刘 彤，毛 亮，庞晓攀，金少红，张 静，郭正刚

(草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院 草业科学国家级实验教学示范中心(兰州大学)，甘肃 兰州 730020)

前植物生产层

青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复过程中土壤水分和养分含量变化的影响

刘 彤，毛 亮，庞晓攀，金少红，张 静，郭正刚

(草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院 草业科学国家级实验教学示范中心(兰州大学)，甘肃 兰州 730020)

工程迹地面积严重影响着青藏高原受损天然草原的恢复程度。本研究测定了历经18年恢复期的不同面积的工程迹地(55、156、254、583 m2)的土壤水分、有机质和养分含量，以工程迹地附近的青藏苔草(Carexmoorcroftii)+紫花针茅(Stipapurpurea)天然草原作为对照，揭示工程迹地面积对土壤持水力、养分潜力和养分供给能力恢复程度的影响。结果表明，工程迹地面积小于254 m2时，0-20 cm土层土壤含水量与天然草原土壤差异不显著(Pgt;0.05)，但当其增至583 m2时，土壤含水量却显著低于天然草原(Plt;0.05)；工程迹地面积小于254 m2时，0-10 cm土层有机质含量显著高于天然草原，10-20 cm土层有机质含量却显著低于天然草原，但它们均显著高于工程迹地面积为583 m2时的土壤有机质含量(Plt;0.05)；工程迹地为55 m2时，其土壤全氮含量和天然草原差异不显著(Pgt;0.05)，但当迹地面积大于156 m2时，土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均显著低于天然草原(Plt;0.05)，且随工程迹地面积增加，降低幅度逐渐增加；0-10 cm土层全磷含量随工程迹地面积增加先增加后降低(Plt;0.05)，在156和254 m2时较高；土壤速效磷含量却先降低后增加，在156和254 m2时较低。土壤全钾和速效钾含量随工程迹地面积增加先升高后降低，均以254 m2时最大，当工程迹地面积大于254 m2时，土壤全钾和速效钾含量低于天然草原，当其小于254 m2时土壤全钾和速效钾含量高于天然草原。土壤含水量、养分潜质和养分含量对工程迹地面积响应的结果表明，工程迹地面积小于254 m2时土壤持水量、养分潜力和养分供给力基本得到恢复。

工程迹地面积；土壤含水量；土壤有机质；土壤养分含量；高寒草原

高寒草原是青藏高原高寒植被的主要组分，肩负着当地食物安全和全国生态安全的屏障的重任[1-2]，然而人为的外部扰动往往造成高寒草原生态系统的变化[3-4]。如铁路建设、公路修缮、高压线架设等人类工程穿越青藏高原高寒草原时，总会突然性地破坏地表植被，形成面积大小不等的工程迹地[5]，这些迹地上地表植被夏季隔热和冬季保温功效骤减，区域内水循环途径改变[6]，从而迫使高寒草原生态系统退化，因此工程迹地恢复是青藏高原退化高寒草原恢复的重要组成部分[7-8]。工程迹地在土壤种子库和植物无性繁殖体的作用下具有一定的自然恢复能力，但其自然恢复能力受控于工程迹地面积大小和恢复时间[9]。毛亮等[10]证实了高寒草原植被系统的恢复能力随着工程迹地面积增加而减小。Julie等[11]认为土壤对植物生长发育、功能群形成和植物群落演替起导向作用，因此，青藏高原高寒草原区工程迹地土壤功能的修复是工程迹地恢复的基础组分。

土壤是植物健康生长的养分库，也是植物所需水分的主要供给源[12]。工程迹地内表层土壤被突然压紧或破坏之后，其物理性质发生显著变化，这种变化不仅影响着土壤储水量，而且影响着土壤微生物活性，从而改变土壤养分形成和积累过程[13]。马世震等[14]指出青藏公路沿线高寒草原区取土场自然恢复进程与取土场面积的大小密切相关，这与不同面积工程迹地内土壤供给植物水分和养分的能力存在分异有关。如采矿迹地表层土壤粗粝化，导致其持水性差，养分易流失，而水分和养分的损耗量与采矿迹地范围具有一定的关联性[15]。因此，工程迹地面积过大、无法自然恢复时，往往成为风蚀和水蚀的起源点[16-17]。研究表明，青藏高原高寒草原区公路迹地已恢复的植物群落，土壤表层粒度大于0.5 mm的粗砾和砾石含量是天然草原的12.3%，有机质和全氮含量分别为天然草原土壤的91.3%和89.2%[18]，然而，目前关于工程迹地土壤养分积累和物理性质改善的研究均以地表已经拥有恢复植物群落的地段为基础，忽略了相同地段因面积较大而经历相同时期后，地表至今仍没有恢复植物群落的地段，因此，研究工程迹地面积大小对其土壤养分和水分修复的影响，对全面揭示工程迹地土壤恢复过程具有重要的意义。本研究通过分析经历相同恢复时间后，工程迹地不同面积对土壤水分、养分潜力和养分的影响，全面揭示青藏高原高寒草原区工程迹地土壤在自然恢复过程中的修复能力，为合理控制施工面积、降低工程迹地修复成本提供科学参考。

