全 文 ：第 18 卷 第 1 期
Vol. 18 No. 1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2010 年 1 月
Jan. 2010
三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀
过程及发生机理的初步研究
梁东营1, 2 , 林 丽1, 李以康1 , 王 溪1 , 曹广民1*
( 1.中国科学院西北高原生物研究所, 青海 西宁 810001; 2.中国科学院研究生院, 北京 100049)
摘要: 草毡表层是高寒草甸系统分类的诊断层, 是高寒草甸稳定性维持的物质基础,而草毡表层剥蚀是三江源区退
化高寒草甸的主要表观特征之一。2008 年 8 月,通过对高寒草甸退化状况进行的野外调查发现, 退化高寒草甸具
有 2种不同的剥蚀过程,其发生的动力也不同。其中, 位于山间滩地和缓坡地段的高寒草甸, 其土壤剥蚀呈现草毡
表层极度加厚、老化、死亡、开裂、剥蚀过程,其发生动力是鼠类的挖掘与冻融交替作用, 剥蚀发生时地表草皮处于
死亡或半死亡状态;而处于陡坡地段退化高寒草甸的剥蚀由于植被的不同, 呈现水分对草皮下土壤的潜蚀、倒钩
蚀,发生草皮悬空、坍塌,其剥蚀动力为水分冲蚀和重力作用, 剥蚀时草毡表层牧草生长良好。放牧压力下高寒草
甸草毡表层的加厚是造成其土壤发生剥蚀的主要原因。
关键词:三江源; 高寒草甸;草毡表层; 剥蚀
中图分类号: S812. 5 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2010) 01-0031-06
Process and Mechanism of Mattic Epipedon Denudation Taking place on
Degraded Alpine Meadows in the Three River Source Region
LIANG Dong-y ing1, 2 , L IN li1 , L I Y-i kang1 , WANG Xi1 , CAO Guang-m in1
( 1. Northw est Plateau Inst itut ion of Biology, Chin ese Academy of Sciences, Xinin g, Qingh ai Province 810001, China;
2. Graduate Sch ool of th e Chinese Academ y of S cien ces , Beijing 100049, Chin a)
Abstract: The M at t ic Epipedon ( M E) is a diagnost ic layer fo r alpine meadow taxonomy and the foundat ion-
al material for maintenance o f alpine meadow ecosystem stability . T he denudation of ME is one of the main
character ist ics of alpine meadow degradat ion in the Three Rivers Source Region. In August 2008, f ield
survey on alpine meadow degradat ion w as conducted and tw o types of denudation process w ith different
driving mechanisms w er e found. For the grassland located in mountain bo ttom lands and gent le sloping
field, the ME show ed gradually thickening, aging, death, cr acking, erosion and the dr iv ing fo rce w as the
ef fects o f ex cavat ion by murine and alternate act ion of f reezing- thaw ing . How ever, fo r the grassland loca-
ted on steep slopes, M E denudation appear ed as suf fosion erosion and barb erosion below ME, suspending
and co llapse of M E, and the gr ass grew w ell on ME w ith the driving for ce f rom w ater erosion and g ravity
act ion. T he main reason for M E denudat ion could be the ex t reme thickening under grazing pressure on a-l
pine meadow in the T hree River s Source Region.
