全 文 ：　　1997—06—09收稿。
孙长忠副教授(北京林业大学森林资源与环境学院　北京　100083) ; 黄宝龙(南京林业大学森林资源与环境学院) ;陈
海滨,张荣平,家永康(西北林学院)。
* 国家自然科学基金资助项目“黄土高原林地水分—植被互动效应理论研究”( 39470579, 1995～1997年)。
黄土高原沟坡次生植被与
土壤营养现状的关系*
孙长忠　黄宝龙　陈海滨　张荣平　家永康
　　摘要　对黄土高原残塬沟壑区次生植被群落生物量与土壤养分之关系, 分别立地类型进行了
研究。结果表明, 阳坡上部的群落生物量最低, 为 0. 693 kg / m2 ,阴坡上、下部和半阴坡下部相近且
较高, 平均为 1. 228 kg / m2。阴坡、阳坡的土壤有机质含量差异极显著; 同一坡向不同坡位, 相同层
次的有机质趋于一致; 阴坡各立地类型 0～30 cm 土层内平均为 24. 15 g / kg ,阳坡相应层次均值为
14. 26 g / kg。0～30 cm、0～60 cm 土层内, 有机质含量与地上草本植被生物量之间存在着显著的线
性相关关系。其回归方程分别为 y = 9. 7+ 17. 2x ( r= 0. 66)和 y= 6. 9+ 11. 7x ( r= 0. 62)。
　　关键词　黄土高原　次生植被　群落生物量　土壤养分　回归估计
　　黄土高原经长期的植被破坏,在丘陵沟壑区,原始植被已不复存在。但代之以次生植被的
繁衍,亦有了很久的年代。加之黄土高原水热同期、降水集中的自然气候特点,更适于生长快、
生命周期短的草本植物生长 [ 1]。因此,要认识各立地养分差异的根源, 须对植被与土壤养分的
关系进行必要的探讨。为此,选择黄土高原自然条件优越的半湿润区,对不同立地现有次生植
被生物量与土壤养分的关系进行了多点调查、采样分析, 以期增加对植被提高土壤肥力的认
识,从而进一步认识黄土高原植被恢复的意义。同时建立相关描述关系, 以达到通过直观、简便
的植被调查, 便可确定土壤营养状况的实际应用目的。
1　研究地区自然概况
　　调查测定样地主要分布在黄土高原沟壑区南缘的陕西淳化、耀县境内,两县纬度相当且相
接壤。淳化县位于 34°43′～35°03′N, 108°18′～108°50′E ;海拔 630～1 809 m ,属暖温带季风气
候,年平均气温 9. 8℃,无霜期 184 d;≥0 ℃积温 3 899. 2℃,历时 269 d,≥10℃的活动积温3
281℃,历时 173 d。太阳年辐射总量 504. 34 kJ/ cm 2, 年平均降水量 600. 6 mm ,多集中于7～9
月,占全年降水量的 53%。干燥度 1. 1～1. 38, 属半湿润地区森林草原植被带。土壤属黑垆土
和褐土两个地带性土壤的过渡地带, 而以非地带性土壤黄绵土类为主。
阴向沟坡草本主要以茵陈蒿( A rtemisia cap il lari s Thunb. )、蒿属( A rtemisia sp. )其它种、
阿尔泰紫苑[ H eteropappus altaicus ( W illd. ) N ovopokr. ]等菊科及禾本科植物为主。灌木主要
有黄蔷薇( Rosa hugonis Hemsl. )、木旬子木( Cotoneaster mul tif lorus Bunge)、刺悬钩子( Rubus
pungens Canib. )、中华绣线菊( Sp iraea chinensis Max im. )等;植被盖度80%左右。阳坡以草本
为主,主要有白草( P ennisetum f laccidum Griseb. )、草地早熟禾( Poa p ratensis L. )、小菅草
林业科学研究　1998, 11( 3) : 330～334
Forest Resear ch 　　 　
[ T hemeda hookeri ( Griseb. ) A. Camus]、茵陈蒿( A . cap illaris T hunb. )、阿尔泰紫苑[ H . al-
taicus ( Willd. ) Novopokr . ]等;灌木主要是酸枣( Ziz ip hus j uj uba Mill. ) ;植被盖度70%左右。
调查选点以沟坡(长 100～150 m )为主,坡度多在 26～35°。
2　研究方法
2. 1　生物量测定
经作者对秋末与早春草本植物地上现存量(包括全部现存量及多年累积现存枯落物量)进
行对比测定试验, 结果证明不同测定时期采样, 并未造成测定结果的显著差异。为使测定时间
与春季造林设计调查时间相一致,便于成果在宜林地土壤肥力评估时应用,故在 3月份植物萌
芽前采样。按照阴、阳、半阴、半阳 4个坡向;各坡向又分上、下坡位,共 8个立地类型,选取未经
人为破坏的自然坡面设置调查样地。每一样地布设投影面积 1. 0 m 2的样方 3个, 调查各样方
的植物种类, 齐地面剪取、采集地上现存生物量(包括地面现存全部枯落物量)。地下生物量是
在原 1. 0 m2样方中,再采用 50 cm×50 cm 小样方,根据发生学分 0～30 cm、31～60 cm、61～
100 cm 共 3个层次,采用壕沟取土、水洗过筛的方法 [ 2]采样。即各层次土壤全部挖出,用 0. 5
mm 筛过筛,收集筛　　
