黄土丘陵区弃耕地恢复过程中土壤与植物恢复特征

薛超玉，焦 峰,2,,张海东,汝海丽

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100； 2.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西 杨凌712100；3.中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌712100)



黄土丘陵区弃耕地恢复过程中土壤与植物恢复特征

薛超玉1，焦 峰1,2,3,张海东1,汝海丽3

(1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西 杨凌 712100； 2.西北农林科技大学水土保持研究所，陕西 杨凌712100；3.中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌712100)

摘要：采用对比分析以及空间代替时间的方法，根据黄土丘陵区5个恢复年限(0-5、6-10、11-15、16-20和21-25年)弃耕地的调查数据，研究其在植被恢复过程中随着弃耕年限的增加植物群落生物量及其土壤养分的变化特征。结果表明，在5个恢复阶段内黄土丘陵区主要的优势物种依次为赖草(Leymus scalinus)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemun)。期间，Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(Jsw)、Margalef丰富度指数(Dma)总体上均呈先增大后减小的趋势，其植被覆盖度呈逐渐增加的趋势，这表明黄土丘陵区的植被生物量在自然和人工恢复方式下可以逐渐增加。随着植被恢复年限的增加，黄土丘陵区地上生物量总体上呈现先减少后增加的趋势。土壤养分含量随土层深度(0-20、20-40、40-60 cm)的增加而下降，随植被恢复年限的增加土壤有机质、全N和速效K含量呈先减少后增大的趋势，土壤全P含量呈先增大后减小的趋势。植被恢复过程中，21-25年的土壤有机质和全N含量达到峰值，16-20年的土壤全P含量达到峰值，这表明在植被恢复过程中黄土丘陵区土壤养分含量能够得到一定改善，但改善速度缓慢。

关键词：黄土丘陵区；恢复年限；植物群落；植物生物量；土壤养分

弃耕地是指原来进行农业经营的土地不再进行农业耕种而撂荒的土地[1]。弃耕的主要原因是土壤贫瘠、生态条件恶化、产出量小或是受人力条件的限制无力再继续经营下去了，其中由于地力下降而导致的撂荒是主要的原因[2]。弃耕演替为进展演替可以为生态恢复规划提供指导，但要恢复为稳定的生态系统可能会经历很长一段时间[3]。黄土丘陵区是我国乃至全球水土流失最严重的地区，水土流失、土壤退化等已成为困扰该区可持续发展和农民脱贫致富的主要问题[4-6]。近年来，我国学者对植被生态恢复进行了深入研究，其研究的内容主要集中在群落的物种组成[7-9]、植被生物量[10-11]、生物多样性[12-14]以及不同修复模式对植被群落的影响[15]等方面。研究发现，在植被恢复过程中物种增加速度初期快，后期慢[16]，植被群落多样性随群落演替发展而增高[17]，在演替过程中物种丰富性显著提高，均匀性逐渐降低[10]。植被恢复与土壤养分变化存在着密切的联系[18]，在植被恢复的过程中不仅可以增加土壤养分含量[19-21]，同时植被生物量的增加也有利于降低土壤养分的损耗[22-23],有研究表明植被恢复过程中土壤养分和有机质等含量有所提高[24-25]。弃耕初期，植物群落的枯落物回归作用非常微弱，土壤养分库处于流失状态[26]。随着植被恢复和群落演替的进行，植被枯落物逐渐增多，土壤养分又开始增加[27]。土壤C/N的变化特征有助于监测土壤质量的变化趋势，土壤C/N的高低既反映了陆地生态系统中土壤微生物的群落结构特征[28]，又在一定程度上指示植被凋落对土壤有机氮的积累贡献[29]。植被或管理措施的变化会影响土壤有机碳氮含量及其土壤C/N[30-31]。以往的研究内容主要集中于分析植被或土壤养分变化的特征，而有关植被恢复过程中随生物量和物种多样性的变化对土壤养分的影响鲜有报道。本研究以黄土丘陵区为研究区域，从不同植被恢复阶段分析土壤养分随植被生物量和物种多样性改变的变化趋势，以期为黄土丘陵区的植被恢复和土壤质量的改善提供理论依据。