1 研究地区与研究方法

1.1研究区域概况

研究地区位于青藏高原腹地沱沱地区，即青藏公路沱沱河向北20 km的地区，地理坐标为92°37′ E，34°22′ N，海拔4 550～4 560 m，高原大陆性气候，全年冰冻期为331 d，无霜期9～50 d；年内平均气温在-4.2 ℃左右，最低气温-14.8 ℃，最高气温为6.7 ℃；年平均降水量275.92 mm，夏季和冬季降水量分别占全年降水的70%和8%[19]。植被类型是高寒草原，优势种为青藏苔草(Carexmoorcroftii)和紫花针茅(Stipapurpurea)，常见伴生种有草地早熟禾(Poapratensis)、短穗兔耳草(Lagotisbrachystachya)和矮火绒草(Leontopodiumnanum)等。土壤类型为高山草原土，表层沙砾化，质地为沙壤[5]。

1.2研究方法

1.2.1样地设置 工程迹地选在1994年扩建和修缮青藏公路时路基周边，未修筑公路之前是青藏苔草+紫花针茅草原，修建公路时遗留了很多面积大小不一的工程迹地。为避免取土深度和工程迹地性状的影响，选择迹地板块时设置两个标准：迹地形状基本为常见的长方形，迹地深度不能超过20 cm。首先，在300 m×2 000 m的范围内实测了56个面积大小不一的工程迹地，各个迹地面积通过分割法求得，调查了各个迹地内恢复群落的优势种频度、高度和盖度。然后，以优势种频度、群落高度和盖度作为变量，对56个工程迹地进行聚类，结果表明，56个工程迹地可划分为4个类群，4个类群工程迹地面积的平均值分别为55、156、254和583 m2。根据4个类群工程迹地面积平均值设置样地，工程迹地面积梯度分别为(55±10)、(156±20)、(254±30)和(583±40) m2，形成4个面积梯度处理，最后在56个样地内每个面积处理梯度中随机选取样地3个，作为样地重复，每个梯度内面积和周长最大限度地保持接近[10](表1)；在靠近工程迹地最近的青藏苔草+紫花针茅天然草原布设3个10 m×10 m的样地，作为对照；共计15个样地，各样地的海拔、坡向、地表基况基本保持一致。

表1 12个工程迹地样地的周边和面积

每个样地内沿“S”形曲线选取10个采样点测定土壤水分，高寒草原区植物根系活动受冻土的影响，根〗系集中分布在0-20 cm土层，所以土壤水分测定范围为0-20 cm，采用TDR仪测定。在每个样地内沿对角线布设15个土壤养分取样点，利用内径为3.5 cm的土钻，分别收集0-10和10-20 cm两个土层土样，每个取样点随机取样5钻，将3个取样点的土壤充分混合，作为一个样品处理，每个样地内每层土壤样品为5个，然后采用自封袋将其带回实验室分析养分。共计每层土壤采集供试土壤样品75个，野外调查于2012年8月进行。

1.2.2土壤样品分析方法 根据土壤分析的国家标准[20]，土壤有机质用重铬酸钾氧化还原滴定法测定，土壤全氮采用凯氏定氮法测定，土壤全磷利用NaOH碱熔-钼锑抗比色法测定，土壤速效磷用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤全钾用NaOH熔融-火焰光度计法测定，土壤速效钾用NH4Ac-火焰光度法测定。硝态氮和铵态氮用FIASTAR 5000连续性流动分析仪(瑞典FOSS公司生产)测定。

1.3数据处理

采用SPSS 17.0软件进行对青藏高原工程迹地的土壤水分、有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、速效钾、全钾含量进行One way-ANOVA方差分析，若差异显著，采用LSD进行多重比较。