Key words: T hr ee River Source Region; A lpine meadow ; Mat t ic Epipedon; Denudat ion
三江源系指长江、黄河、澜沧江三条江河的源
头地区, 三江源区河流密布, 湖泊、沼泽众多, 雪山
冰川广布,是世界上海拔最高、面积最大、湿地类型
最丰富的地区, 素有中华水塔之美誉,是保障整个
三江流域中下游地区乃至东南亚国家水安全极为重
要的生态功能区[ 1] 。
三江源区之高寒性、敏感性和脆弱性造成了世
界性的生态系统修复、维系与管理难题。自上个世
纪六十年代以来, 在气候变化、人类活动干扰增加的
双重压力下,三江源地区草地大面积退化,生态环境
收稿日期: 2009-05-21;修回日期: 2009- 06-23
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)和中国科学院知识创新工程重要方向
项目( KZCX2-YW-Q1-06)资助
作者简介:梁东营( 1985- ) ,女,山东禹城人, 硕士研究生,研究方向为草地生态学, E-m ail : don gyingl@ 163. com; * 通讯作者 Author for
cor resp on dence; E- mail: caogm@ nw ipb . ac. cn
草 地 学 报 第 18卷
不断恶化。截止到 2007 年, 三江源地区 90% 以上
的草地出现了不同程度的退化。其中, 中度以上的
退化草地为 1247. 83 104 hm2 , 约占该区草地可利
用面积的 60%以上 [ 2~ 5]。退化草地为啮齿动物提
供了充足的食物资源和良好的栖息环境, 导致草地
鼠害频繁发生。退化草地在丧失其生态功能的同
时,也逐渐失去了牧业生产利用的价值 [ 6]。极度退
化高寒草甸主要表现为两种类型, 黑土型退化草
地和剥蚀型退化草地 [ 7]。目前有关退化高寒草甸的
文献主要涉及了黑土型退化草地的成因与表观特
征的研究[ 8~ 10] ,而对于退化高寒草甸的剥蚀过程与
机理尚未见文献报道。本研究通过考察试图阐明高
寒草甸退化剥蚀过程与发生机理。为控制高寒草甸
的退化,进行三江源生态环境的综合治理提供理论
依据。
1 材料与方法
1. 1 试验区概况
野外调查点分别设置于三江源腹地的青海省果
洛洲玛沁县、达日县、玛多县; 玉树洲玉树县。三江
源区草原辽阔, 地理位置特殊, 总面积为 3. 63 105
km 2 , 约占青海省总面积的 50. 4% .地理位置为东
经 8945- 10223, 北纬 3139- 3612之间。平
均海拔约 3700- 4200 m。由于地处青藏高原腹地,
海拔高而空气稀薄, 全年平均气温一般在- 5. 6-
3. 8之间, 极端最低气温 - 48 , 极端最高气温
28 。年平均降水量在 262. 2- 772. 8 mm 之间, 多
集中在 5- 9月份,雨热同季, 有利于牧草生长。年
蒸发量相对较大, 一般在 730- 1700 mm 之间 [ 9]。
草地类型主要以高寒草甸类和高寒草原类为主, 分
别占本区草地的 81. 3%和 20. 83% [ 11] 。区内地势
险峻,地形复杂,遍布冰川、戈壁、湖泊、沼泽、荒漠、
湿地等各种地貌 [ 12]。
退化草地剥蚀类型分为 2类, 包括:
缓坡 滩地型: 分布于山间滩地和低缓坡地, 表
观景象为剥蚀坑和残余草皮镶嵌分布, 剥蚀坑面积
占总草皮的 30%左右,残余草皮斑块四周植被死亡
形成黑斑和秃斑,部分黑斑上发育白色或黄色菌斑,
极为坚硬;中间部位为小嵩草草甸,植物处于半死亡
状态, 优 势 种 为 小 嵩 草 ( K obr esia pygmaea
Clar ke) , 亚优势种和伴生种为细叶亚菊 ( A j ania
tenuif ol ia ( Jacq. ) T zvel. )、棱子芹 ( Pleurosp er-
mum camtschaticum Hoffm. )、西藏忍冬( L onicer a