1研究地区和研究方法

1.1样地自然概况

研究样地位于陕北安塞县，属于陕北黄土丘陵沟壑区，地处108°5′44″-109°26′18″E,36°30′45″-37°19′31″E。最高海拔为1 731.1 m，最低海拔为1 012 m，平均海拔为1 371.9 m。气候类型为中温带大陆性半干旱气候，春季降水少，多风沙，易出现春旱现象，夏季多暴雨，水土流失严重。年均日照时数2 300～2 570 h，年均降水量505.3 mm，年均气温8.8 ℃，≥10 ℃年积温3 170.3 ℃·d，无霜期157 d，土壤类型为黄绵土。天然草地植被群落为猪毛蒿(Artemisiascoparia)、白羊草(Bothriochloaischaemun)、达乌里胡枝子(Lespedezadavurica)、草木樨状黄芪(Astragalusmelitoloides)、茭蒿(A.giraldii)、铁杆蒿(Ar.gmelinii)、硬质早熟禾(Poasphondylodes)、阿尔泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)和长芒草(Stipabungeana)等。

1.2研究方法

采用对比分析和时空互代方法，研究黄土丘陵区地上生物量及土壤养分在不同植被恢复年限的变化特征，通过访谈、查证资料来确定每块样地的植被群落恢复时间，植被恢复的时间序列及其主要的植物群落类型。每种演替阶段选择立地条件相近的10个样地，每个样地内按对角线等距离设置调查样方(2 m×2 m)进行草本层调查，记录样方内群落的物种组成、盖度、坡向、海拔等(表1)，采样时间为2013年7月。选取Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Margalef丰富度指数(Dma)3个指标表征植被群落的物种多样性特征，采用 Pielou均匀度指数(Jsw)表征植被群落的物种分布均匀程度。地上生物量采用“收获法”把样方内同一群落的各植被地上部分收割后带回实验室称重，在80 ℃恒温下烘干至恒重，测得其干重并相加获得群落的地上生物量。用根钻在样地内随机选取样点，以20 cm为间隔将土层分为3层,依次为0-20、20-40和40-60 cm,用四分法取大约1 kg土样带回实验室进行分析。土壤养分的测定方法分别为：土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法，全N采用半微量开氏法(K2SO4-CuSO4-Se蒸馏法)，全P采用钼锑抗比色法(HClO4-H2SO4法)，速效K采用原子吸收光谱法(NH4OAc浸提法)[32]。

表1　样地概况

1.3数据分析

在Excel和SPSS中进行数据统计和处理，在Excel中主要进行数据的运算,计算变量的均值和标准差。在SPSS中使用方差同质性检验进行均值比较，分析其显著性，用DPS数据处理系统分析要标识的显著性字母，在Sigma Plot 10.0对处理的数据分析、出图。

2结果与分析

2.1植物群落物种及种群结构变化

黄土丘陵区弃耕地在25年的植被恢复过程中，其物种数呈现先上升再下降再上升的趋势，且主要优势植物种发生更替。其中，0-5年的物种组成最少，由27种植物组成，隶属10科24属，主要优势物种为赖草，其优势度为23.09%；6-10年的植物群落由32种植物组成，分属10科25属，优势物种为猪毛蒿，优势度为34.37%；11-15年的植物群落由33种植物组成，隶属9科26属，主要优势物种为达乌里胡枝子，其优势度为21.53%；16-20年的植物群落由29种植物组成，分属11科23属，优势物种为长芒草，优势度为38.62%；21-25年的植物群落由35种植物组成，隶属14科27属，其中的主要优势物种为白羊草，其优势度为41.33%(表2)。

Simpson多样性指数总体呈现递增趋势且增加幅度较大，在0-5年处于最低值(0.54)，在16-20年处于最大值(0.72)。Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数整体趋势为先上升后下降，均在0-5年处于最小值，在11-15年处于最大值，最小值分别为1.27和0.28，最大值分别为1.63和0.36。Mar-galef丰富度指数其变化趋势为先增加后降低，在0-5年处于最低值，值为26.84，在6-10年达到峰值，为36.07。植被覆盖度呈现明显上升趋势，0-5年最低，为 14%，21-25年最高，为 73%(表3)。

表2　不同恢复年限植物群落组成

Note：Ns, number of species; Nf, number of families; Ng, number of genera.

