０．０１Ａａ
２００３ １．０５×０．９３Ｂｃ ６．８６±０．２５Ｄｃ ８．９３±０．６１Ｃｃ ８４．２１±３．０９Ｂａ ８．６１±０．０４Ａａ
１９６４ ３．３４×３．０５Ｂａ ２０．７１±１．１９Ａａ ２１．９６±１．７６Ｂａ ５７．３３±１．６５Ｃｃ ８．４９±０．０２Ａａ
沙棘 沙丘 １９８５ ２．７９×２．４０Ｂｂ １３．７５±１．０１Ｂｂ ８．１６±０．４９Ｃｂ ７８．０９±１．２３Ｂｂ ８．５４±０．０１Ａａ
２００３ ０．９２×０．８５Ｂｃ ７．６４±０．５１Ｃｃ ６．２９±０．６２Ｃｂ ８６．０７±３．０２Ｂａ ８．６０±０．０２Ａａ
１９６４ ２．３５×２．１８Ｃａ ８．３３±０．６７Ｃａ １２．５９±０．２２Ｄａ ７９．０８±１．８８Ａｂ ８．５２±０．０２Ａａ
柽柳 沙丘 １９８５ １．７１×１．３９Ｄｂ ３．５６±０．２９Ｄｂ ５．８７±０．３７Ｄｂ ９０．５７±４．０２Ａａ ８．５７±０．０１Ａａ
２００３ ０．６３×０．５２Ｃｃ ２．９５±０．１４Ｄｂ ３．２７±０．３１Ｄｂ ９３．７８±２．９３Ａａ ８．６４±０．０２Ａａ
丘间地 沙地 ３．０２±０．３４Ｄ ３．５１±０．７２Ｄ ９３．４７±３．２７Ａ ８．６３±０．０３Ａａ
沙丘 沙地 １．９１±０．２３Ｅ ２．２７±０．７１Ｅ ９５．８２±３．１２Ａ ８．８１±０．０５Ａ
注：同列不同大写字母表示同一种植年份不同取样地间差异显著，同列不同小写字母表示同一取样地不同种植年份间差异显著（Ｐ＜
０．０５）。
图１ 不同植被样地表层土壤养分（全Ｎ、全Ｐ、全Ｋ）含量的变化特征
（不同大写字母表示不同样地同一养分元素之间差异显著（Ｐ＜０．０５））
６５５
第４期 李少华，等：植被恢复对高寒沙区土壤性质的影响
３．３ 不同植被类型区０ ３０ｃｍ土壤有机质含量
的变化特征
图２显示：植被类型和土层深度对土壤有机质
含量的影响显著（Ｐ＜０．０５），随着恢复时间的增加，
不同植被样地各土层间有机质含量差距不断扩大，
并且表聚性越来越明显。除了流动沙地和丘间沙地
外，其余均在０ ５ｃｍ土层有机质含量达到峰值，
其中，青杨、乌柳和柠条林下０ ３０ｃｍ土层有机质
含量平均值依次为３０．８１、２２．１３和２０．１９ｇ·ｋｇ－１，
分别是农田土壤的１．６、１．２和１．１倍。与流动沙地
和丘间沙地相比，５１年生各样地０ ５ｃｍ土层有机
质含量平均增加约１１倍；５ １５ｃｍ土层有机质含
量平均增加约４．５倍；１５ ３０ｃｍ土层有机质增加
约２．５倍；５１年生柠条、沙棘、青杨、赖草、乌柳和柽
柳区 ０ ３０ｃｍ土壤有机质含量依次为 ２０．１９、
１８．２５、３０．８１、２３．５７、２２．１３和１０．６２ｇ·ｋｇ－１，比流
动沙丘或丘间沙地相应的提高７６６．７％、７０２．４％、
６８９．８％、５１７．４％、４９１．５％和３４３．９％。
图２ 不同植被样地土壤有机质的变化特征（不同大写字母表示不同样地同一土层之间差异显著，
不同小写字母表示同一样地不同土层之间差异显著（Ｐ＜０．０５））
３．４ 植被恢复过程中土壤 ｐＨ值、有机质、全 Ｈ、全
Ｐ、全Ｋ之间的相关性
对高寒沙区林场内９种样地０ ５ｃｍ土样的化
学性质进行相关性分析，结果（表２）表明：土壤 ｐＨ
值与土壤有机质、全 Ｎ、全 Ｐ含量呈负相关关系，但
差异不显著；经回归分析，除全Ｐ含量与林龄不相关
外，其他各指标均与林龄显著正相关。在植被恢复
过程中，土壤有机质与全 Ｎ含量的相关系数大于
０．９５，极显著正相关；土壤有机质与全 Ｐ、全 Ｋ含量
显著正相关，但相关系数较小，分别为０．５２６和
０４９８；其余指标间相关性不显著。
表２ 不同植被土壤化学性质的相关系数
项目 ｐＨ值 有机质 全Ｎ 全Ｐ 全Ｋ
ｐＨ值 １
有机质 －０．１０２ １
全Ｎ －０．１７３ ０．９６３ １
全Ｐ －０．１７８ ０．５２６ －０．０２９ １
