全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 04-0324-05
黄土丘陵区植被恢复重建模式与演替过程研究
程积民,万惠娥,胡相明
(中国科学院水利部水土保持研究所/西北农林科技大学, 陕西杨凌 712100)
摘要: 在黄土丘陵区 ,采用封育与重建相结合的方法,按不同坡位建立植被类型配置模式,即坡上部为山桃( Prunus da-
vidiana)或柠条(Caragana kor shinsk ii) + 本氏针茅( S tipa bungeana) + 芨芨草( Achanatcherum sp lendens) ;坡中部为柠条
或沙棘(H ipp op hae rhamnoides) + 本氏针茅+ 芨芨草;坡下部为沙棘或柠条+ 芨芨草。20多年的定位观测研究表明:人
工灌木林、人工草地和天然草地的植物群落结构及种群类型变化差异显著; 封育天然草地本氏针茅种群通过种子和根蘖
繁殖已占据优势, 其演替过程一般分为 4 个阶段,即荒山荒坡草地( 1 年)→杂草群聚生长( 2～3年 )→本氏针茅种群大量
出现, 杂草和有毒有害植物大幅度消减, ( 4～5 年)→本氏针茅种群稳定阶段( 6～8年)。
关键词: 黄土丘陵区; 植被恢复; 植被演替; 种群动态
中图分类号: S 812; S154　　　文献标适码: A
Study of Vegetation Restoration and Rebuilding Pattern and the Process of
Succession in the Loess Hilly Regions
CHENG Ji-m in, WAN Hui-e, HU Xiang-m ing
( Inst itute of S oil and Water Conservat ion , Ch ines e Academ y of S ciences an d M inist ry of Water Resou rces,
Northw es t University of Science and T echnology of Agr icul tu re an d Forest ry, Yanglin g, S hanxi Province 712100, China)
Abstract: In the Loess hilly reg ions, dif ferent v egetat ion deployment modes w ere f ixed along the slopes in or der
to clo se the hillsides for restoring vegetat ion and af fo restat ion. P runus davidiana o r Caragana korshinskii +
St ip a bungeana+ A chanatcherum sp lendens were planted in the upper slopes; Caragana korshinski i or H ip-
pophae rhamnoides + Stipa bungeana+ A chanatcherum sp lendens in the mid-slopes; and H ippophae rham-
noides or Caragana korshinskii+ A chanatcherum sp lendens in the down-slopes. T hrough mor e than 20 years
observat ion and research, it is rev ealed that signif icant dif ferences appeared in the community st ructure and
populat ion type between the cult iv ated shr ubbery and grasslands, and the natural gr asslands. T he cult ivated
shrubbery and g rasslands thrived, and the community took on clockw ise succession w ith St ip a bungeana popu-
lation dominat ing by seed and r oot turions germinat ion. The pro cess o f succession could be divided into 4
stages: the init ial bleak, scanty grassland ( 1 year ) →weedy and stubbly g rassland ( 2～3 years) →St ip a
bungeana populat ion luxuriat ing , w hile weeds and po isonous plants reducing and ex term inated ( 4～5 year s) →
stable development of St ip a bungeana population( 6～8 years) .
Key words : Loess hilly regions; Vegetat ion resto ration; Succession process; Populat ion dynamics
　　黄土丘陵区是西部退耕还林还草及生态环境建设
的重点区域。该区植被退化严重,由于降水量低,且多
以暴雨出现, 水土流失与干旱并存, 植被恢复难度较
大[ 1～ 4]。西部生态环境建设工程的开展,为该区植被恢
复与重建提供了良好的机遇。但黄土高原地貌类型多
样,气候因素复杂,水资源相当有限。由于对当地的地
收稿日期: 2004-12-29;修回日期: 2005-11-29
基金项目: 中科院水土保持研究所知识创新领域前沿项目(SW04103) ,“十五”国家科技攻关计划项目( 2001BA508B19) ,国家高技术研究发展计划
863项目( 2002AA6Z3301) ,国家自然科学基金重点项目( 30230290)和面上基金项目( 40371077) ,及国家林业局荒漠化监测专项资助
作者简介: 程积民( 1955-)男,研究员,博士生导师,长期从事草地生态学、植被恢复研究,撰写专著 3部,发表论文百余篇, E-mail: gyz cjm@ m s.