表3　不同恢复阶段植被物种多样性及盖度

注：同列不同小写字母表示不同恢复平限间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lower case letters indicate significant difference among different restoration periods at 0.05 level.

2.2植物地上生物量

在25年的植被恢复过程中，植被生物量呈先减少后增加的趋势，6-10年的植物群落地上生物量最低，为64.47 g·m-2，而在21-25年，其地上生物量达到峰值，为185.49 g·m-2，其地上生物量的最大值比最小值多121.02 g·m-2。0-5年的植被生物量为83.03 g·m-2，11-15年和16-20年的植被生物量分别为110.14和103.78 g·m-2。在整个变化趋势中，6-10年和16-20年两个恢复年限出现回落现象，6-10年的生物量比0-5年减少了18.56 g·m-2，而16-20年的生物量比11-15年减少了6.36 g·m-2(图1)。

2.3土壤养分含量

同一植被恢复阶段，土壤养分含量均随土层深度的增加而减少，0-20 cm土层深度的有机质、全N、全P和速效K含量最高，40-60 cm土层土壤养分含量基本最低。同一土层深度不同植被恢复阶段土壤养分含量有所不同。土壤有机质、全N和速效K含量变化趋势相一致，均为先减小后增大，而全P则呈现先增大后减小的趋势。以0-20 cm的土层深度为例， 6-10年土壤有机质含量处于最低值，为5.11 g·kg-1，而21-25年土壤有机质含量达到峰值，为6.97 g·kg-1，相比较6-10年的有机质含量增加了约36%。6-10年的土壤全N含量为0.3 g·kg-1，处于最低值，21-25年的土壤全N含量达到最大值，为0.4 g·kg-1，比6-10年的土壤全N含量增加了33%。速效K在0-5年和6-10年的含量均比较低，但6-10年的速效K含量处于最低值，为41.85 mg·kg-1，21-25年速效K的含量为75.76 mg·kg-1，达到峰值，比6-10年的速效K含量增加了约81%。0-20 cm的土层中，土壤全P在0-5年和6-10年的含量相同，均为0.54 mg·kg-1，为最低值，而在16-20年，全P含量达到最大值，为0.58 mg·kg-1，比最低值的速效K含量增加了7%(图2)。

图1　不同恢复年限植被群落地上生物量

注：不同小写字母表示恢复年限间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lower case letters indicate significant difference among different restoration period at 0.05 level.

图2　不同恢复阶段土壤养分含量

注：不同小写字母表示同一土层不同恢复年限间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lower case for the same layer indicate significant difference among different restoration years at 0.05 level.

2.4土壤C/N的变化特征

随着土壤剖面的加深，其C/N基本呈现递减趋势，以16-20年为例，0-20 cm土层的C/N最大,为17.11，40-60 cm土层的C/N最小,为16.09，其最大值约为最小值的1.06倍。而同一土层深度的土壤C/N随着恢复年限的延长亦呈递减趋势，0-20 cm的土壤C/N在0-5年处于最大值(17.38)，16-20年处于最小值(17.11)，21-25年出现明显回升趋势；20-40 cm的土壤C/N呈递减趋势，在0-5年最高(16.94)，21-25年降到最低(16.35)；40-60 cm的土壤C/N处于下降趋势，在16-20年降到最低值(16.09)，随后在该转折点出现明显的回升现象(图3)。

2.5地上生物量与土壤养分的关系

在植被恢复过程中，植物群落地上生物量与20-40 cm土壤有机质、20-40和40-60 cm速效K呈显著正相关(P<0.05)，与0-20 cm土壤速效K呈极显著正相关(P<0.01)。植被地上生物量与0-20、20-40cm的土壤全P无显著相关，而与40-60cm的土壤全P呈负相关(P>0.05)。可以看出，黄土丘陵区在植被恢复的过程中可以提高土壤有机质和速效K的含量，但是其对土壤全N、全P含量的影响不大(表4)。

图3　不同恢复阶段土壤C/N

表4　不同恢复年限地上生物量与土壤养分的相关系数

注：*和**表示显著(P<0.05)和极显著相关(P<0.01)。

Note：* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 level,respectively.

