全 文 ：第 16 卷第 1 期
2009年 2月 水土保持研究Resear ch of So il and Water Conser vation Vo l.16 , No.1Feb., 2009
　
元谋干热区种植豆科牧草和灌木生态效应＊
龙会英1 ,沙毓沧1 , 朱红业2 , 金 杰1 , 张明忠1 , 史亮涛1 , 江功武1
(1.云南省农业科学院 热区生态农业研究所 ,云南 元谋 651300;2.云南省农业科学院 科研管理处 , 昆明 650231)
摘　要:根据干热河谷区生态环境脆弱 , 土壤贫瘠 ,有机质含量低的现状 , 研究本区种植豆科豆科牧草和灌木部分
生态与改良的土壤效应。结果表明:(1)小气候得到改善 , 豆科牧草和灌木种植样地表及土壤湿度大于未种植地 ,
温度低于未种植地。(2)随着豆科牧草和灌木种植年限增加 , 土壤肥力得到提高 , 土壤中全氮 、速效钾及 pH 值含量
逐年增加。土壤物理性质得到改善 ,土壤容重比未种植地低 ,孔隙度及田间持水量比未种植地高 , 持水能力增强。
关键词:干热河谷;豆科牧草和灌木;生态效应;改良土壤
中图分类号:S718.5　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1005-3409(2009)01-0250-04
Effects of Leguminous Grazing and Shrub on Ecological
Restoration in Yuanmou Arid-hot Valleys
LONG Hui-ying1 , SHA Yu-cang1 , ZHU Hong-ye1 , 2 , JIN Jie1 ,
ZHANG Ming-zhong1 , SHI Liang-tao 1 , JIANG Gong-wu1
(1.Research Institute f or T ropical Eco-agricultural S ciences , Y unnan Academy of Agriculture Sciences ,
Yuanmou , Yunnan 651300 , China;2.Scienceand Technological Division , Yunnan Academy o f Agricultural
Sciences , K unming 650231 , China)
Abstract:Based on the soi l environment character and the low er soil o rganic carbon content , the effect of
Legume grazing and shrub on ecolo gical re storation and soil amelioration is studied in Yuanmou arid-hot
valley s.The resul ts show ed that:(1)A fter planting , the microclimate w as improved , fo r ex ample the
humidi ty of the earth s surface and the restoration plo t s soil of g razing and shrub w as highe r than that of
bare land , but the tempe rature of them was smal le r than that of bare land.(2)With the increasing years
of plant ing , the fertility of the soil w as enhanced , such as the content of the soil o rganic carbon , to tal N ,
available potassium and soil pH , and the phy sical prope rties w ere also amelio rated , fo r example the soil
bulk densi ty (SBD)o f the restoration plo t of the g razing and shrub w as low er than that of bare land , but
the poro sity and field wa ter holding capaci ty were higher than that of bare land , the f ield w ater holding