t ibet ica Bur. et Franch. )等; 塌陷草皮上以摩铃草
(Morina chinensis ( Bat. ) Diels)、铁棒槌 ( A coni-
tum sz echeny ianum Gay. ) 和白苞筋骨草 ( A j uga
lupuliua Maxim . )等杂类草为优势;残余草皮斑块
基部四周,有大量鼠洞,但鼠类活动罕见。
陡坡型:分布于山地陡峭地段,表观景象为草皮
整体坍塌滑落,斑块体积与重量差异极大,塌陷斑块
上植物生长良好, 剥蚀地段土壤含水量高,处于饱和
状态。这种剥蚀又分为灌木型陡坡和嵩草型陡坡两
种类型。灌木型陡坡优势种为金露梅( Potenti l la
f ruti cosa L. )和高山柳 ( Sal ix cup ular i s Rehd. ) ,
盖度 55% ;丛间草地优势种为莎草科植物包括苔草
( Carex t ri stachya Thunb. )和矮嵩草( Kobresia hu-
mil is ( C. A. Mey) Serg. ) ,盖度为 76% ,塌陷地段
上方多见小的秃斑块。嵩草型陡坡优势种为小嵩
草,盖度 83%, 塌陷地段上方多见鼠洞。
1. 2 研究方法与数据处理
斑块体积与重量: 采用钢卷尺随机对残留或坍
塌斑块体积进行测定, 同期测定该斑块容重和饱和
含水量并推算其重量, 6次重复;
植被和地表状况调查:采用样带法,样带长 25 m,
每隔 5 m 设置一个样方, 样方面积 50 cm 50 cm,
记录优势植物种类、盖度、地表情况等, 3次重复;
鼠洞的个数:实测有效鼠洞和废弃鼠洞, 6次重复;
容重与持水量测定:容重采用环刀法,室内进行
饱和持水量测定, 各重复 3次;
采用 Excel 2003 和 SPSS 11. 6 软件进行数据
处理、数理统计与数据分析。
2 结果与分析
2. 1 缓坡-滩地型剥蚀
缓坡-滩地剥蚀主要发生在坡度小于 5的低山
坡或者山间滩地上,草地均为小嵩草群落。其剥蚀
过程为草毡层极度加厚- 草毡层老化继而死亡- 草
毡层开裂- 鼠类挖掘加剧- 草毡层剥蚀。剥蚀动力
为鼠类挖掘、冻融交替交合作用。
长期超载放牧,加剧了草地退化,处于高寒小嵩
草群落阶段的草地,在其牧草高地下/地上比的特殊
生物学特性下,草毡表层极度加厚,由于养分供求失
调与生理干旱导致草毡表层死亡 [ 13] ,它未能造成草
毡表层的剥蚀, 却是草毡表层剥蚀的前提。研究表
明正常小嵩草群落阶段草毡表层的厚度为 3. 0-
32
第 1期 梁东营等:三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀过程及发生机理的初步研究
3. 8 cm ,当其厚度达到 4. 2 cm 时, 草毡表层开始发
生开裂,牧草处于死亡或半死亡状态。草毡表层的
死亡,根系弹性的丧失, 在冻融交替作用下, 形成裂
缝将草地分为不同大小的斑块, 在两裂缝交叉的三
角地带,往往成为鼠类挖掘的切入点(图 1)。由于
老化草地对水分的阻隔, 降水灌入这些裂隙, 使得其
下层土壤因水分丰富而疏松, 加之春秋季昼融夜冻
融交替,使这些斑块被反复抬升, 发生撕裂, 与其下
层和周围土壤剥离, 进而发生剥蚀。以优云乡样地
为例,草皮层厚度高达 14. 50 1. 34 cm, 残余草皮
斑块的面积为0. 88 0. 22 m2 ,塌陷裂缝的宽度为 8. 0
2. 78 cm,鼠洞的密度为 1. 32 0. 14个/ m2 (表1)。
2. 2 坡地型剥蚀
坡地型剥蚀可以分为水分潜蚀-重力剥蚀、水分
倒钩蚀-重力剥蚀两类。它与滩地缓坡剥蚀主要的
区别在于,此种剥蚀类型发生地段具有较大的坡度,
剥蚀掉落的草皮层上的植被生长良好, 仅有小面积
草皮层发生死亡和形成秃、黑斑。
2. 2. 1 水分潜蚀-重力剥蚀 此类剥蚀主要出现在
坡度为 25左右的坡地上, 草地处于小嵩草群落阶
段,其剥蚀呈现小嵩草极度发育- 草毡层加厚- 鼠