3讨论与结论

植被群落生产力水平是生态系统结构和功能的重要表现形式[33]，黄土丘陵区弃耕地在不同恢复年限由不同植被群落组成，但其总体呈现先减少后增加的趋势，撂荒初期植被群落多为一、二年生草本群落，其主要的优势物种为赖草和猪毛蒿，其植被在生长过程中能够利用撂荒初期丰富的土壤养分资源迅速生长，植被生长较快。然而0-5年的植被覆盖度最低，其土壤养分随雨水冲刷到深层或沿坡向流失，因而植被在恢复初期水土保持作用较弱。随植被恢复年限的增加，赖草和猪毛蒿群落逐渐被达乌里胡枝子、长芒草和多年生草本白羊草群落代替，其植被生物量呈明显增加趋势，且21-25年的植被覆盖度达到最高值(73%)，比0-5年的植被覆盖度提高了59 个百分点，表明弃耕初期的次生裸地在植被恢复过程中其植被群落生物量及植被覆盖度增加显著，此时土壤养分因降雨冲刷而造成的水土流失有所降低，植被恢复对水土保持作用明显。植物群落的地上生物量的总体趋势是逐渐增加的，恢复初期生物量较少，在6-10年植被地上生物量处于最低值，21-25年植物地上生物量达到最大值，比6-10年增加了约65%，植被生物量增加趋势明显，这表明退耕之后在人工或者自然恢复的方式下，可以逐渐增加黄土丘陵区的植物地上生物量，缓解水土流失，改善其生态系统。但是，黄土丘陵区植被恢复过程非常缓慢，在进行生态恢复过程中植被的保护与适宜性管理也十分重要。

弃耕年限反映的植被土壤效应是演替过程中各种因素，包括植物群落、地上生物量等[34]，土壤养分含量随演替进行而呈现不同的变化特点[35]。研究发现，黄土丘陵区土壤有机质、全N、速效K含量均在6-10年处于最低值，在21-25年其含量达到峰值，而全P含量区别于有机质、全N和速效K含量的变化在0-5年呈现最低值，而在16-20年达到峰值。土壤养分的变化趋势表明，在植被恢复的初期阶段，不同群落植物快速生长,不断吸收土壤养分，且恢复初期其植被覆盖度非常低，植被的枯落物很少，其回归作用微弱，同时黄土丘陵区夏季多暴雨出现，土壤养分被降雨冲刷到土壤深层或沿坡向流失，所以，此时的土壤养分处于流失状态。然而，在植被不断演替的过程中不同群落植被生物量不断增加，此时虽然植被对土壤养分也处于吸收状态，但植被覆盖度很高，枯落物增多，其回归作用增强，降雨对土壤养分的冲刷作用减弱，其水土流失减少，土壤养分含量增加。土地利用变化首先改变了地表覆盖和植被类型，进而改变了植被生产力，这必然会影响土壤有机碳截存[36]，土壤C/N也会发生改变。从横向上看，黄土丘陵区土壤的C/N随恢复年限的增加而下降，从纵向上看，土壤的C/N随土层深度的增加而逐渐降低。这是由于在植被恢复过程中植被枯落物对各土壤养分回归作用的不同使土壤C、N累积量存在一定差异，导致了土壤C/N的不同。植被恢复初期，土壤碳累积量较大，氮累积量较少，故在早期植被恢复过程中其C/N较大，随着恢复年限的增加，土壤碳累积量较少，但由于植被枯落物的增加，土壤氮含量增加，此时C/N较小。

