全 文 ：第 17 卷 第 1 期
Vol. 17 No . 1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 1 月
Jan. 2009
三江源区/黑土滩0型退化草地自然
恢复的瓶颈及解决途径
曹广民 , 龙瑞军*
(甘肃农业大学草业学院, 兰州 730070)
摘要: 三江源区位于青藏高原腹地, 长期在气候变暖和超载放牧的双重压力下, 草地大片退化, 形成大面积/黑土
滩0型退化草地, 引起源区生态环境的恶化。本研究以三江源区/黑土滩0型退化草地的土壤、环境和种子库为研究
对象 ,分析了三江源区/ 黑土滩0型退化草地自然恢复的瓶颈; 采用以空间代替时间的群落研究方法,对在/ 黑土滩0
型退化草地上建植多年的人工草地演替过程进行了跟踪研究。结果发现: 在/ 黑土滩0型退化草地上建立多年生人
工草地,能够改善土壤微环境, 为地带性植被的入侵创造适宜条件, 实行人工草地植被演替与地带性植被自然入侵
的连接,可以大大缩短/ 黑土滩0型高寒退化草地地带性植被的恢复进程。本研究为/ 黑土滩0型退化草地的恢复,
改善三江源区生态环境,提供可靠的理论依据与措施。
关键词: 三江源区; 退化草地; 人工草地; 植被恢复
中图分类号: S812. 6 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2009) 01-0004-06
The Bottleneck and its Resolutions to the Natural Recovery of
Black Soil Type Degraded Grassland in the Three River Source Region
CAO Guang-min, LONG Ru-i jun
*
( Pratacul tu ral College, Gan su Agricultu ral University, Lan zhou, Gansu Province 730070, China)
Abstract: T he Black Soil Type g rassland degradat ion occur red broadly in T hree River Source Region, loca-
ted in the hinterland of Qingha-i T ibet P lateau, due to the long- term impacts o f climatic w arm up and over-
g razing . T he bot t leneck to the natural recover y of the Black Soil T ype degraded gr assland w as analyzed by
the invest igat ions o f soil, environment, and soil seed bank in the center o f Three River Source Region and
the succession of cultivated grassland in this r eg ion w as t racked. T he results o f community succession in-
vest ig ation show that the perennial cult ivated grassland could impr ove the soil m icro-environments and pro-
v ide the zonalic condit ions for the plant invasion; meanwhile, it shortened the lo cal v egetat ion recovery
pro cess of the degraded gr assland by the connect ion of v egetat ion succession and natural invasion. The re-
sults o f this study w ould provide the credible theories and methods to the natural recover y of Black Soil