capabili ty w ere increased.
Key words:Arid-ho t valleys;ge rm plasm of g razing and shrub;ecolo gical ef fect;soil amelio ra tion
　　元谋干热河谷区水土流失严重 ,土壤肥力低 ,生
态环境脆弱 ,近代不合理的开发利用使本区成为土壤
退化严重的地区之一[ 1] 。恢复和重建已退化的生态
系统 ,维持人类生存环境的稳定和持续发展是现代生
态学研究的重要课题[ 2] 。近十年来 ,部分国家重点生
态治理项目 ,如:国家组织的“长江上游防护林体系建
设工程” 、“西部大开发工程” 、“退耕还林还草工程” 、
“十五科技攻关项目”等已经在本区实施 ,一些其它区
域的恢复技术和物种被引用到了该区域 ,产生了一系
列问题 。罗望子(Tamarindus indica L)等是治理退
化燥红土较好的乔木物种 ,但在干热变性土上种植效
果不佳 ,种植桉树(Eucalyptus spp)导致土壤“干化”
＊ 收稿日期:2008-05-22
　基金项目:国家“十一五”科技支撑计划“典型脆弱生态系统重建技术与示范”项目(2006BAC01A11)专题“长江中上游西南山区退化生
态系统综合整治技术与模式”
　作者简介:龙会英(1965-),女 ,副研究员 ,云南蒙自人 ,主要从事热区农业资源研究与利用及干热河谷生态恢复技术示范。 E-m ail:yn-
huiyingl2003@sina.com
　通信作者:沙毓沧(1966-),男 ,云南大姚人 ,研究员 ,主要研究方向为干热区资源利用与退化生态系统修复。 E-mail:rj ssyc@126.com
现象[ 3] ,许多木本植物因为土壤无法提供水分和养分
难以生存而死亡 。有资料报道 ,种树在干旱 、半干旱
地区不合理 ,不符合自然规律。在年均降水量不足
300 mm 的地区 ,天然分布的草原灌丛 ,树木生长的
雨量和有效积温不能满足的话 ,树木很难成活 ,即使
活了 ,也只能长成“小老头树” ,其次会加重土壤的干
旱。与乔木相比 ,豆科牧草具有固土保水作用[ 4] 。
有研究表明 ,在山地果园中合理套种圆叶决明 、平托
花生等生态(牧)草 ,其发生径流次数减少 11.4%,
径流量降低 98.7%,可有效防止水土流失[ 5] ,而且
经济效益显著[ 6] 。豆科牧草对土壤化学特性的改良
优于乔木林 ,0-50 cm 土层乔木林地和草地的有机
质含量分别比荒地高24.8%和 32.3%,全 N 含量高
23.2%和 42.9%[ 7] 。豆科牧草具有保持水土 ,改善
土壤结构 ,增进土壤肥力等作用[ 8] 。豆科牧草和灌
木是元谋干热河谷的主要自然覆盖植被[ 1] ,金沙江
干热河谷植被恢复过程中应特别注重林木 、豆科牧
草和灌木的选择[ 9-10] 。本文对元谋干热河谷轻度退
化山地种植豆科豆科牧草和灌木生态与改良土壤效
应进行研究 ,以期为干旱及半干旱地区的生态恢复
提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　试验地概况
试验在云南省农业科学院热区生态农业研究所
退化土地植被恢复研究基地(25°41′357″N ,101°52′
726″E)进行 ,海拔 1 120 m 。该地夏季高温多雨 ,冬
季低温干旱 ,年均降雨量 599.9 mm ,集中于 6-10
月 ,蒸发量 1 655.0 mm ,年均相对湿度 59.06%,平
均最小相对湿度 15.08%, 平均最大相对湿度
94.30%。年均温 21.50℃,平均最高气温 28.79℃,
平均最低气温 15.84℃, ≥10℃年积温 7 986℃,极
高气温 39.4℃, 极低气温 3.0℃。年均日照时数
2 512 h ,年均无霜期 363 ～ 365 d ,年均地表温度
25.54℃,极高 78.1℃,极低 0.2℃。土壤以燥红土
为主 ,试验地 0 -20 cm 土层深有机质质量分数
0.717%,全氮质量分数 0.066%, 速效磷 6.87
mg/kg ,速效钾89.6 mg/kg , pH 值 6.67 。20-40
cm 土层深有机质质量分数 0.499%,全氮质量分数
0.053%,速效磷 1.98 mg/kg ,速效钾 58.8 mg/kg ,
pH 值 6.90。
1.2　研究方法
1.2.1　试验区建植　豆科豆科牧草为热带优良牧
草柱花草 ,灌木树种为银合欢与帚状合欢草混种 。
2002年 7月建植的人工群落 ,3个样地 ,未种植地为
对照 。试验地种植前施羊粪 15 000 kg/hm2 和过磷
酸钙 600 kg/hm2 作基肥 ,生长期间及时清除杂草 ,
雨养栽培 。样地面积视地形而定 , 柱花草株距 50