在植被恢复过程中植物群落地上生物量与土壤养分有一定相关性，研究发现，植物地上生物量与土壤有机质、全N以及速效K含量显著相关(P<0.05)，而与土壤全P含量无显著相关性(P>0.05)。地上生物量与土壤养分的相关性表明，在植被恢复过程中，植被群落与土壤养分具有一定的互动效应。退耕为植被恢复和生长特别是草本植物提供了有利的生长条件，而土壤养分，特别是土壤有机质和氮素主要来源于植物枯落物和动植物残体，所以随着退耕时间的增长、植被恢复和植被群落演替的进行，为土壤养分富集提供了基础，土壤养分的富集同时也为植被的正常生长和植被群落的演替提供了支持[37]。在植被持续恢复的过程中，随恢复年限的增加，植被枯落物逐渐增多，植物群落枯落物的回归作用增强，土壤发育明显，土壤有机质、全N以及速效K含量增加，土壤养分处于富集状态。由植被与土壤养分的互动效应可知，土壤养分富集的过程中也能更好地促进植被群落的生长，土壤养分的增加可以为植被恢复提供良好的生存环境，土壤有机质、全N以及速效K含量增加能够促进植物群落的繁衍，增加植物群落枯落物，扩大植被覆盖度。植被恢复过程中，植被与土壤养分间关系密切，群落植被地上生物量的增加可以在一定程度上改善土壤质量，土壤质量的提高又进一步促进生物量的增加。

参考文献(References)

[1]宋娟丽,吴发启,姚军,佘雕,包耀贤.弃耕地植被恢复过程中土壤理化性质演变趋势研究.干旱地区农业研究,2009,27(3):168-173.

Song J L,Wu F Q,Yao J,She D,Bao Y X.Changes of soil physical and chemical properties during vegetation restoration on abandoned cropland.Agricultural Reaearch in the Arid Areas,2009,27(3):168-173.(in Chinese)

[2]戎郁萍.我国弃耕地植被的恢复与重建研究概述.四川草原,2004(5):1-4.

Rong Y P.Review of the grassland restoration and reconstruction of the abandoned land.Si Chuan CaoYuan,2004(5):1-4.(in Chinese)

[3]朱桂林,山仑,刘国斌.弃耕演替与恢复生态学.生态学杂志,2004,23(6):94-96.

Zhu G L,Shan L,Liu G B.Abandoned cultivation succession and restoration ecology.Chinese Journal of Ecology,2004,23(6):94-96.(in Chinese)

[4]傅伯杰,陈利顶,邱扬.黄土丘陵沟壑区土地利用结构与生态过程.北京:商务印书馆,2002:1-12.

Fu B J,Chen L D,Qiu Y.Land Use Structure and Ecological Process in the Loess Hilly Gully Region.Beijing:Commercial Press,2002:1-12.(in Chinese)

[5]水利部,中国科学院,中国工程院.中国水土流失防治与生态安全,西北黄土高原区卷.北京:科学出版社,2010:113-132.

Ministry of Water Resources,Chinese Academy of Sciences,Chinese Academy of Engineering.Prevention and Control of Soil Erosion and Ecological Security in China,Northwest Loess Plateau.Beijing:Science Press,2010:113-132.(in Chinese)

[6]Wang X J,Gong Z T.Ecological effects of land use patterns in red soil hilly region.Pedosphere,1995,5(2):163-170.

[7]王国梁,刘国彬,刘芳,侯喜禄,周生路.黄土沟壑区植被恢复过程植物群落组成及结构变化.生态学报,2003,23(12):2550-2557.

Wang G L,Liu G B,Liu F,Hou X L,Zhou S L.Changes in composition and structure of plant communities during the course of restoration at Loess gully region.Acta Ecologica Sinica,2003,23(12):2550-2557.(in Chinese)

[8]唐龙,梁宗锁,杜峰,郝文芳.陕北黄土高原丘陵区撂荒演替及其过程中主要乡土牧草的确定与评价.生态学报,2006,26(4):1165-1175.

Tang L,Liang Z S,Du F,Hao W F.Vegetation succession of arable old land after being abandoned in Loess plateau hilly region and ascertaining dominant native herbages in the process,analyzing their chemical nutrient composition.Acta Ecologica Sinica,2006,26(4):1165-1175.(in Chinese)

[9]温仲明,焦峰,刘宝元,卜耀军,焦菊英.黄土高原森林草原区退耕地植被自然恢复与土壤养分变化.应用生态学报,2005,16(11):2025-2029.

Wen Z M,Jiao F,Liu B Y,Bu Y J,Jiao J Y.Natural vegetation restoration and soil nutrient dynamics of abandoned farmlands in forest-steppe zone on Loess Plateau.Chinese Journal of Applied Ecology,2005,16(11):2025-2029.(in Chinese)

[10]张金屯,柴宝峰,邱扬,陈廷贵.晋西吕梁山严村流域撂荒地植物群落演替中的物种多样性变化.生物多样性,2000,8(4):378-384.