isw c. ac. cn
第 13卷　第 4期
　Vo l. 13　 No . 4
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 12 月
　Dec. 　　2005
貌类型、气候特点、水分特征了解不够, 缺乏林草恢复
建造的科学规划与布局,因地制宜的理论与技术比较
薄弱, 对林草种群选择不当,植被建设重点不突出, 尤
其是乔灌草配置时序与模式不合理, 致使有些工程效
果不够理想。黄土高原丘陵沟壑区植被恢复是以林为
主,还是以草灌为主;以封育为主,还是以建造为主, 一
直是生态建设中存在争议的重大科学问题[ 5]。植被恢
复建造优化配置及其演替规律的研究, 是世界各国普
遍关注的课题,许多学者对此高度重视[ 4～9]。本研究以
半干旱梁状黄土丘陵区的荒山荒坡(占该区总面积的
35%～40%) ,以退化天然草地植被恢复与人工灌木林
重建为重点, 研究林草植被优化配置模式及种群的动
态消长规律与演替过程,为区域林草植被的快速恢复
与重建提供理论依据。
1　材料与方法
1. 1　试验区自然概况
试验区位于宁夏固原, 植被属森林草原向典型草
原的过渡类型,盖度不足 20%退化严重。年均气温6～
7℃,年均降水量 445 mm( 1983～2003年) , 7～9月占
全年的 65%～75%, 蒸发量 1330～1640 mm, ≥10℃
积温 2100～3200℃,干燥度 1. 5～2. 5。梁状丘陵地貌,
沟壑纵横,土壤为黄土母质上发育的淡黑垆土和黄绵
土,土层深厚,分布较均匀, 地下水较深,补充能力差。
1. 2　试验设计
在黄土丘陵区选择代表性退化草原, 以当地柠条
( Caragana kor shinskii )、山桃( P runus davidiana)、沙
棘 ( H ipp op hae r hamnoides )、本 氏 针 茅 ( St ip a
bungeana)、芨芨草( A chanatcherum sp lendens)等为主
体,采用先草后灌的序列, 于 1982年在固原上黄东山
的半阳坡,封育天然草地 5～8年。
在不同坡位采用水平阶整地, 阶面宽 100 cm , 反
坡 3～5°, 形成外高内低, 沿山体水平延伸, 水平阶间
距 300 cm , 在水平阶面种植多年生柠条、山桃或沙棘
灌木一行,株距 150 cm ,密度为 2200株/ hm2。
采用划破草皮的方法种植灌草, 建立灌草配置模
式及其植被恢复与演替的长期定位试验。对照设在与
封育草地和灌木试验地相同的立地条件下。
未封育草地, 不修筑水平阶,直接在荒坡面上穴播
柠条、山桃和沙棘,行距 300 cm ,株距 150 cm ,密度为
2200株/ hm2。
1. 3　测定项目与方法
在试验基地根据不同坡位选取代表性样地为
1 hm
2
, 每个类型设样地 5个, 每个样地的样方面积为
1 m×1 m ,重复 3次。灌木样地 10 hm 2, 设样方 3组,
重复 3次,每组面积 4 m×4 m。每年在 4月中旬、7月
中旬、9月上旬定期测定牧草和灌木的分枝、株高和生
物量。株高采用定株标记法,盖度采用投影法测定, 生
物量采用刈割称重法测定, 种群个体数量统计采用彩
色塑料条标定法测定。植被演替选择本氏针茅种群, 采
用固定样方法定期进行种群消长规律与群落结构动态
调查, 同时,对其周围的野生植物采用记名样方调查,
每次调查记名时间与牧草和灌木生长调查同步进行,
调查样方数 10个,样方面积 2 m×2 m。
1. 4　数据统计分析
采用加权平均统计法, 对天然草地植物种类、植株
生长高度、覆盖度和生物量的调查数据进行分析。
2　结果与分析
2. 1　林草植被建造序列与优化配置模式
在原有天然植被封育的基础上,视植被封育恢复程
度确定灌木的配置。草地封育5～8年后, 植被有效盖度
达到 50%以上的类型,不需种植灌木;达不到 50%的,
则进行灌木的稀疏配置, 灌木以乡土树种为主, 密度
2200株/ hm 2。建立隔坡带状灌木稀疏配置后 10～15
年, 局部植被及生存环境得到一定改善时, 根椐不同坡
位进行灌草(天然草地+ 人工草地)合理配置(图 1)。实
践证明, 这种配置与重建模式,使局部生态环境得到改
善, 灌草的成活率和保存率均提高 31%～42%和 53%
～62%, 灌草生长良好, 植物种类增加, 生产力迅速提