Type g rassland deg radation and the meliorat ion of the ecolo gical environment in T hree River Source Re-
g ion.
Key words: T hr ee River Source Region; Deg raded grassland; Cult ivated g rassland; Vegetation recovery
三江源区地处青藏高原腹地,位于北纬 31b39c
~ 36b16c,东经 89b24c~ 102b23c之间, 平均海拔 4500
m 左右,是长江、黄河和澜沧江的发源地, 起着调节
下游水量和气候的作用, 在保护全国的生态安全方
面具有十分重要的作用, 是国家级生态功能保护的
重点区域[ 1~ 3] 。近几十年里, 在气候变暖和长期超
载放牧的双重压力下, 天然草地退化、沙化、水土流
失现象明显,生物多样性锐减,形成大面积的黑土型
次生裸地 ) ) ) /黑土滩0, 天然草地不仅完全丧失了
牧用价值, 且引起了源区生态环境的极度恶化[ 4~ 7]。
如何进行该类退化草地的恢复与重建, 是三江源区
退牧还草工程实施的重大难题之一[ 8]。
收稿日期: 2008-03-05;修回日期: 2008- 09-28
基金项目:国家自然科学重点基金( 30730069)、世界银行全球环境基金( GEF052456-CHA- GS-Y- 4)和地球系统科学数据共享网项目资助
作者简介:曹广民( 1963- ) ,男,陕西渭南人,研究员, 主要从事土壤生态方面研究, E- mai l: caogm@ nw ipb. ac. cn; * 通讯作者 Author for
cor resp on dence, E-m ail: longrj@ lzu. edu. cn
第 1期 曹广民等:三江源区/ 黑土滩0型退化草地自然恢复的瓶颈及解决途径
1 研究区域与方法
1. 1 试验区自然概况
试验区域位于三江源区腹地的果洛州和玉树
州,包括玛沁县、达日县和玉树县。其草地类型包括
/黑土滩0型退化草地、翻耕遗弃草地和多年生人工
草地。/黑土滩0型退化草地按其表土是否残留而分
为/黑土滩0型退化草地和剥蚀/黑土滩0型退化草
地。
1. 1. 1 /黑土滩0型退化草地 位于果洛州军牧场
( 34b22cN, 100b30cE, 海拔 3739 m ) , 植被以黄帚橐
吾( L igularia vi r gaurea ( Max im . ) Mat t f. ) + 铁棒
槌( A conitum p end ulum Busch) 为优势种; 达日县
窝塞乡( 33b34cN, 99b54cE,海拔 4086 m ) ,植被以摩
苓草(Mor ina chinensi s ( Bat . ) Diels)为优势种(图
2A) ,主要分布于山间滩地和河谷阶地。处于此阶
段的高寒退化草地, 原生莎草( Cyp er us micr oir ia )
植被消失殆尽, 生长季杂类草呈斑块状分布, 在冬春
季节的放牧活动中, 残留枯草因牲畜践踏、风折而发
生风蚀,呈现裸露黑土景观。鼠类对草地破坏已大
大减弱,且地表残留鼠丘多被夷平, 而地下鼠洞纵
横,导致土壤的水蚀作用微弱,表土残留,土壤疏松。
1. 1. 2 剥蚀/黑土滩0型退化草地 位于玛沁县大
武乡格多牧委会的河流阶地上( 34b28cN, 100b12cE,海
拔 3751 m) , 植被优势种为冷蒿( Artemisia f rigida
Milld. ) + 白苞筋骨草( Aj uga lupuliua Maxim. ) , 约
80%的草毡表层被剥蚀,心土裸露, 土壤粗骨性强(图
2B) ;残留草皮直径 20~ 50 cm 不等,厚度均在 17 cm
以上,有的甚至厚达30~ 40 cm,呈孤岛状峙立于地表
(图2C) ,残留草皮中心部位原生植被小嵩草( Kobre-
sia pygmaea)呈半死亡状态, 而其四周边缘为小嵩草
死亡形成的黑色斑块, 土表黑褐色生物结皮干裂,呈
鱼鳞片状,土壤极为坚硬,部分地段见灰白色或黄色
菌斑,死亡年限愈久, 菌斑愈多。残留草毡表层基部