2 结果

2.1工程迹地面积对土壤含水量的影响

自然恢复18年后，工程迹地面积对土壤含水量的恢复具有明显的影响，整体表现为随工程迹地面积增加，土壤含水量下降(图1)。当工程迹地面积≤254 m2时，各个工程迹地面积内土壤含水量与对照差异不显著(Pgt;0.05)，这说明工程迹地面积不超过254 m2时，土壤含水量已经得到恢复，但工程迹地面积扩大到583 m2时，其土壤水分含量显著低于天然草原和工程迹地面积为55 m2时的土壤含水量(Plt;0.05)，但与工程迹地面积为156和254 m2的土壤含水量差异不显著；这表明青藏高原高寒草原区，工程迹地面积大小影响了土壤含水量的恢复程度，工程迹地的面积在254 m2及以下时，土壤水分能够得到有效恢复。

图1 青藏高原高寒草原区不同面积工程迹地自然恢复18年后的土壤含水量

注：不同小写字母表示差异显著(Plt;0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level.

2.2工程迹地面积对土壤养分潜力的影响

天然草地和工程迹地土壤有机质含量垂直格局存在分异(图2)，工程迹地内0-10 cm土层有机质含量高于10-20 cm土层，但天然草地内有机质含量却表现为0-10 cm土层低于10-20 cm土层。当工程迹地面积小于254 m2时，其0-10 cm土层土壤有机质含量显著高于天然草原土壤有机质含量，10-20 cm土壤有机质含量显著低于天然草原土壤有机质含量(Plt;0.05)，0-10 cm土层有机质含量随着工程迹地面积增加逐渐减少，而0-20 cm土层有机质含量虽然整体趋同于0-10 cm，但55和156 m2间差异不显著(Pgt;0.05)。当工程迹地面积达583 m2时，0-10和10-20 cm土层有机质含量均显著低于天然草原所对应土层的土壤有机质含量(Plt;0.05)，说明不同工程迹地面积土壤有机质含量恢复过程存在明显的分异性，当工程迹地面积小于254 m2时其0-10 cm有机质含量已经达到天然草原水平，同时也说明工程迹地土壤有机质含量恢复存在先表层后深层的现象。

图2 青藏高原高寒草原区不同面积工程迹地自然恢复18年后的土壤有机质含量

注：不同小写字母表示同一土层不同面积间差异显著(Plt;0.05)。图3、图4同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different areas for the same soil layer at the 0.05 level; similarly for Fig. 3 and Fig. 4.

2.3工程迹地面积对土壤氮素含量的影响

工程迹地面积为55 m2时，0-10 cm土层的土壤全氮含量与天然草原0-10 cm土层土壤全氮含量差异不显著(Pgt;0.05)(表2)，而其余面积工程迹地的土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量显著低于天然草原土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量(Plt;0.05)。不同面积工程迹地内，0-10和10-20 cm土层土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均随工程迹地面积增加呈降低趋势，工程迹地面积为583 m2时，其土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量显著低于其他面积的工程迹地土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量。当工程迹地面积小于254 m2时，0-10 cm土层土壤全氮和硝态氮含量低于10-20 cm土层土壤全氮和硝态氮含量，其与天然草原土壤分布格局一致，即全氮和硝态氮主要富集于0-10 cm土层；当工程迹地面积达583 m2时，却表现为0-10 cm土层土壤全氮和铵态氮含量高于10-20 cm土层土壤全氮含量。0-10 cm土层土壤铵态氮含量远高于10-20 cm土层土壤铵态氮含量，与硝态氮含量垂直分布格局不一致，这主要与两种氮素的特性有关。

2.4工程迹地面积对土壤磷含量的影响

工程迹地面积对不同土层土壤全磷和速效磷含量的影响存在一定的分异性(图3)。随着工程迹地面积增加，0-10 cm土层土壤全磷含量先显著增加后显著降低(Plt;0.05)，在156 m2时最高，而对10-20 cm土层土壤全磷含量无显著影响(Pgt;0.05)(图3)。土壤速效磷含量却随着工程迹地面积增加表现为先降低后增加的变化趋势，在254 m2时最低(图3)。工程迹地面积为55 m2时，土壤全磷含量和天然草原垂直分布一样，表现为0-10和10-20 cm差异不大；当工程迹地面积为156和254 m2时，0-10 cm层土壤全磷含量高于10-20 cm层土壤全磷含量；但当工程迹地面积为583 m2时，则表现0-10 cm层土壤全磷含量低于10-20 cm层土壤全磷含量。速效磷含量垂直分布格局从天然草原到工程迹地表现一致，均为0-10 cm土层大于10-20 cm土层，这说明全磷和速效磷含量恢复对工程迹地面积的响应不一样，全磷在工程迹地面积为254 m2时基本得到恢复，但速效磷含量却降低到最低。