Zhang J T,Chai B F,Qiu Y,Chen T G.Changes in species diversity in the succession of plant communities of abandoned land in Lvliang mountain western Shanxi.Chinese Biodiversity,2000,8(4):378-384.(in Chinese)

[11]郑翠玲,曹子龙,赵廷宁,孙保平,丁国栋.浑善达克沙地南缘农牧交错带弃耕地植被的演替规律.中国水土保持科学,2005,3(1):72-76.

Zheng C L,Cao Z L,Zhao T N,Sun B P,Ding G D.Succession disciplinarian of vegetation in abandoned land in agricultural cross bedding on south edge of Otindag sandy land.Science of Soil and Water Conservation,2005,3(1):72-76.(in Chinese)

[12]杨阳,刘秉儒.宁夏荒漠草原不同群落生物多样性与生物量关系及影响因子分析.草业学报,2015,24(10):48-57.

Yang Y,Liu B R.Impact factors and relationships between biodiversity and biomass of different communities in the desert steppe of Ningxia.Acta Prataculturae Sinica,2015,24(10):48-57.(in Chinese)

[13]李裕元,邵明安.子午岭植被自然恢复过程中植物多样性的变化.生态学报,2004,24(2):252-260.

Li Y Y,Shao M A.The change of plant diversity during natural recovery process of vegetation in Ziwuling area.Acta Ecologica Sinica,2004,24(2):252-260.(in Chinese)

[14]李裕元,邵明安.黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植物多样性研究.应用生态学报,2005,16(12):2321-2327.

Li Y Y,Shao M A.Degradation process and plant diversity of alfalfa grassland in north Loess plateau of China.Chinese Journal of Applied Ecology,2005,16(12):2321-2327.(in Chinese)

[15]贾俊姝,李文忠,高国雄,李得庆,李永良.大通县退耕还林不同配置模式物种多样性的研究.西北林学院学报,2006,21(3):1-6.

Jia J S,Li W Z,Gao G X,Li D Q,Li Y L.Species diversity of different species arrangement models in converting cropland to forest in Datong,Qinghai.Journal of Northwest Forestry University,2006,21(3):1-6.(in Chinese)

[16]侯扶江,肖金玉,南志标,常生华.重牧退化草地的植被、土壤及其耦合特征.应用生态学报,2002,13(8):915-922.

Hou F J,Xiao J Y,Nan Z B,Chang S H.Characteristics of vegetation,soil and their coupling of degraded grasslands.Chinese Journal of Applied Ecology,2002,13(8):915-922.(in Chinese)

[17]黄忠良,孔国辉,何道泉.鼎湖山植物群落多样性的研究.生态学报,2000,20(2):193-198.

Huang Z L,Kong G H,He D Q.Plant community diversity in Dinghushan Nature Reserve.Acta Ecology Sinica,2000,20(2):193-198.(in Chinese)

[18]孔祥斌,张凤荣,齐伟,徐艳.集约化农区土地利用对土壤养分的影响.地理学报,2003,58(3):333-342.

Kong X B,Zhang F R,Qi W,Xu Y.The influence of land use change on soil fertility in intensive agricultural region.Acta Geographica Sinica,2003,58(3):333-342.(in Chinese)

[19]Karlen D L,Rosek M J,Gardner J C,Allan D L,Alms M J.Conservation reserve program effects on soil quality indicators.Soil and Water Conservation,1999,5(4):439-444.

[20]王国宏.黄土高原自然植被演替过程中的植物特征与土壤元素动态.植物学报,2002,44(8):990-998 .

Wang G H.Plant traits and soil chemical variables during a secondary vegetation succession in abandoned fields on the Loess Plateau.Acta Botanica Sinica,2002,44(8):990-998.(in Chinese)

[21]巩杰,陈利顶,傅伯杰,李延梅,黄志霖,黄奕龙,彭鸿嘉.黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响.应用生态学报,2004,15(12):2292-2296.