cm×50 cm ,每穴种植 2 ～ 3苗;灌木株距 100 cm×
100 cm ,每穴种植 1株。
1.2.2　观测内容与方法
(1)改变小气候效应 。2005年 1月 、5月和 12
月在不同样地采用温湿度计(JTC0113/E)置于 0
cm 处直接观测地表温湿度 , 2005年 1 月 、2 月和 3
月是本区最干旱季节 ,烘干法测定土壤水分 ,每样地
重复 3次。
(2)培肥改土效应。试验地在种植牧草前(2002
年 6月)和种植 2 a 后(2004年 6月)S型采集土壤样
品 ,土壤养分测定数据测定由农业部农产品质量监督
检验测试中心(昆明)提供 ,方法采用:全氮:GB7173;
速效磷 、速效钾:ICP 法;有机质:GB/ T9834;pH:GB/
T7859。2005年 10月环刀法测定土壤容重 、孔隙度
及持水量等指标 ,每样地重复 3次。
(3)数据处理 。M icrosof t Excel软件对数据进
行统计和处理 ,表中试验数据均为平均值 。
2　结果与分析
2.1　种植豆科豆科牧草和灌木部分生态效益
2.1.1　改变小气候效应　豆科牧草和灌木纯人工
种植植被由于不同程度地增加土壤的有机质和速效
N ,P ,K 的含量 ,增强土壤含水量和贮水量 ,减缓和
减少土壤的水分蒸发 ,提高土壤的抗旱能力;降低土
壤盛夏的地表最高温度 ,减少地表温度变化幅度 。
(1)土壤的相对湿度得到提高。在当地最干旱
季节(1-3月),豆科牧草种植样地 0-20 cm 土层
深土壤水分比未种植样地提高 0.1%～ 0.4%,灌木
种植样地提高 0 ～ 0.1%;豆科牧草种植样地 20-40
cm 土层深土壤水分比未种植样地提高 0.1%～
2.5%,灌木种植样地提高 0.1%～ 0.4%。说明豆
科牧草和灌木在覆盖条件下可以有效保持土壤湿度
(表 1)。
(2)缓和土壤表层温湿度 。1 月份豆科牧草覆
盖条件下地表温度比未种植地降低 30%,湿度提高
2%。灌木荫蔽条件下地表温度比未种植地降低
120%,湿度提高 3.4%。5月份豆科牧草覆盖条件
下地表温度比未种植地降低 10%,湿度提高 10%。
灌木荫蔽条件下地表温度比未种植地降低 10%,湿
度提高 1.1%。说明夏季高温期间 ,豆科牧草和灌
木覆盖遮荫可以降低地表温度 ,减少土壤水分的蒸
发 ,提高表层湿度 ,对稳定及缓和地表温湿度具有一
·251·第 1 期 　　　　　　龙会英等:元谋干热区种植豆科牧草和灌木生态效应
定的作用 ,对作物生长非常有利。冬季 12月低温期
间 ,种植豆科牧草和灌木后 ,豆科牧草覆盖条件下地
表温度比未种植地提高 60%,湿度提高 2%。灌木
荫蔽条件下地表温度比未种植地降低 100%,湿度
提高 1.4%。表明豆科牧草和灌木覆盖保温 ,可略
增加地温 ,减霜冻寒害 。
表 1　豆科草灌植物恢复对旱季土壤湿度影响
样 地 土层深/ cm
2005 年 1 月 30 日
土壤湿度/
%
比对照增
(减)/%
2005 年 2 月 30日
土壤湿度/
%
比对照增
(减)/ %
2005年 3月 30 日
土壤湿度/
%
比对照增
(减)/ %
豆科草 0-20 5.8 0.1 5.5 0.4 5.4 0.1
20-40 3.5 0.1 9.5 2.5 9.5 1.3
裸 地 0-20 5.7 5.1 5.3
20-40 3.4 7.0 8.2
豆科灌木 0-20 4.9 0.1 4.2 0.1 3.9 0
20-40 4.8 0.4 4.8 0.1 4.8 0.2
裸 地 0-20 4.8 4.1 3.9
20-40 4.4 4.7 4.6
表 2　种植豆科豆科牧草和灌木对地表温湿度影响
样 地 作物 1 月 30日(15:00)温度/ ℃ 湿度/ %
5 月 30 日(15:00)
温度/ ℃ 湿度/ %
12 月 30 日(15:00)
温度/ ℃ 湿度/ %
草本与灌木植物 豆科草 14.3 54.0 37.5 31.0 24.5 33.7灌 木 14.9 48.0 38.8 33.1 21.4 38.1
未种植地 豆科草 14.6 52.0 37.6 31.1 23.9 31.7灌 木 16.1 44.6 38.7 32.0 22.4 36.7
比对照增(减)/% 豆科草 30.0 2.0 10.0 10.0 60.0 2.0灌 木 120.0 3.4 10.0 1.1 100.0 1.4
2.2　培肥改土效应
2.2.1　土壤化学性质变化　从表 3可以看出 ,豆科
豆科牧草和灌木促进了土壤中的物质循环和富集作
用 ,土壤养分含量增加 ,肥力得到改善。20-40 cm
土层 ,豆科牧草种植样地全氮增加 0.01%,有机质
增加 0.323%;灌木种植样地全氮增加 0.005%,有