多见鼠洞,但以无效洞口居多,鼠类已退出该类草地。
处于陡坡地段的剥蚀/黑土滩0型退化草地,草毡表层
剥蚀完全, 常见低矮的细叶亚菊( Aj ania tenuif olia
( Jacq. ) Tzvel . )稀疏生长。
1. 1. 3 翻耕遗弃草地 位于玉树州巴塘乡巴塘滩
( 32b51cN, 97b04cE,海拔 3855 m) , 1966年使用链轨
拖拉机进行耕翻,破除草皮层后被遗弃(图 2D)。其
原生植被为高寒小嵩草草甸。
1. 1. 4 多年生人工草地 分别位于玛沁县大武乡
格多牧委会的河流阶地( 34b28cN, 100b12cE, 海拔
3744 m)、果洛州军牧场( 34b22cN, 100b29cE, 海拔
3739 m )、达日县窝赛乡( 34b34cN, 99b55cE, 海拔
4086 m) 和满掌乡( 33b16cN, 100b28cE, 海拔 3946
m) ,其建植期分别为 4、7、9和 12年。牧草品种为
垂穗披碱草( Elymus nutans Griseb. ) + 冷地早熟禾
( Poa cymophila Keng et C. L ing) + 星星草( Puc-
cinell ia tenui f lor a ( T urcz. ) Scribn. et M er r. )混
种。其农艺措施为灭鼠 ) 翻耕 ) 耙磨 ) 撒播 (或条
播) ) 施肥 ) 镇压等工序。播种量 25 ~ 30 kg/
hm2 ,播种时期在 4月下旬- 6月中旬。播种时用磷
酸二胺或羊板粪作基肥, 磷酸二胺施用量 150~ 300
kg/ hm
2
, 为科研用地,建植后的头 2 年返青期绝对
禁牧 [ 9]。大武乡格多牧委会和达日县窝赛乡的人工
草地原为剥蚀/黑土滩0型退化草地, 果洛州军牧场
和满掌乡的人工草地原为/黑土滩0型退化草地。
1. 1. 5 遗弃人工草地 位于果洛州达日县建设乡
才哇沟( 34b41cN , 99b24cE, 海拔 4100 m) , 原为/黑
土滩0型退化草地, 1999年因科学研究的需要建设
成为多年生人工草地, 2002年项目结束后, 交由牧
民自由放牧,未进行封育保护,重新沦为/黑土滩0型
退化草地而被遗弃。其优势植物种为甘肃马先蒿
( Ped icular is kansuensi s Maxim. ) , 主要伴生种有
二叶獐芽菜 ( S w er tia bi f ol ia Batal. )、露蕊乌头
( A conitum gymnadr um Max im. )等。
不同类型/黑土滩0型退化草地、遗弃人工草地
和不同建植期人工草地植被特征已有详细报道[10~ 12]。
1. 2 研究方法
土壤有机质含量采用灼烧法测定, 3 次重
复[ 1 3] ;土壤湿度采用时域反射仪( TDR) , 6次重复;
水分渗透速率采用环刀法, 4 次重复 [ 14, 15]。土壤有
机质含量、土壤湿度及水分渗透速率均为数值变量。
采用 Excel 2000和 SPSS 11. 5软件进行数据分析。
2 结果与分析
2. 1 /黑土滩0型退化草地自然恢复的瓶颈问题
在/三江源0生态环境的综合治理过程中,对退
化草地进行围栏封育是主要措施之一。退化草地植
被的恢复, 需要具备适宜的基质、环境条件和种子
库。基质关系到种子着床的可能性与维系植物根系
稳定的能力;环境条件主要指适宜的土壤水分与充
足的养分;种子库不仅包括其库容大小,亦包括种子
种类的组成。
2. 1. 1 基质 对于/黑土滩0型退化草地,鼠类活动
对原生草毡表层的破碎作用和剖面土层的扰动, 使
5
草 地 学 报 第 17卷
土壤疏松多孔, 有利于种子着床;但土壤的粗骨性易
造成小粒种子在降水冲刷作用下向下部土层迁移,
而小粒种子穿破力弱,因此其萌发、出苗比较困难。
而对于剥蚀/黑土滩0型退化草地来说, 鼠类活动破
坏严重,土壤长期处于降水冲刷或冻融作用下,草毡
表层发生剥蚀, 细土物质基本无残留, 土壤母质、母
岩裸露,土体坚硬,种子无法着床。
2. 1. 2 环境因子 在/黑土滩0型退化草地上,由于
鼠类活动对高寒草地土壤的翻动,加速了土壤有机
质的矿化作用, 使土壤速效养分提高[ 13, 16] ; 底土上
移使剖面土壤养分匀化, 表土中可被牧草直接吸收