Gong J,Chen L D,Fu B J,Li Y M,Huang Z L,Huang Y L,Peng H J.Effects of land use and vegetation restoration on soil quality in a small catchment of the Loess Plateau.Chinese Journal of Applied Ecology,2004,15(12):2292-2296.(in Chinese)

[22]Haynes R J.Labile organic matter as an indicator of organic matter quality in arable and pastoral soils in New Zealand.Soil Biology and Biochemistry,2000,32:211-219.

[23]贾松伟,贺秀斌,陈云明.黄土丘陵区退耕撂荒对土壤有机碳的积累及其活性的影响.水土保持学报,2004,18(3):78-84.

Jia S W,He X B,Chen Y M.Effect of land abandonment on soil organic carbon sequeatration in Loess hilly areas.Journal of Soil and Water Conservation,2004,18(3):78-84.(in Chinese)

[24]Ma X H,Jiao J Y.Characteristics of vegetation with natural restoration in removal lands in loess hilly and gully region and the relationship between the characteristics and soil environment.Science of Soil and Water Conservation,2005,3(2):15-31.

[25]Gebhart D L,Johnson H B,Mayeux H S,Polley H W.CRP increases soil organic carbon.Soil and Water Conservation,1994,4(9):488-492.

[26]曲国辉,郭继勋.松嫩平原不同演替阶段植物群落和土壤特性的关系.草业学报,2003,12(1):18-22.

Qu G H,Guo J X.The relationship between different plant communities and soil characteristics in Songne grassland.Acta Prataculturae Sinica,2003,12(1):18-22.(in Chinese)

[27]安慧,杨新国,刘秉儒,李学斌,何秀珍,宋乃平.荒漠草原区弃耕地植被演替过程中植物群落生物量及土壤养分变化.应用生态学报,2011,22(12):3145-3149.

An H,Yang X G,Liu B R,Li X B,He X Z,Song N P.Changes of plant community biomass and soil during the vegetation succession on abandoned cultivated land in desert steppe region.Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(12):3145-3149.(in Chinese)

[28]Hogberg M N,Hogberg P,Myrold D D.Is microbial community in boreal forest soils determined by pH,C to N ratio,the trees,or all three.Oecologia,2007,150(4):590-601.

[29]唐国勇,苏以荣,肖和艾,黄道友,刘守龙,黄敏,吴金水.湘北红壤丘岗稻田土壤有机碳、养分及微生物生物量空间变异.植物营养与肥料学报,2007,13(1):15-21.

Tang G Y,Su Y R,Xiao H A,Huang D Y,Liu S L,Huang M,Wu J S.Spatial variation in organic carbon,nutrients and microbial biomass contents of paddy soils in hilly red soil region.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2007,13(1):15-21.(in Chinese)

[30]张普,刘卫国.黄土高原中部黄土沉积有机质记录特征及C/N指示意义.海洋地质与第四纪地质,2008,28(6):120-124.

Zhang P,Liu W G.Loess sedimentary organic matter records from the central Chinese Loess plateau and the implication of C/N.Marine Geology & Quaternary Geology,2008,28(6):120-124.(in Chinese)

[31]Dou F,Wrignt A L,Hons F M.Depth distribution of soil organic C and N after long-term soybean cropping in Texas.Soil & Tillage Research,2007,94(2):530-536.

[32]肖珊美,刁银军.土壤检验技术.北京:化学工业出版社,2012:98-162.

Xiao S M,Diao Y J.Soil Testing Technology.Beijing:Chemical Industry Press,2012:98-162.(in Chinese)

[33]王彦龙,马玉寿,施建军,董全民,吴海艳,盛利,杨时海,李世雄.黄河源区高寒草甸不同植被生物量及土壤养分状况研究.草地学报,2011,19(1):1-6.

Wang Y L,Ma Y S,Shi J J,Dong Q M,Wu H Y,Sheng L,Yang S H,Li S X.Investigation of biomass and soil nutrition of different vegetation type at alpine meadow in Yellow River headwater area.Acta Agrestia Sinica,2011,19(1):1-6.(in Chinese)

[34]杜峰,梁宗锁,徐学选,山仑,张兴昌.陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应.生态学报,2007,27(5):1673-1683.