高, 在较短时间获得较大的生态和经济效益。不同坡位
的灌草配置试验表明,在黄土丘陵区实行先封育天然草
地, 再栽植灌木, 最后种植人工牧草的配置序列和模式,
既符合植被恢复的自然规律,又利于灌草植被类型在不
同空间和时间序列中充分发挥各自优势, 促进植被快速
恢复与正常演替。
2. 2　优势种群个体数量的变化趋势
本氏针茅、硬质早熟禾( Poa. sphondy lodes)、厚穗
冰草( A neurolep idium d asy stachy s)和百里香( Thymus
mongol icus)优势种群, 个体数量的增减趋势可从图 2
看出, 不同封育年限优势种群个体数量的变化差异较
大。本氏针茅种群个体数量高峰期为第 4～5年,较封
325第 4期 程积民等:黄土丘陵区植被恢复重建模式与演替过程研究
育初期提高 3. 7倍; 硬质早熟禾封育第 4 年种群个体
数量最高, 较封育初期提高 3. 8倍; 厚穗冰草封育第 3
～4年种群个体数量最高,较封育初期提高 4. 15倍;
百里香封育第 4年种群数量最高,较封育初期提高 5.
75倍。随着封育年限的延长, 4个优势种群个体数量的
变化达到峰值后, 种群个体数量逐渐减少, 植物群落开
始自然稀疏, 生产力逐渐下降。经过种间竞争与群落演
替,在封育 6～7年后, 本氏针茅、硬质早熟禾、厚穗冰
草和百里香种群数量的变化基本趋于稳定,但目前还
未看出有大幅度增减的趋势。
草地封育:
Gras sland enclos ing
　　　　 现有退化天然草地封禁 5～8年
Presen t degenerative gr as sland had been enclosed for 5～8 years
↓
建造灌木:
Shrub bu ilding
　　　　
封育天然草地植被上建立隔坡带状灌木林(柠条、沙棘、山桃)生长 10～15年
Zon al shrub for est s ( Car agana korshinskii , P runus dav id iana, H ipp op hae r hamnoid es)
had been planted in enclosed n atural grassland for 10～15 years
↓
灌草配置:
Shru b and grasslan d
collocatin g
　　
人工灌木(柠条、山桃、沙棘) + 人工牧草(本氏针茅、芨芨草)配置 16年
Cult ivated shrub ( Car agana korshinskii , P runus dav id iana, H ipp oph ae r hamnoid es) + gras s collocatin g
( St ip a bungeana, A chanatcher um sp lend ens) f or 16 years
优化模式:
Optim izing pat tern ↓
坡上部:山桃或柠条+ 本氏针茅+ 芨芨草
U pper -s lopes: Caragana kor shinskii or P runus d av id iana + S tip a bung eana+ Achanatcherum sp lend ens
坡中部(柠条或沙棘+ 本氏针茅+ 芨芨草)
M id-slopes: Caragana korshinskii or H ipp op hae rhamnoid es + St ip a bungeana+ A chanatche rum sp lend ens
坡下部:沙棘或柠条+ 芨芨草
Dow n-s lopes : H ipp op hae r hamnoid e or Carag ana korshinskii+ A chanatcherum sp lend ens
图 1　梁状丘陵区草灌植被恢复序列与优化模式
F ig . 1　Shrub and gr assland resto ring order and optimizing pa ttern in hilly r egions
图 2　主要种群个体数量的增减趋势
Fig. 2　T he varing tr ends of indiv idual unmbers
of main populations
2. 3　草地群落的生长变化
本氏针茅群落封育前在人为不合理的刈割破坏和