利用的养分贮量大大降低。与原生植被相比较, /黑
土滩0型退化草地 0~ 10 cm 土壤有机质含量大大降
低,而 10~ 20 cm 土层得以提高,且两类草地各层之
间的有机质含量差异显著( P< 0. 05) ,而 20 cm 以
下土层无差异(表 1)。也有研究表明高寒草地原生
植被土壤平均碳、氮含量分别为 7. 47 、0. 647 kg #
m- 2 , 而重度退化地分别为 3. 67、0. 448 kg # m - 2 ,
土地退化导致 0~ 20 cm 土壤层中 50. 87%的有机
碳和30. 75%的氮流失[ 17, 18] 。而在剥蚀/黑土滩0型
退化草地上,随着表土层流失,土壤养分贫瘠, 同时
土壤粗骨性加强, 水分下渗速度显著增加 ( P <
0. 01) ,持水能力减弱,有效养分随土体渗漏丧失(表
2) ,对植被恢复造成不良影响。
表 1 草地退化对不同深度土壤有机质的影响( g/ kg)
Table 1 Effect o f g rassland degr adation on
so il org anic matter content, g # kg- 1
土地类型
Soil ty pe
土层深度 Soil depth , cm
0~ 10 10~ 20 20~ 30 30~ 40 40~ 50
原生草地
Gras sland
115 ? 11a 54 ? 5a 43 ? 5a 39 ? 5a 35 ? 5a
退化草地
Degrad ed
grassland
79 ? 8b 67 ? 12b 53 ? 12a 39 ? 6a 34 ? 5a
注:表中数据为平均值 ? 标准差, 同行不同字母间差异显著( P
< 0. 05)
Note: Data are mean ? standard deviat ion, the means w ith dif-
ferent small let ters in th e sam e row ar e s ignifi can t diff erent at th e
0. 05 level
2. 1. 3 种子库 /黑土滩0型退化草地表层土壤种
子库容量为 9422. 22 ? 1904. 09粒/ m2 > 轻度退化
草地 15466. 67 ? 6072. 02 粒/ m2 , 且种子粒径集中
于 0. 25~ 2 mm[ 19] ,多为双子叶杂类草植物种,植株
高大、易折断,抗风性差, 致使土壤有机物质累积缓
慢。同时由于植物属直根系性, 对土壤矿质颗粒固
着性差。冬春季节表土易发生风蚀,细土物质及养
分易损失, 而且小颗粒牧草种子亦大量损失。而对
于剥蚀/黑土滩0型退化草地,种子库已随表土流失,
失去了自然恢复能力。
表 2 高寒草甸不同退化阶段土壤湿度和渗透速率
Table 2 Soil moistur e and sat ur ation r ate under different
degr adation st ages of alpine meadow
土地类型
Soil type
土壤湿度 %
Soi l m oisture
渗透速率( m m/ min)
Satu rat ion rate
原生草地 Grassland 40. 68 ? 2. 38 A 1. 43 ? 0. 032 A
黑土滩 Black soil t ype 26. 35 ? 2. 78 B 22. 20 ? 0. 552 B
注:表中数据为平均值 ? 标准差,同列不同字母间差异显著 ( P
< 0. 01)
Note: Data ar e mean ? standard deviation, means w ith dif f erent
capital let ters in the same colum n are s ignificant ly dif feren t at the
0. 01 level
总之,对于/黑土滩0型退化草地来说,草地恢复
的物质基础得以保留, 采取围栏封育,依靠自身能力
就会逐渐得到恢复。而剥蚀/黑土滩0型退化草地的
治理则必须通过人工植被的恢复重建来实现[ 10, 20]。
2. 2 退化高寒草地治理的问题及困惑
三江源地区/黑土滩0型退化草地不仅丧失了牧
用功能,同时造成源区生态环境恶化, 草地水分涵
养、碳汇功能降低。三江源区高寒草地生态系统之