Du F,Liang Z S,Xu X X,Shan L,Zhang X C.The community biomass of abandoned farmland and its effects on soil nutrition in the Loess hilly region of northern Shaanxi.Acta Ecologica Sinica,2007,27(5):1673-1683.(in Chinese)

[35]曲国辉,郭继勋.松嫩平原不同演替阶段植物群落和土壤特性的关系.草业学报,2003,12(1):18-12.

Qu G H,Guo J X.The relationship between different plant communities and soil characteristics in Songnen grassland.Acta Prataculturae Sinica,2003,12(1):18-12.(in Chinese)

[36]许浩,张源润,潘占兵,董立国,蔡进军,季波,王月玲,李生宝.黄土丘陵区苜蓿地的土壤呼吸.草业科学,2013,30(4):535-540.

Xu H,Zhang Y R,Pan Z B,Dong L G,Cai J J,Ji B,Wang Y L,Li S B.A study on the soil respiration of alfalfa field in the Loess hilly region.Pratacultural Science,2013,30(4):535-540.(in Chinese)

[37]焦峰,温仲明,焦菊英,赫晓慧.黄丘区退耕地植被与土壤水分养分的互动效应.草业学报,2006,15(2):79-84.

Jiao F,Wen Z M,Jiao J Y,He X H.Reciprocal effects among vegetation,soil moisture and nutrients of cropland to forest and grassland in the Loess hilly region.Acta Prataculturae Sinica,2006,15(2):79-84.(in Chinese)

(责任编辑武艳培)

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0428

*收稿日期：2015-08-06接受日期：2015-10-19

基金项目：国家自然科学基金项目(41271043、31370455)；中国科学院知识创新工程“百人计划”项目

通信作者：焦峰(1967-)，男，陕西三原人,副研究员，博士，主要从事生态水土保持研究。E-mail：Jiaof@nwsuaf.edu.cn

中图分类号：S151.9

文献标识码：A

文章编号：1001-0629(2016)3-0368-09* 1

Corresponding author:Jiao FengE-mail:Jiaof@nwsuaf.edu.cn

The characteristics of plant species and soil quality in the restoration process of the Loess Hilly Region

Xue Chao-yu1， Jiao Feng1,2,3， Zhang Hai-dong1， Ru Hai-li3

(1.College of Resources and Environment at Northwest A & F University, Yangling 712100, China;2.Institute of soil and water conservation at Northwest A&F University, Yangling 712100, China;3. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)

Abstract:Using the methods of comparative analysis and substituting temporal serial with spatial serial, the changing characteristics of plant communities biomass and soil nutrient in the process of plant restoration were studied based on the survey data of abandoned lands in the Loess Hilly Region with the five different ecological restoration periods (0-5,6-10,11-15,16-20,and 21-25 years). The results showed that the main dominant species in the Loess Hilly Region with these five plant restoration periods were Leymus scalinus, Artemisia scoparia, Lespedeza davurica, Stipa bungeana and Bothriochloa ischaemun, respectively. Generally, Simpson index, Shannon-Wiener index, Pielou index and Margalef index increased firstly and then decreased which suggested that the ecological system in the Loess Hilly Region can gradually improved by both natural and artificial restoration modes. With the increase of restoration period, the aboveground biomass, soil organic matter, total nitrogen and available nitrogen content decreased firstly and then increased, however, the total phosphorus content changed in opposite way. The soil nutrient contents in different layer decreased with soil depth (0-20 cm, 20-40 cm, 40-60 cm) increased. Soil organic matter and total nitrogen reached the peak in area with the 21-25 years restoration period and total phosphorus content reached the peak in area with the 16-20 years restoration period which indicated that the content of soil nutrient in the Loess Hilly Region can be gradually improved with low speed.

Key words:Loess Hilly Region; restoration period; plant communities; plant biomass; soil nutrient

薛超玉,焦峰,张海东,汝海丽.黄土丘陵区弃耕地恢复过程中土壤与植物恢复特征.草业科学,2016,33(3)：368-376.

Xue C Y,Jiao F,Zhang H D,Ru H L.The characteristics of plant species and soil quality in the restoration process of the Loess Hilly Region.Pratacultural Science，2016,33(3)：368-376.

前植物生产

第一作者：薛超玉(1991-)，女，河南开封人,在读硕士生,主要从事水土保持(植被生物量和土壤养分)研究。E-mail：xcy2010gis@163.com