放牧利用下, 植物在返青期和营养期生长点多次受到
牲畜啃食的破坏, 生长发育被强烈抑制,多数牧草长期
处于营养生长阶段,植株低矮,株丛变小,覆盖度降低。
有些植株高度虽然可达到 20 cm 左右, 但分不出优势
种群, 更不能开花结实繁殖更新, 群落结构简单, 层次
分化不明显, 一般多为单层,常以耐旱密丛型植物本氏
针茅为优势种,其株高仅 5～8 cm ,叶层高 8～10 cm。
经过 20多年的封育,植物生长态势良好, 不仅增加了
物种多样性, 而且提高了土壤水分,改善了空气湿度和
生境条件,使草地群落结构发生了极大变化,植物群落
的演替趋于正常, 建群种和伴生种的分布愈来愈显著。
由于封禁,牧草在整个生长发育阶段, 没有受到人
为破坏及牲畜啃食和践踏, 植物群落的生长环境得到
了改善,植物生长发育旺盛。在本氏针茅群落中,伴生
种有大针茅( S. gr andis )、硬质早熟禾、早熟禾( Poa
spp)、冷蒿和百里香等。群落高度由 10 cm 提高到 54
cm , 丛幅相应加大, 覆盖度由 25%提高到 95% , 鲜草
产量提高了 8倍(表 1)。群落的层次分化明显, 优良禾
本科牧草形成了群落的第 1层,第 2层以阿尔泰狗娃
花和蒿类为主,第 3层由二裂委陵菜、星毛委陵菜和百
里香组成。但封禁期不宜过长,过长不利于牧草的繁殖
更新,因为枯草积累会抑制牧草的再生及幼苗的形成。
植被群落结构的变化, 常受地形和水分条件的影响, 半
阳坡与半阴坡的植物物种组成差异较大。
326 草　地　学　报 第 13卷
表 1　半阳坡典型本氏针茅群落的封育变化
T able 1　Change of S tipa bungeana community structure in the half-sunny slope in enclosed gr assland
封育期(年)
Enclosed time
( years )
植物种类(种/ m2)
S pecies
( Num ber/ m 2)
覆盖度( % )
Coverage( %)
草层高( cm )
Heigh t( cm)
鲜草产量
( kg/ hm 2)
Fr esh yield
主要植物
Main popu lat ions
1982 6 25 10 750
百里香 Thymus mong oli cus、冷蒿 A rtemisia f rigid a、
本氏针茅 S tip a bungeana
1984 8 35 33 1350 本氏针茅 S . bung eana、冷蒿 A . f rigida、百里香 T . mongolic us
1986 11 40 45 4200 本氏针茅 S . bung eana、委陵菜 P otentil la chinensi s
1988 10 55 36 4850 本氏针茅 S . bung eana、铁杆蒿 A . sacr orum
1990 12 65 37 3500 本氏针茅 S . bung eana、杂类草 R uder al
1992 16 75 45 3950 本氏针茅 S . bung eana
1994 15 80 51 4650 本氏针茅 S . bung eana
1996 15 90 55 6900 本氏针茅 S . bung eana
1998 15 95 53 6500 本氏针茅 S . bung eana
2000 15 95 54 6750 本氏针茅 S . bung eana
2002 14 95 54 6300 本氏针茅 S . bung eana
2. 4　灌草配置模式中优势种群的演替过程
黄土丘陵区天然草地在封育前由于受干旱和过度
放牧的影响, 植物的生长受到了强烈的抑制,牧草长期
处于营养生长阶段, 表现为植株低矮, 发育不良, 多数
种群不能开花结实,更不能形成优势种群。由图3可以
看出, 退化草地本氏针茅种群自然封育后的演替过程
分为 4个阶段,第 1阶段为杂草群聚阶段; 第 2阶段为
本氏针茅+ 冷蒿群聚阶段; 第 3阶段为本氏针茅种群
大量出现阶段;第 4阶段为本氏针茅种群稳定发展阶
段。通过自然封育后,本氏针茅种群个体数量发生了较
大变化,从开始封育到种群个体数量高峰期, 需经过
5～8年, 种群个体数量提高 75. 6% , 8～12 年后趋于
稳定, 总盖度达 95 % , 其中本氏针茅分盖度高达
85%。荒坡天然草地通过合理封育,并采用划破草皮的