高寒性、敏感性、脆弱性是世界性的生态系统修复、
维系与管理的难题。目前该区退化草地的治理主要
采用围栏封育自然恢复和人工植被恢复重建的方法来
实施,过程缓慢,因此未见相关报道。
进行多年生人工草地植被的建设是三江源退化
草地治理的另一主要措施。人工草地植被建设是指
通过人工措施,对退化草地采取耕翻、施肥、灭杂、灭
鼠、播种等措施建立人工草地生态系统,进行植被恢
复。目前在高寒地区, 人工草地主要作为冬春季补
饲牧草源,小片设置于居民点附近,多为一年生人工
草地,其产草量为天然草地的 8~ 10倍。/三江源0
区建植的多年生人工草地,其最大生物量出现在种
植后的 2- 3年,至第 4- 5年时甘肃马先蒿大量侵
入,逐渐成为优势物种,而人工种植牧草垂穗披碱草
的盖度和密度下降, 生物量降低约 75% [ 21, 22] , 高不
足 10 cm。生产上虽然采用化学防除控制甘肃马先
蒿的侵入和扩散, 并进行人工追肥以维持草地质量,
但成本高,无法长久维持与推广。对处于此阶段的
人工草地重新耕翻或重建,或放任家畜肆意践踏而
重新沦为/黑土滩0, 使拟通过人工植被恢复重建措
施进行/黑土滩0型退化草地的可行性受到质疑。
2. 3 特殊现象
2005- 2006年,对位于玛沁县大武乡格多牧委
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第 1期 曹广民等:三江源区/ 黑土滩0型退化草地自然恢复的瓶颈及解决途径
会的河流阶地、果洛州军牧场、达日县窝赛乡和满掌
乡建植期分别为 4、7、9 和 12 年的多年生人工草地
进行跟踪调查, 这些草地用于科学研究或政府示范,
多年来放牧干扰较轻, 样地保护相对较好。结果发
现三江源区/黑土滩0型退化草地上种植的多年生人
工草地,在进行围栏封育适度放牧的保护措施下, 具
有 4个典型的演替阶段(图 1) , 并在不同阶段具有
不同的特征和发生时间序列。
图 1 多年生人工草地群落演替过程
Fig . 1 Community succession process of
perennial cultiv ated g rassland
人工再造植被群落: 通过人工措施建植的多年
生人工草地,植被群落单一,基本组成为垂穗披碱草
( E. nutans) + 冷地早熟禾( P. cymophila) + 星星
草( Pu. tenuif lor a) ,最高生产力出现于第 2- 4年。
草地种植后的 1- 2年内几乎看不到甘肃马先蒿, 第
3年逐渐入侵,但盖度低于 15%, 高度 15 cm 左右,
丛径约 4~ 5 cm。至第 5年开始出现退化现象 [ 23] ,
种植牧草植株变矮, 生物量降低, 杂类草大面积发
生。如果在人工草地种植后的每 2年, 继续采取人
为灭杂、施肥措施,较高生产力可相对延长几年[ 21]。
甘肃马先蒿杂类草群落: 人工草地种植后的第
5- 6 年是马先蒿入侵的高峰期, 株高可达 40~ 50
cm, 盖度达到 75% 以上(图 2E ) , 人工草地植物高
度、盖度急剧下降,部分地段甚至消失。此时, 马先
蒿群落地表没有或只有很少的凋落物。大部分人工
草地在此阶段因失去使用价值而被弃, 任由家畜践
踏取食而重新沦为/黑土滩0。如达日县建设乡才哇
沟的 1999年人工草地。
以上高寒地区多年生人工草地植被的演替过程
已获得共识,然而在我们对项目效果的后续跟踪调
查中发现,如果对处于甘肃马先蒿阶段的多年生人
工草地,继续进行围栏封育,严格禁牧, 草地将经历
两个特殊的发育阶段,最终演替为地带性植被。
甘肃马先蒿杂类草-莎草群落: 人工草地种植 7
- 9年后, 植被完全退化, 草地完全被马先蒿占据,
在良好的封育保护措施下, 马先蒿根基周围,由于凋
落物在地表堆积分解, 土壤呈现褐黑色的高有机质
斑块;许多斑块上形成一层厚约 1~ 2 mm 的褐棕色
土壤生物结皮,直径 1~ 5 cm 不等(图 2F) ;在此结
皮上均发育有 2- 3株嵩草科植物,但在结皮之外的
区域没有发现该现象。同时在嵩草科植物发育的部
分结皮下面,也发现了微弱的草毡表层雏形,厚约 2
~ 3 mm。达日县的窝塞乡人工草地就处于此阶段。
禾草-嵩草草甸: 当多年生人工草地发育到 12
年以上时,植被分为上下两层结构, 禾本科、莎草科