表2 青藏高原高寒草原区不同面积工程迹地中土壤氮素含量变化

注：同列不同小写字母表示同一土层不同工程迹地面积间差异显著(Plt;0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column for the same soil layer indicate significant difference among the sites used for engineering construction at the 0.05 level.

图3 青藏高原高寒草原区不同面积工程迹地自然恢复18年后的土壤全磷和速效磷含量

2.5工程迹地面积对土壤钾素含量的影响

从天然草原到工程迹地，0-10和10-20 cm土层中土壤全钾和速效钾含量整体表现为先升高后降低的变化趋势，且均以面积为254 m2的工程迹地最高(图4)，但在工程迹地面积从156 m2增至583 m2的过程中，全钾含量差异不显著(Pgt;0.05)，而速效钾含量却表现为显著增加然后显著降低(Plt;0.05)。天然草原和工程迹地面积为55 m2时，0-10和10-20 cm土层的土壤全钾和速效钾含量接近，但当工程迹地面积超过156 m2时，0-10 cm土层全钾含量明显低于10-20 cm土层全钾含量，而0-10 cm土层速效钾含量明显高于10-20 cm土层速效钾含量，说明工程迹地面积越小，越有利于土壤全钾垂直分布格局的恢复，无论是全钾还是速效钾含量，均在工程迹地面积为254 m2最高，且超过了天然草原。

图4 青藏高原高寒草原区不同面积工程迹地自然恢复18年后的土壤全钾和速效钾含量

3 讨论与结论

3.1青藏高原高寒草原不同工程迹地面积对土壤持水量的影响

天然草原在长期演变过程中形成了较为适应的水分运移机制，然而工程迹地形成时突发性地改变了这种水分运移机制，人为割断了土壤-植被-大气系统中水分运移途径，因此，恢复土壤含水量是青藏高原工程迹地生态恢复的基础。工程迹地土壤含水量一定程度上反映了土壤水分供给能力，预示着天然草原水源涵养能力的恢复程度。本研究表明，青藏高原高寒草原区工程迹地土壤含水量恢复力受工程迹地面积的约束，经历18年的恢复期后，面积小于254 m2的工程迹地的土壤含水量基本得到恢复，而面积超过583 m2的工程迹地的土壤含水量依然没有恢复，这是因为工程迹地经过取土后，其地势相对较低，降水受重力势作用而逐渐以径流的方式汇集于工程迹地，有利于植物生长，而植物根系反过来蓄养了水分，逐渐恢复了土壤-植被-大气水分循环系统，从而增加了工程迹地土壤持水力，实现土壤含水量恢复的目标，但当工程迹地面积过大时，地表降水汇集程度相对较弱，植被恢复进程慢，盖度较小[10]，土壤-植被-大气水分循环系统在自然条件下的恢复程度较弱，降水汇集地表后，缺乏植被的再次蓄养作用，短时间内土壤水分通过蒸发返回大气，含水量降低，满足不了植被生长发育的需求[20-21]，长期简单的循环造成了土壤含水量较低的局面，一定程度上不利于土壤的持水能力。人类工程活动破坏了天然草原土壤-植被-大气系统的水分循环过程，因此，工程迹地土壤水分较天然草原土壤水分的存储时间相对较短，大面积的工程迹地较小面积的工程迹地加剧了土壤水分的非植物利用型损耗，不利于草地植物的生长和恢复，这反之加剧了大面积工程迹地土壤水分的无效耗损。从土壤含水量对4个梯度工程迹地面积的响应过程看出，工程迹地的面积在254 m2以下，其土壤含水量能够得到有效恢复。