方法, 进行灌木带状稀疏配置,拦蓄地表径流,增加土
壤水分,改变植物生长环境,促进了本氏针茅种群的正
常生长发育, 使植物能完成从返青期到开花、结实期的
全部生育过程,成熟的种子掉落地面后,在划破草皮配
置灌木的水平阶上形成幼苗,生长快速旺盛,使灌草配
置草地的演替比对照提前2～4年。而对照荒坡种子成
熟数量极少, 而且掉落地面后,因受大气干燥或土壤水
分不足,种子不能萌发, 即便萌发,形成的幼苗因干旱
而死
本氏针茅群落
S tip a bung eana Community
　　
逆行演替 Converse succes sion
(地表土壤坚实干燥)
( U pper soil is rigid and dry)
　　
进展演替 Posit ive success ion
(地表多地衣与枯落物)
( Lichen and lit t er ar e much )
本氏针茅 -冷蒿 -委陵菜群落
S . bungeana-A r temisia f rig id a-Potent il la chinensis
冷蒿 -委陵菜 -杂类草群落
A . f rigida-P . chinensi s-r uder al
冷蒿 -委陵菜 -毒害草群落 A . f r ig id a-
P . chinensis-P oi sonous gr ass
毒、害 蔓延(鼠害严重)
Pois onous grass spr eading( Mouse disaster)
裸地
Bare land
杂草群聚生长
Ruderal commun ity
　3～ 5年　3～ 5 year s
本氏针茅 -冷蒿 -杂类草群落
S . bungeana-A . f rigida-r uder al
　5～ 8年　5～ 8 year s
本氏针茅 -阿尔泰狗娃花群落
S . bung eana-H eterop ap pus altaicu s comm unity
　8～ 12年　8～ 12 year s
本氏针茅群落
S . bung eana community
图 3　黄土丘陵区退化本氏针茅群落恢复演替过程
Fig. 3　Resto ra tion sussession prog ress of degener ativ e Stipa bungeana community in the Loess hilly reg ions
(下转第 333页)
327第 4期 程积民等:黄土丘陵区植被恢复重建模式与演替过程研究
定了不同的群落组成和结构,所以后期连续性较差。
参考文献:
[ 1 ]　Egler F E. Vegetat ion s cience concepts. Ⅰ. Init ial fl orist ic com-
posit ion-a factor on old-field vegetat ion developm ent [ J] . Vegeta-
t ion, 1954, 4: 412-417
[ 2]　程积民.黄土区植被的演替[ J] .土壤侵蚀与水土保持学报, 1999,
5( 5) : 58-60
[ 3]　单保庆,王刚.草海水生植被演替系列的数量研究 [ J ] .草业学报,
1998, 7( 2) : 23-33
[ 4]　杜国祯,王刚.亚高山草甸弃耕地群落演替的数量分类与排序
[ J] .草业学报, 1990, 1( 1) : 108-116
[ 5] 　许庆方,董宽虎, 史书瑞,等.放牧利用白羊草灌丛草地的植被特
征[ J] .草地学报, 2004, 12( 2) : 136-139
[ 6]　杨利民,韩梅,李建东.松嫩平原主要草地群落放牧退化演替阶段
的划分[ J] .草地学报, 1996, 4( 4) : 281-287
[ 7]　陈一鄂,刘康.宁夏中东部沙漠化草原的植被演替 [ J ] .中国沙漠,
1995, 15( 1) : 54-59
[ 8]　马玉寿,李青云, 朗百宁,等. 柴达木盆地次生盐渍化撂荒地的改
良与利用[ J] .草业科学, 1997, 14( 3) : 17-20
[ 9]　杨海平.甘肃省高寒山地草甸草场改良途径的探讨 [ J ] .中国草
地, 1992, 5, 51-53
[ 10] 闫志坚.撩荒地草场围封效果的研究[ J] .中国草地, 1990, 39-42
[ 11] 王斌科, 唐克丽. 黄土高原的人为开荒及其对加速侵独的影响