类挖掘- 雨水灌入- 土壤潜蚀- 草毡层撕裂、滑脱、
剥蚀的生态过程(图 2)。剥蚀动力为鼠类挖掘和雨
水灌入的耦合作用。
在过度放牧作用下,小嵩草极度发育,草毡表层
加厚,厚度达 21 2. 45 cm。在坡地的上方, 由于药
材挖掘或鼠类活动形成许多洞穴,降水或积雪融水,
沿此洞穴灌入, 草毡表层下部土壤发生潜蚀[ 14] , 使
得草毡表层发生悬空, 在重力作用下,原生草皮出现
撕裂、坍塌, 并沿山坡滑落。土壤的冻融交替作用对
草毡表层的剥蚀起到了推波助澜的作用, 以位于青
海省窝赛乡西山观测点为例,在该样点东北山坡上,
已有一面积 9 m 9. 17 m 的草毡表层板块与母体
草皮层发生撕裂, 即将发生剥蚀,草毡表层下土壤潜
蚀掏空深度达 23 4. 77 cm, 裂缝宽度达 7. 67
1. 32 cm (图 3)。斑块上鼠洞共计 44 个, 密度为
0. 54个/ m2 , 均为有效鼠洞。剥蚀脱落草毡表层滑
落到山坡下部的斑块面积平均为 0. 45 0. 17 m2 ,
厚度为 18. 75 4 cm,黑斑的面积约 17% (图 4) ,没
33
草 地 学 报 第 18卷
有秃斑出现(表 2)。剥蚀斑块上的植被以小嵩草为
主,植被依然存活。07 年考察时发现的一面积为
27. 5 m 24 m、厚度为 19 1. 98 cm 的草皮表层斑
块,下部土壤已经发生潜蚀, 08年调查时,已经脱落
剥蚀。
2. 2. 2 水分倒钩蚀-重力剥蚀 这种剥蚀主要发生
在以灌木植被为主、坡度为 30左右的山坡上。其
剥蚀的生态过程为: 雨水、山坡径流水对土壤的倒钩
蚀 草皮悬空 草皮层开裂 草皮层滑落过程。发
生此类剥蚀的动力为雨水倒钩蚀和重力作用。其剥
落处多有公路建设时形成的取土断面。在雨季, 当
降雨量较大或山坡径流较大时, 雨水沿山坡直泻而
下,对断面处草皮层下土壤冲蚀较小。然而当降水
较小或土壤处于冻融交替阶级, 雨水或径流水就会
对断面处草皮层下土壤发生倒钩蚀,逐渐造成草皮
层悬空,这类土壤草皮层经常处于水分饱和状态, 在
重力作用下,就会发生滑脱剥蚀。这种剥蚀主要发
生在灌丛植被的丛间草地上, 植被以矮嵩草、小嵩草
和苔草为主。以处于果洛州达日县满掌山顶观测点
为例,草皮层下钩蚀深度平均深度为 42. 75 12. 37
cm, 剥蚀草皮层的厚度为 18. 37 3. 5 cm, 滑脱草毡
表层斑块面积为 0. 39 0. 13 m2。调查过程中同时
发现有 3处平均面积为 0. 62 0. 22 m2 的草皮层与
原土体之间形成了 5. 87 2. 73 cm的裂缝(表 3)。
在草皮层断裂面上, 反复进行着雨水倒钩蚀-土
壤被冲刷-草皮层开裂-草毡层剥落-雨水倒钩蚀循
环,造成大面积的山坡草地剥蚀退化。
3 讨论
3. 1 剥蚀与气候变化
有研究表明, 三江源高寒草甸的退化是由于气
候变暖造成的, 其理由是三江源区陡坡地段很少甚
至没有放牧, 但仍出现了相当程度的退化[ 15] , 退化
的主要特征之一就是大面积山坡草地的剥蚀。
从本研究三江源草地退化过程与机理来看, 该
区草地的退化主要是由于人类活动干扰-超载放牧
所致,气候变化对高寒草甸的影响是缓慢的, 高寒草
甸对气候变化具有较高的稳定性[ 16] 。家畜的选择
性采食和践踏造成高寒草甸禾本科牧草生长、繁殖
受阻,高寒小嵩草逐渐演变成为草地的优势群落。
小嵩草植物特殊的生物学特性(高地下/地上比) , 使
得土壤表层形成了坚韧的草毡表层 [ 17] , 超载放牧可
导致草毡表层的极度发育。加厚草毡表层一方面由
于其表层的致密性,对降水的入渗造成阻滞,另一方
面又由于细密根系对水分的吸附具有强大的蓄水性
能[ 1 8]。处于山坡地段的极度发育草毡表层, 由于山
体径流水分的持续供给, 该层水分常常处于饱和状
态,使得其重力大幅度增加,造成了草皮层与母体之
间的撕裂、脱落与剥蚀。室内测定表明,陡坡上剥蚀
草皮层的厚度为 18. 37 3. 5 cm, 草皮层的饱和含