3.2青藏高原高寒草原区不同工程迹地面积对土壤养分潜力和含量的影响

土壤有机质常常被看作是土壤潜在养分含量的指标，因此，土壤有机质含量和养分含量分别预示着土壤长远和目前的供给力，有机质含量高说明土壤具有长远养分的供给能力，养分含量高说明土壤当前具有较高的供给能力。本研究表明：历经相同时间的自然恢复，当工程迹地面积小于254 m2，其浅层土壤的有机质含量已经恢复到大于天然草原水平，而深层土壤有机质虽然得到一定的恢复，但仍然小于天然草原，说明面积小于254 m2的工程迹地养分潜力基本恢复，但从土壤有机质垂直分布格局分析，土壤有机质积累具有从浅层向深层运移的特征，说明面积小于254 m2的工程迹地目前正处于有机质向深层积累的阶段，但当工程迹地面积增至583 m2，无论在0-10 cm土层还是10-20 cm土层，土壤有机质含量均小于其他面积工程迹地和天然草原，说明此面积不利于有机质的积累，这与有机质的来源密切相关。土壤有机质主要来自动植物残体分解和家畜排泄物，当工程迹地面积小于254 m2时，工程迹地草原植物群落恢复良好[10]，这不仅提供了大量植物残体，而且有利于家畜采食逗留，增加了有机质原料的输入量，当工程迹地面积为583 m2，草原植物群落恢复困难，地表覆盖稀疏，不利于家畜采食停留，客观上降低了有机质原料的输入量，形成土壤养分潜力较低的客观现实。因此从土壤养分潜力恢复度的角度，254 m2可能是4个面积梯度中有机质恢复的最高临界值。

土壤有机质仅表示土壤潜在的养分供给能力，而土壤养分是草原植物养分需求的现实供给能力，因此，土壤养分的高低一定程度上预示着目前草原植物的生长状况。当工程迹地面积小于254 m2时，工程迹地内土壤全钾、速效钾和全磷均已恢复甚至超过天然草原的水平，全氮、铵态氮和硝态氮虽然没有恢复到天然草原水平，但恢复到了90%，而当工程迹地面积为583 m2时，土壤养分含量远远低于天然草原，说明该面积的工程迹地其土壤养分仍然没有实现恢复，其本质原因是土壤有机质含量过低，无法提供充裕的现实养分形成源。不同养分元素恢复程度随工程迹地面积变化而产生分异，主要是与各种元素及其形态的特性密切关联。

青藏高原高寒草原区，土壤氮素来源基本包括氮沉降和有机质分解，但当研究地区相对较小时，大气氮沉降基本是一致的，因此，工程迹地面积对土壤氮素的影响主要与土壤有机质含量相关，当工程迹地面积小于254 m2，地表草原植被恢复较好，枯枝落叶丰富，经过土壤微生物作用，实现了土壤氮素的恢复，其已经超过了天然草原氮素的90%。而当工程迹地面积从254 m2增加到583 m2时，地表植被恢复程度相对较低，减少了土壤氮素的供给源，从而降低了土壤氮素含量。硝态氮主要集中于深层，而铵态氮主要集中于浅层，这种分异性与两种氮素形态的自身特性密切相关。硝态氮带有负电荷，铵态氮带有正电荷，土壤胶体带有负电荷，因此土壤胶体能够吸附铵态氮，使其分布于沉积位置，即土壤浅层，而土壤胶体不能吸附硝态氮，因此硝态氮随着淋溶而逐渐渗入深层土壤。

高寒草原土壤磷除小部分来源于干湿沉降外，大部分来自于土壤母质，而其损耗主要包括植物吸收和地表径流流失，其中地表径流流失占主导地位[21]。工程迹地面积为583 m2时，地表植被覆盖度低，降水容易形成地表径流，因此土壤表层全磷随径流而流失，导致其含量降低，而工程迹地面积对深层土壤全磷含量没有明显影响，这与在川西北亚高山草地[22]的研究结果一致。本研究表明，土壤速效磷随工程迹地面积增加先增加后降低，这主要与土壤有机质含量密切相关。当工程迹地面积小于254 m2，土壤较高的有机质含量，增强了其与土壤速效磷争夺土壤固相表面专性吸附点位的能力，从而降低了土壤对有效磷的吸附，增加了土壤中速效磷含量；当工程迹地面积为583 m2，较低的有机质含量减轻了土壤固相表面专性吸附速效磷的能力，为速效磷能吸附在土壤固相上提供了足够的空间，故速效磷含量增加。

随着工程迹地面积增加，地表草原植物逐渐稀疏，裸露面积增加，蒸发量相对增加，从而使土壤干湿交替速率变得更加频繁，这促进了土壤对全钾的固定[23]，因此随着工程迹地面积增加，土壤全钾含量逐渐增加；而对速效钾而言，在583 m2时，稀疏的草原植被减弱了其隔热效应，地表温度升高速度较快，迫使交换性钾离子减少，客观上形成速效钾含量的降低，而当工程迹地面积小于254 m2，恢复较好的草原植物群落通过夏季隔热，使土壤中温度相对稳定[24]，减少了交换性钾离子流失量和速率，形成速效钾含量较高的现实。

References：

[1] 刘琳，孙庚，吴彦，何奕忻，吴宁，张林，徐俊俊.季节性雪被对青藏高原东缘高寒草甸土壤氮矿化的影响.应用与环境生物学报,2011,17(4):453-460.