机质增加 0.159%。速效钾 、pH 值都表现出相同的
趋势 。种植豆科草本和灌木植物后土壤的速效磷有
减少趋势 ,种植豆科牧草样地减少 3.44 mg/kg ,种
植灌木样地减少 2.14 mg/kg 。说明退化生态系统
的恢复 ,首先要恢复系统中的植被 ,通过植物与土壤
相互作用 ,改善了土壤结构 ,土壤肥力也可得到一定
提高[ 11] 。
2.2　土壤机械组成及物理性质变化
从表 4可以看出 ,豆科豆科牧草和灌木种植样
地土壤容重比对照低 ,从垂直变化看土壤容重随深
度的深入而增大。在豆科牧草种植样地土壤的总孔
隙度 、土壤毛管孔隙度 、土壤非毛管孔隙度 、土壤持
水量比对照高。在灌木种植样地 , 0-20 cm 土壤层
的总孔隙度 、土壤毛管孔隙度 、土壤非毛管孔隙度 、
土壤持水量比对照高;20-40 cm 土层土壤的总孔
隙度 、土壤毛管孔隙度 、土壤非毛管孔隙度 、土壤持
水量比对照低 ,有待进一步的研究。总体趋势为豆
科牧草和灌木种植样地土壤容重减少 、孔隙度的增
加有利于土壤水分的保持 ,土壤持水量提高 ,对于降
水稀少的干旱半干旱地区具有极其重要意义。
表 3　种植豆科豆科牧草和灌木 2 a前后试验地土壤养分变化(20-40 cm)
项 目 豆科豆科牧草种植样地
2002 年 2004年 养分变化
豆科灌木植物种植样地
2002 年 2004年 养分变化
全氮/ % 0.077 0.087 0.010 0.066 0.071 0.005
速效磷/(mg · kg-1) 8.31 4.87 -3.440 5.330 3.190 -2.140
速效钾/(mg · kg-1) 117 122 5.00 73.500 78.10 4.600
有机质/ % 0.777 1.10 0.323 0.695 0.854 0.159
pH 值 7.43 7.52 0.090 7.20 7.520 0.320
·252· 水 土 保 持 研究 　　　　　 第 16 卷
表 4　种植豆科豆科牧草和灌木后不同深层土壤物理性质变化
样 地 土层深/
cm
容重/
(g · cm -3)
总孔隙度/
%
土壤毛管
孔隙度/ %
土壤非毛管
孔隙度/ %
土壤持水
量/ %
豆科牧草 0-20 1.49 35.17 32.57 13.34 65.16
20-40 1.67 31.92 31.92 12.84 63.84
裸 地 0-20 1.63 34.23 32.23 12.25 64.19
20-40 1.70 28.86 28.86 11.89 57.71
两者差距 0-20 0.14 0.94 0.34 1.09 0.97
20-40 0.03 3.06 3.06 0.95 6.13
灌 木 0-20 1.78 30.00 30.01 13.19 60.01
20-40 1.69 26.01 26.01 10.61 52.02
裸 地 0-20 1.62 28.88 28.88 11.04 57.76
20-40 1.63 27.57 27.57 11.04 55.13
两者差距 0-20 0.16 1.12 1.13 2.15 2.25
20-40 0.06 1.56 1.56 0.43 3.11
3　结论与讨论
(1)群落小气候的形成是植被与环境综合作用
的结果 ,是群落质量的综合反映 ,也是退化植被恢复
和重建效果评价的一个重要指标[ 12] 。种植豆科豆
科牧草和灌木后 ,豆科豆科牧草和灌木的发育可改
变土壤和空气及土壤表层湿度条件 ,使得微气候发
生变化 , 进而创造一个促进生物生长的有利环
境[ 13] ,有利于植物的定居和生长 。
(2)植被恢复与土壤恢复是相互促进的 ,这种作
用随着植被恢复而不断增强。在轻度退化土壤上种
植豆科豆科牧草和灌木后 ,随着种植年限的增加 ,由
于豆科牧草和灌木的根系 、土壤微生物及动物的共
同作用 ,使土壤的机械组成和其它理化性质发生了
较大变化 ,土壤营养元素供应容量和供应强度都有
一定程度的改善 。具体表现在:与对照相比 ,土壤颗
粒组成减小 ,容重低 ,孔隙度高 ,土壤持水能力提高;
土壤有机碳 、全氮 、速效钾 、pH 含量均高于对照 。
速效磷有减少趋势。
(3)本研究与前人研究基本一致:金沙江干热河谷
植被恢复中 ,不同类型植被蓝桉乔木林和扭黄毛草被
的改良土壤效应 ,草被对土壤化学特性的改良优于乔
木林[ 7] 。金沙江干热河谷的自然植被恢复应以稀树灌
草为主体[ 14] 。稀树灌草丛 ,植物群落比人工促进恢复
方式的复杂 ,生物多样性体现较好 ,灌木类逐渐转向耐
旱、耐热 、耐火 、更新力强的抗逆类型发展[ 15] 。
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