出根系。筛上所剩含细根土样,带回水洗。地上、地下生物量均采用现地称重、取样,室内 85℃
烘干。此项研究共调查、测定样方 168个。
2. 2　土壤养分测定[ 3, 4]
土壤有机质:重铬酸钾容量法—水合热法;全 N :采用高氯酸—硫酸快速硝化, 扩散定 N
法;全 P: 采用 HClO 4-H2SO 4硝化,钼蓝比色法。
3　结果与分析
3. 1　不同立地类型次生植被地上、地下生物量变化规律
3. 1. 1　地上生物量变化规律　对表 1数据进行方差分析,各立地类型差异显著。经过多重比
较( S 检验)分析,仅阳坡上部与阴坡上部的地上生物量差异显著, 其均值分别为 0. 361 kg/ m 2
和 0. 697 kg / m 2;其余立地类型均值为 0. 543 kg / m 2。
表 1　不同立地类型荒坡草本植物地上生物量 (单位: kg/ m2)
立地类型 测　　　定　　　结　　　果* 平　均
阳坡上部 0. 398 0. 472 0. 442 0. 309 0. 280 0. 242 0. 381 0. 361
阳坡下部 0. 551 0. 304 0. 488 0. 464 0. 916 0. 527 0. 542
半阳坡上部 0. 488 0. 618 0. 294 0. 554 0. 471 0. 526 0. 333 0. 256 0. 443
半阳坡下部 0. 485 0. 388 0. 882 0. 596 0. 282 0. 341 0. 628 0. 515
阴坡上部 0. 850 0. 781 0. 489 0. 821 0. 695 0. 707 0. 538 0. 697
阴坡下部 0. 528 0. 465 0. 580 0. 549 0. 554 0. 913 0. 486 0. 582
半阴坡上部 0. 750 0. 979 0. 522 0. 262 0. 462 0. 397 0. 588 0. 566
半阴坡下部 0. 680 0. 633 0. 618 0. 708 0. 600 0. 580 0. 448 0. 610
　　* 表中每一测定值均为 3个样方平均数, F= 2. 88* , F0. 05( 7, 48) = 2. 21。
　　将表 1中半阴、半阳坡上、下部位的数据,分别合并于阴、阳坡相应坡位, 并进行方差分析,
3313期　　　　　　　　　　孙长忠等: 黄土高原沟坡次生植被与土壤营养现状的关系　　　　　　　　　
各立地类型的地上生物量差异达极显著水平。经多重比较( S 检验) ,阴坡(类)上、下部与阳坡
(类)上部分别达极显著和显著水平。阳坡上、下部分别为 0. 404 kg / m2 和 0. 527 kg / m2 ;阴坡
上、下部分别为 0. 632 kg / m2和 0. 596 kg/ m 2。
3. 1. 2　地下生物量变化规律　由表 2可见,各立地类型在 0～100 cm 土层中,根系生物量变
化范围为 0. 332～0. 617 kg/ m 2, 阴坡下部最高,阳坡上部最低。从垂直剖面分布来看, 自上而
下迅速降低, 各立地类型的分布规律一致。在 0～30 cm 范围内,各立地类型平均占 0～1. 0 m
土层中总生物量的 56. 6%, 31～60 cm 占 33. 7%, 61～100 cm 仅占 9. 7%。由此可见, 90%以
上的根系生物量主要集中于 60 cm 以上的土层中。
表 2　不同立地类型植物地上地下生物量(平均值)及其比值 (单位: kg/ m2)
采样 深度
( cm)
阳　　　坡 阴　　　坡 半　阳　坡 半　阴　坡
上部 下部 上部 下部 上部 下部 上部 下部
0～30 0. 194 0. 249 0. 376 0. 382 0. 197 0. 285 0. 324 0. 294
31～60 0. 098 0. 151 0. 162 0. 186 0. 154 0. 195 0. 157 0. 262
61～100 0. 040 0. 041 0. 033 0. 049 0. 049 0. 046 0. 071 0. 050
合计地下 0. 332 0. 441 0. 571 0. 617 0. 400 0. 526 0. 552 0. 606
地　上 0. 361 0. 542 0. 697 0. 582 0. 443 0. 515 0. 566 0. 610
地上/地下 1. 09 1. 23 1. 22 0. 94 1. 11 0. 98 1. 03 1. 01
　　各立地类型地上生物量变化范围为 0. 361～0. 697 kg / m2 ,不同立地类型间最大相差近一
倍。但各立地类型其地上、地下生物量相近。比值 0. 94～1. 23, 平均为 1. 08,保持着相对的稳
定。从而说明,在半湿润区其气候条件并未造成草本植物地上、地下平衡关系的失衡。
3. 2　不同立地类型土壤营养状况分析
3. 2. 1　不同立地类型土壤有机质含量　由表 3可见,同一坡向不同坡位相同土层的有机质含
量趋于一致。各坡向同一土层的有机质含量差异极显著, 阴坡各层的含量最高,分别为 24. 15、
11. 52、6. 79 g/ kg。阳坡最低, 分别为14. 26、8. 69、4. 85 g / kg。半阴、半阳坡介于二者之间。有