全Ｋ －０．２７７ ０．４９８ －０．０１８ ０．１８１ １
注：表示在Ｐ＜０．０５水平显著相关，表示在Ｐ＜０．０１水平
极显著相关。
７５５
林 业 科 学 研 究 第２９卷
４ 讨论
４．１ 高寒沙地植被恢复区土壤异质性的变化规律
高寒沙区植被恢复可以显著改良土壤理化性
质，加速沙成壤的进程，并且不同植被类型对沙地土
壤改良效果存在差异，进而导致各人工林地土壤间
异质性的普遍存在。随着植被盖度的提高，近地表
风速下降，风积物质开始沉降在土壤表层，黏粒和粉
砂粒含量增多，砂粒含量减少，进而改变土壤理化性
质的变化方向［８，１８］。本次研究结果显示，柠条、青杨
和沙棘改良土壤的效果优于乌柳、柽柳和赖草；可能
因为柠条灌丛堆效应明显，使沙尘中的微小颗粒易
于沉积，并且根部的根瘤菌具有固氮作用，可以提高
土壤有机质含量，导致沙地土壤恢复较快［６］；青杨为
阔叶落叶树种，形成的枯落物较多，凋落物作为土壤
的外源有机物质，进入土壤后可以显著改良土壤理
化性质，并且形成林下草本植物群落，复合林草结构
可以显著改良土壤［１９］；沙棘为该地的乡土树种，适
应性较强，生长旺盛［２０］。土壤 ｐＨ值的变化可以显
著影响植被对土壤中 Ｎ、Ｐ、Ｋ的吸收利用［２１］，不同
深度和植被类型区的土壤 ｐＨ值不同，随林龄的增
加呈现逐渐减小的趋势，但差异不显著，且变异系数
相对较小，表明植被恢复过程对土壤的酸碱性影响
相对较小。
土壤有机质、全Ｎ、全Ｐ和全Ｋ是衡量土壤肥力
及生产力水平的重要指标［２２］，恢复年限、土层深度
和微地貌特征（沙丘、丘间地、古河床）对土壤性质
改良效果差异显著，植被生长３０年后，对土壤养分
的改良效果在垂直深度上存在滞后性，植物根系对
土壤恢复的影响不显著。以沙地土壤为对照，０ ５
ｃｍ土层的养分指标在各植被土样间均存在显著差
异，５ ３０ｃｍ土层壤养分改良较慢。以农田土壤为
对照，０ ５ｃｍ层土壤恢复至良好水平需要近３０年
的时间，５ ３０ｃｍ层土壤的改良过程更加漫长；各
植被类型土壤中全 Ｐ含量均处于缺乏水平，在以后
的林业经营活动中，可以适当追加磷肥，以促进植被
恢复生长。
４．２ 高寒沙地人工林可开发利用的潜力探析
在我国典型高寒沙区 －沙珠玉治沙试验林场，
经过５１年人工种植恢复后的青杨、沙棘和柠条长势
良好，０ ５ｃｍ层土壤理化性质状况已恢复至农田
水平，因此在不破坏土壤结构的前提下，可以对植物
的地上部分进行适当开发利用，使其在起到防风固
沙作用的同时带来部分经济收益。青杨为乔木树
种，在水源充足的地方才可以造林，导致其在寒区和
旱区的推广区域受到极大限制。沙棘生长在高寒沙
区，具有极丰富的营养价值［２０］，可以结合地域特色
和区域资源优势，进行适当的开发利用，如饮料、保
健品等。柠条萌蘖力很强，平茬可以促进生长且饲
用价值较高［２３］，该区域植物生长季为５月初至９月
底，大风日数集中在３、４月份，可以选在４月底对柠
条林进行间隔平茬，以保证生态作用和饲用开发双
赢。将枝条加工成饲料饲喂牲畜，缓解当地草场的
压力，发展沙区畜牧业，形成当地冬春季饲料储备
库。最重要的是，通过开发利用柠条和沙棘林，因地
制宜地发展了沙产业，优化林场资源配置，促进高寒
沙区林场实现可持续经营发展。
５ 结论
（１）植被恢复年限、土层深度变化和微地貌类
型（沙丘、丘间地、古河床）对土壤性质影响显著，各
植物对土壤质地和养分的改良效果不同，进而导致
土壤异质性。
（２）各植被类型随着恢复时间的增加，不同深
度土壤有机质含量的差距不断扩大，表聚性越来越
明显，并且随着土层深度的增加恢复效果存在滞
后性。
（３）柠条和沙棘林适宜在高寒沙区大面积推广
种植，建议实施适当抚育管理措施，以实现在生态、
经济和社会等方面均取得较好的效益。
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