水量为 55. 40%,草皮层的容重为0. 92 0. 07 g/ cm3,滑
脱斑块干重平均为 65. 91 kg, 水分饱和时斑块重量
可达 102. 42 kg; 而原生草皮层的厚度为 4. 03
0. 49 cm, 土壤容重为 0. 75 0. 05 g/ cm3 , 相同斑块
面积下, 充水草毡表层的重量是原生斑块的 8. 69
倍。山坡草地剥蚀的加剧是否由于近几十年降水量
的增加尚需作进一步的研究。
3. 2 草地剥蚀与生态安全
高寒草甸的退化剥蚀,造成草地生态服务功能
的降低,主要表现在水土流失和碳贮容量的降低。
三江源高寒草甸的剥蚀过程中,随着草毡表层
的剥蚀,破坏了土壤 植被生态系统的平衡,大量的
土壤被冲刷。青海全省水土流失总面积达 33. 4万
km2 , 占全省土地总面积的 46. 24% ,其中长江流域
水土流失面积 10. 7万 km2 ,黄河流域 7. 3 万 km2 ;
每年输入黄河的泥沙量达 8814万吨,输入长江的达
1232万吨。近年来, 全省每年新增水土流失面积
0. 21万 km2 , 且呈加剧趋势 [ 19~ 20]。表层土壤的流
失,造成植被生长与恢复的困难,发生草地剥蚀 水
土流失 植被稀疏 草地剥蚀的恶性循环, 引起生
态系统的退化。同时导致高寒生物物种资源的濒危
与灭绝, 对我国乃至全球的环境产生不利的影
响[ 2 1, 22]。
高寒草甸分布地区气候寒冷, 有利于土壤有机
物质的积累,土壤中积累了大量的土壤有机物质,是
地球系统碳的重要储蓄库 [ 23]。处于小嵩草阶段的
高寒草甸, 草毡表层土壤有机质含量高达 8% -
12%,牧草根系的含碳量为 38% - 40%, 草毡表层
中土草体积比为 1. 2- 1. 5[ 24]。随着草皮层的加厚,
高寒草甸系统碳的储存量会逐渐增加。然而,当草
毡表层发生剥蚀后, 天然草地嵌块数增加而面积减
少,破碎化程度呈缓慢增加趋势[ 25~ 26] ,土壤有机质
含量急剧下降, 土壤养分状况明显恶化[ 27] 。据测
定,轻度鼠害地段每公顷损失腐殖质 7122 kg ;中度
危害地段,每公顷损失腐殖质 21366 kg ;重度地段,
每 hm2 损失腐殖质达 40358 kg[ 28] 。在高寒草甸退化
34
第 1期 梁东营等:三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀过程及发生机理的初步研究 35
草 地 学 报 第 18卷
中,系统碳贮量经历了一个先升高后急剧下降的过
程。原生植被封育处理每平方米土壤平均碳含量为
7. 47 kg,而重度退化地碳含量仅为 3. 67 kg, 由于土
地退化而造成的土壤 ( 0- 20 cm 层) 碳丢失量为 3.
80 kg m- 2 , 即高寒草甸土地退化导致 0- 20 cm
土壤层 50. 87%的有机碳流失[ 29] , 生态系统可能成
为大气 CO2 的源[ 30]。至于草地退化到什么程度才
由原来的汇转化成源还未有具体的研究。同时草地
退化造成下垫面的改变, 使得土表对太阳辐射的增
强,加大了气候变暖的趋势。
4 结论:
三江源区退化高寒草甸具有 3种不同的剥蚀过
程,其发生的动力也不同。其中,位于山间滩地和缓
坡地段的高寒草甸,其土壤剥蚀呈现草毡表层极度
加厚、老化、死亡、开裂、剥蚀过程, 其发生动力是鼠
类的挖掘与冻融交替作用, 剥蚀发生时地表草皮处
于死亡或半死亡状态; 而处于陡坡地段退化高寒草
甸的剥蚀由于植被的不同, 呈现水分对草皮下土壤
的潜蚀、倒钩蚀,发生草皮悬空、坍塌,其剥蚀动力为
水分冲蚀和重力作用, 剥蚀时草毡表层牧草生长良
好。放牧压力下高寒草甸草毡表层的极度加厚是造
成其土壤发生剥蚀的主要原因。
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(责任编辑 邵新庆)
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