机质与根量的变化规律一致,由地面向下逐渐降低。但其递减速度明显低于根系生物量。
表 3　不同立地类型各层土壤有机质、全 N 和全 P 含量 (单位: g/ kg)
采样深度
( cm)
测定项目 阳　　　坡 阴　　　坡 半　阳　坡 半　阴　坡上部 下部 上部 下部 上部 下部 上部 下部
0～30 有机质 12. 74 15. 77 22. 12 26. 17 18. 58 20. 5 15. 14 17. 64
全 N 0. 95 1. 09 1. 26 1. 58 1. 06 1. 10 1. 03 0. 98
全 P 0. 47 0. 46 0. 48 0. 45 0. 57 0. 46 0. 45 0. 45
31～60 有机质 8. 47 8. 91 10. 45 12. 59 9. 4 9. 69 10. 74 10. 23
全 N 0. 56 0. 38 0. 66 0. 78 0. 56 0. 65 0. 56 0. 55
全 P 0. 23 0. 20 0. 27 0. 30 0. 30 0. 27 0. 37 0. 39
61～100 有机质 5. 41 4. 29 6. 4 7. 17 5. 22 5. 44 4. 93 4. 94
全 N 0. 34 0. 27 0. 28 0. 35 0. 34 0. 57 0. 25 0. 26
全 P 0. 22 0. 22 0. 25 0. 27 0. 23 0. 22 0. 21 0. 23
3. 2. 2　土壤有机质与地上生物量相关性分析　为进一步分析地上生物量与土壤有机质
之间的相互关系,将所有测定数据,不分立地类型, 进行统计运算。地上草本植被生物量与 0～
332　　　　　　　　　　　　　　　　林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　11卷
30 cm、0～60 cm 土层内有机质含量,存在有显著的线性相关关系。其线性回归方程分别为 y=
9. 7+ 17. 2x ( r= 0. 66, F= 32. 99
* * , F0. 01 ( 1, 43) = 7. 27)、y= 6. 9+ 11. 7x ( r= 0. 62, F= 26.
77* * , F 0. 01( 1, 43) = 7. 27)。式中 x 为地上草本植被现存生物量( kg / m2 ) , y 为土壤有机质含量
( g / kg)。经对方程回归显著性进行 F 检验,两方程均达极显著水平,可作为以地上生物量估测
土壤有机质的依据,并在实际生产中应用。
3. 2. 3　不同立地类型土壤全 N、全 P 变化规律及与地上生物量的关系　对各立地类型 0～30
cm 土层全 N 测定值进行统计分析,结果表明阴坡下部除与阴坡上部差异不显著外,与其余各
立地类型均有显著差异。立地类型间表现出与土壤有机质相似的规律。由表 3还可见,土壤全
N 量在全剖面自上而下迅速递减, 表现出与地下生物量和土壤有机质完全一致的分布规律。
土壤全 N 含量与有机质含量之间的线性回归系数达 0. 90。但全 N 含量与地上、地下生物量间
的相关系数仅为 0. 45(线性关系检验虽达显著水平)。因而认为,地上、地下生物量与土壤全 N
间,存在着远较与土壤有机质间复杂得多的作用关系和影响因素(如植物种类组成等) [ 1, 5]。欲
建立其确定的数量关系,并达到以生物量评价土壤 N 素营养的目的,尚需作进一步研究。
就全剖面而言,土壤全 P 含量是由土壤矿物组成所决定的土壤营养指标, 与植被关系不
大。经对其测定结果进行统计分析,土壤全 P 含量各立地类型间无显著差异。从而说明所研究
地区土壤矿物组成一致(均一的黄土母质)。因此,全 P 在剖面上的非均匀式分布,并非原土壤
所固有, 而与植物的作用密切相关。研究全 P 在土壤剖面上的垂直分布规律,对于全面认识植
被对P 聚集(再分配)的作用,将有一定的参考意义。由表 3可见, 全P 含量在全剖面自上而下
呈递减的趋势,与植物地下生物量及土壤有机质分布规律相一致。但在 30 cm 以下,全 P 含量
则迅速递减并保持相对稳定。表层土壤中 P 含量的增高,正是植物富积作用的结果。
4　结　　论
　　( 1)黄土高原半湿润区沟坡次生植被, 其群落生物量(地上、地下之和)随立地条件变化明
显。阳坡上部最低为 0. 693 kg/ m 2,阴坡上、下部和半阴坡下部数值相近,平均为 1. 228 kg / m 2;
阳坡下部与半阳坡上部数值相近, 平均为 0. 913 kg / m2 ;半阳坡下部与半阴坡上部相近,平均
为 1. 080 kg / m 2。各立地平均为 1. 045 kg / m2。
( 2)植物群落地上、地下生物量,各立地间保持着相对的平衡关系,其比值为 0. 98～1. 23,
平均为 1. 08。地下生物量 90%以上集中在自地面 60 cm 的土层内。
( 3)阴、阳坡向立地类型的土壤有机质含量差异极显著。阴坡各层次含量最高, 0～30 cm
平均为 24. 15 g / kg , 31～60 cm 为 11. 52 g / kg , 61～100 cm 为6. 79 g / kg。阳坡最低,各层次分
别为 14. 26、8. 69、4. 85 g / kg; 半阴、半阳坡介于二者之间。同一坡向不同坡位, 相同层次有机