植物成为草地优势种群(图 2G) , 地表生物结皮基本
连片,土壤草毡表层厚 0. 5~ 1 cm 左右,初现地带性
植被高寒草甸的雏形(图 2H )。
3 讨论
三江源区位于青藏高原腹地,是黄河、长江和澜
沧江的发源地, 高寒草地是其主体。随着气候变化
和人类活动干扰的加剧, 形成了大面积的/黑土滩0
型退化草地,其面积估计为 7. 0319 @ 106 hm2[ 9, 24]。
草地生产力下降, 生态环境恶化,水源涵养能力急剧
衰退,不仅使源区居民的生活受到极大影响,同时威
胁到长江、黄河流域乃至东南亚诸国的生态安全。
如何进行三江源/黑土滩0型退化草地的恢复与重
建,已成为三江源生态环境综合治理的难题之一。
对位于玉树州巴塘乡巴塘滩 1966年人工开垦
后的弃耕草地展开调查发现,该地历经 40多年的自
然演替,地表草毡层仍然完好,保持原状与新鲜草皮
的唯一区别仅在于草毡层中根、土交织盘结性降低,
易被撕裂,而优势植物种群仍以杂类草为主,地带性
植被莎草类植物少见。即/黑土滩0型退化草地依靠
自然恢复的进程相当缓慢。
在高寒地区, 通过人工措施建立多年生人工草
地,在短期内就可实现草地植被的恢复,并具有一定
生产力[ 25] 。然而人工草地不能长久, 必然发生退
化,只有以嵩草属为主的地带性植被才具有较高稳
定性[ 26]。然而嵩草属植物种子生产难度较大,在生
产中难以推广应用 [ 27]。嵩草属植物是三江源高寒
草地放牧压力下的典型地带性植被类型, 地表土壤
生物结皮的存在是生存的先决条件, 由嵩草属植物
根系发育形成的坚韧草毡层是草地抵抗放牧践踏的
物质基础。因此, 促使土壤生物结皮与草毡层的发
生、发育,是/黑土滩0型退化草地自然恢复的关键。
7
草 地 学 报 第 17卷8
第 1期 曹广民等:三江源区/ 黑土滩0型退化草地自然恢复的瓶颈及解决途径
结皮通过对水分的入渗与再分配作用直接影响
种子库中种子的萌发,结皮不仅能阻止水分下渗, 还
能保留住结皮表面的水分, 防止蒸发[ 28] 。处于陡坡
地段剥蚀/黑土滩0型退化草地,草毡层剥蚀完全, 常
见低矮的细叶亚菊( A. tenui f olia)稀疏生长细叶亚
菊和藏忍冬具有微弱的成皮能力,但远低于甘肃马
先蒿,而其它杂类草如鹅绒委陵菜、冷蒿、摩陵草等
均无此功能。
自 20世纪 80年代以来, 由于科学研究的需要,
先后在三江源腹地建立了多处多年生人工草地, 累
计面积达 1万多亩, 然而如今基本都重新沦为/黑土
滩0型退化草地。其主要原因:从研究示范的角度出
发,草地在种植 3- 4年后,进行了课题验收, 完成了
示范作用,由于经费支持的中断或新项目的要求另
转移阵地;多年生人工草地后期,随着甘肃马先蒿的
大面积发生,人工群落急剧退化,使人们对该措施的
可行性发生怀疑;草地所有者急功近利,往往在人工
草地种植的次年,对草地进行高强度放牧,干扰草地
微环境的自我恢复与调节进程, 甘肃马先蒿的凋落
物被牲畜践踏、风蚀,阻断了向地带性植被的演替进
程的可能。
本研究发现,在/黑土滩0型退化草地上, 通过人
工措施建立多年生人工草地, 可以改善土壤微环境,
对处于甘肃马先蒿杂类草阶段的人工草地持续保
护,严格控制放牧, 使其逐渐产生生物结皮, 为更多
的物种创造发展空间 [ 22] ,实施多年生人工草地植被
演替与地带性植被自然入侵的连接,可以大大缩短
/黑土滩0型高寒退化草地向地带性植被恢复进程。
4 结论
土壤的粗骨性,养分与种子库匮乏,是三江源/黑
土滩0型退化草地难以进行自然恢复的瓶颈, 因此自
然恢复将经历漫长的时间进程;在/黑土滩0型退化草
地上,通过人工措施建立多年生人工草地,短期内可
恢复植被,并具有一定生产力; 对处于甘肃马先蒿阶
段的退化多年生人工草地植被应进行持续保护, 控制
放牧,通过甘肃马先蒿的凋落物,改善土壤微环境,促
使土壤生物结皮的发生,为地带性植被的入侵创造适
宜的环境条件;实施多年生人工草地植被演替与地带
性植被自然入侵过程的链接,可以大大缩短/黑土滩0
型高寒退化草地向地带性植被的恢复进程。
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(责任编辑 李 扬)
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