[ J] .水土保持通报, 1991, 11( 5) : 54-60
[ 12] 张成娥,陈小利.黄土丘陵区不同撂荒年限自然恢复的退化草地
土壤养分及酶活性特征[ J ] .草地学报, 1997, 5( 3) : 195-200
[ 13] WANG Guo-h on g. Plants t rait s and soil chemical variables dur-
ing a s econdar y vegetat ion succession in ab andoned f ields on the
loes s plateau[ J] .植物学报, 2002, 44( 8) : 990-998
[ 14] 黄志霖,傅伯杰,陈利顶.恢复生态学与黄土高原生态系统的恢复
重建问题研究[ J] .水土保持学报, 2002, 16( 3) : 122-125
[ 15] 唐启义. 统计分析与 DPS 数据处理系统 [ M ] .农业出版社:北京,
1997. 136
[ 16] 任海, 蔡锡安,饶兴权,等. 植物群落的演替理论[ J ] .生态科学,
2001, 12( 4) : 59-67
[ 17] 张金屯.数量生态学[M ] .科学技术出版社: 北京, 2004. 356
(上接第 327页)
亡,从而使一些物种逐渐退化,物种数量减少,草地自
然恢复能力下降。实践证明,草地通过合理封育,排除
了人为和放牧的影响, 植物可正常生长发育,草地种群
逐渐增加,覆盖度与生产力大幅度提高,同时还可促进
草地群落的不断繁殖更新, 种子掉落后,一般潜伏在土
壤表层或植物基部寄子萌生, 待水分和环境条件适宜
时可萌发生长,形成新的幼苗,促进群落的进展演替。
另外,通过长期的定位观察结果表明,封育期不宜过
长, 8～10年为宜, 即可进行合理的刈割利用, 时间过
长由于枯草的积累,将抑制植物的再生及幼苗的形成。
3　讨论与结论
3. 1　许志新等人的研究认为,内蒙古弃耕地植被的演
替可分为3个时期[ 8]。本研究结果,黄土丘陵区封育草
地演替过程经过 4个阶段, 即退化本氏针茅草地→杂
草群聚生长→本氏针茅种群大量出现→本氏针茅种群
稳定生长阶段。主要种群个体数量在草地封育后 4～5
年达到峰值, 随着封育年限延长,种群个体数量又逐渐
下降,在封育 7年后,种群个体数量基本趋于稳定。封
育草地植物种类组成及群落结构较对照差异显著, 而
且盖度大幅度提高。
3. 2　在退耕还林还草工程建设中,应根据当地的土壤
水分及气候特点、地形与立地条件,结合灌草的生长特
性进行恢复建设,改变黄土丘陵区以往只重视乔木林
建设,轻视灌草植被恢复的作法。在对天然草地植被封
禁的基础上, 可进行隔坡灌草稀疏配置,这样既可提高
灌草的成活率和保存率,又可在较短的时间内获得较
大的生态、经济和社会效益。
参考文献
[ 1]　程积民.黄土丘陵半干旱区天然草地土壤水分调控研究[ J] .草地
学报, 2003, 11( 3) : 296-300
[ 2] 　程积民,万惠娥. 黄土高原半干旱区集流灌草立体配置与土壤水
分调控[ J ] .草地学报, 2000, 8( 3) : 210-219
[ 3]　程积民.荒坡地灌草植被与土壤水分调控[ A] .见:中国林学会.西
北地区生态环境建设研讨会专辑[ C ] .北京:中国林业出版社,
2001. 127-131
[ 4]　程积民.黄土高原半干旱区退化灌草植被的恢复与重建[ J] .林业
科学, 2001. 4: 50-57
[ 5]　田均良.黄土高原退耕还林工程中的现存问题及有关建议[ J] .水
土保持通报, 2004, 24( 1) : 63-65
[ 6]　陈幼春.乔木灌丛草地对发展牛羊业的作用[ J ] .草地学报. 2005.
13( 2) : 166-169
[ 7]　陈国良, 程积民. 黄土丘陵坡地的水热状况与植被生产力[ J ] . 水
土保持研究, 1996 , 5( 1) : 27-37
[ 8] 　许志信,李永强, 额尔德尼,等.草原弃耕地植物群落特征和植被
演替情况的调查研究[ J] .内蒙古草业, 2002, 14( 3) : 10-13
[ 9 ]　孙海群,周 禾,王 培.草地退化演替研究进展, 中国草地, 1999,
( 1) : 51-56.
333第 4期 杜峰等:陕北黄土丘陵区撂荒演替研究-撂荒演替序列