质含量趋于一致。
( 4) 0～30 cm、0～60 cm 土壤有机质含量与地上草本植被生物量, 存在着显著的线性相关
关系。其线性回归方程分别为 y= 9. 7+ 17. 2x ( r= 0. 66)和 y= 6. 9+ 11. 7x ( r= 0. 62)。可用
于以地上生物量对土壤有机质的估测。
( 5)表层土壤全 N含量与地上生物量的关系复杂。其定量表达,尚待进一步研究。
3333期　　　　　　　　　　孙长忠等: 黄土高原沟坡次生植被与土壤营养现状的关系　　　　　　　　　
参　考　文　献
　　1　朱显谟.黄土高原的形成与整治对策.水土保持通报, 1991, 11( 1) : 1～8.
　　2　黄德华,陈佐忠,张鸿芳.内蒙古锡林河中游不同类型草原根系生物量的比较研究.植物学集刊, 1989, ( 2) : 67～81.
　　3　南京农学院主编.土壤农化分析(高等农业院校试用教材) .北京:农业出版社, 1980. 39, 49～50. 63～65, 71～72.
　　4　中国土壤学会农业化学专业委员会编.土壤农业化学常规分析方法.北京:科学出版社, 1983. 82～84.
　　5　刘秉正,王佑民.人工刺槐林改良土壤的初步研究.西北林学院学报, 1987, 2( 1) : 48～57.
Study on Relationships between Biomasses of Present Secondary
Plant Community and Soil Fertility Conditions in Loess Plateau
Sun Changz hong　H uang Baolong　Chen H aibin
Zhang Rongp ing　J ia Yongkang
　　Abstract　T he relat ionships betw een the biomasses of secondary plant community and
the soil fr et ility factors were studied w ith site types in gully region in Loess Plateau. T he r e-
sults are as follow s: ( 1) T he mean biomass of plant community on all kinds of site types is 1.
045 kg / m2 ; ( 2) T he main content of so il org anic mat ter , in 0～30 cm so il layer, is 24. 15 g / kg
on northern gul ly slop, and is 14. 26 g / kg on southern gul ly slop. T here are remarkable lin-
ear relat ionships betw een the soil or ganic matter contents in 0～30 cm and in 0～60 cm soil
layers and g round biomasses of plant community. T he linear r eg ression equat ions are y= 9. 7
+ 17. 2x ( r= 0. 66) and y= 6. 9+ 11. 7x ( r= 0. 62) . T he idea, using ground biomass of plant
community to est imate the soil or ganic mat ter content , is r ight . The relationships betw een
so il nit ro gen contents and g round biomasses of plant community need to be studied further.
　　Key words　loess plateau　secondary plant community　biomass of plant community　
so il fert ility　reg ression est imation
　　Sun Ch angzhong, Ass ociate Pr ofessor ( Faculty of Fores t Resour ces and E nvironmen t ,Beijing Forest ry Univer sity　Bei-
jng　100083) ; Hu ang Baolong ( Faculty of Forest Resources and Environm ent , Nanjing Forest ry University) ; Ch en Haibin,
Zh ang Rongping, Jia Yon gkang( Northw es t Fores t ry Col leg e) .
334　　　　　　　　　　　　　　　　林 业 科 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　11卷