Liu L,Sun G,Wu Y,He Y X,Wu N,Zhang L,Xu J J.Effect of seasonal snow cover on soil nitrogen mineralization in an alpine meadow on the eastern Tibetan plateau.Chinese Journal of Applied and Environmental Biology,2011,17(4):453-460.(in Chinese)

[2] 阳小成,冯坚,吴新卫,李国勇.四川西北高寒草甸两种蚯蚓的互作及其对土壤养分的影响.应用与环境生物学报,2012,18(2):186-193.

Yang X C,Feng J,Wu X W,Li G Y.Species Interaction between earthworms and its effect on soil nutrients in an alpine meadow,northwestern Sichuan,China.Chinese Journal of Applied and Environmental Biology,2012,18(2):186-193.(in Chinese)

[3] Costanza R,Arge R,Groot R,Farber S,Grasso M,Limburg K,Naeem S,Neill R V,Paruelo J,Raskin R G,Sutton P.The value of the word’s ecosystem services and natural capital.Nature,1997,387:253-260.

[4] Scheffer M,Carpenter S,Foley J A,Folke C,Walker B.Catastrophic shifts in ecosystems.Nature,2001,413:591-596.

[5] 周国英,李天才,徐文华,孙菁,马海,陈桂琛.多年冻土区工程迹地人工恢复区植物和土壤的矿质元素含量特征.长江流域资源与环境,2011,20(2):191-196.

Zhou G Y,Li T C,Xu W H,Sun J,Ma H,Chen G C.Characteristics analysis of mineral elements contents in dominant species and soil of artificial restoration vegetation of Qinghai-Tibet plateau permafrost region.Resources and Environment in the Yangtza Basin,2011,20(2):191-196.(in Chinese)

[6] 陈芳清,张丽萍,谢宗强.三峡地区废弃地植被生态恢复与重建的生态学研究.长江流域资源与环境,2004,13(3)：286-291.

Chen F Q,Zhang L P,Xie Z Q.Vegetation restoration of wasteland in Three Gorges Area.Resources and Environment in the Yangtza Basin,2004,13(3):286-291.(in Chinese)

[7] Moorish R H.The establishment and comparative wear resistance of various grasses,grass mixtures and grass-legume mixtures to intensive traffic with wheeled vehicles.Master Thesis.Michigan:Michigan State College,1947.

[8] 杨满宏.现代公路景观设计.中外公路,1998,18(1):1-4.

Yang M H.Landscape design of highway.Journal of China amp; Foreign Highway,1998,18(1):1-4.(in Chinese)

[9] 陈鹏,季维生.青藏铁路唐古拉山越岭地段植被恢复试验研究.铁道工程学报,2008,112(1):48-52.

Chen P,Ji W S.Research on the test of vegetation recover in summit area of Tanggula Mountain along Qinghai-Tibet Railway.Journal of Railway Engineering Society,2008,112(1):48-52.(in Chinese)

[10] 毛亮,周杰,郭正刚.青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复植物群落特征的影响.生态学报,2013,33(11):3547-3554.

Mao L,Zhou J,Guo Z G.Effect of areas of land used for engineering construction on features of restorable plant communities in the alpine steppe regions of the Qinghai-Tibet Plateau.Acta Ecologica Sinica,2013,33(11):3547-3554.(in Chinese)

[11] Julie E K,Nancy C J,Covington W W.Slash pile burning effects on soil biotic and chemical properties and plant establishment:Recommendation for amelioration.Restoration Ecology,2004,12(1):52-62.

[12] Guo Z G,Zhou X R,Hou Y.Effect of available burrow densities of plateau pika (Ochotonacurzoniae) on soil physicochemical property of the bare land and vegetation land in the Qinghai-Tibetan Plateau.Acta Ecologica Sinica,2012,32(2):104-110.(in Chinese)

[13] Guo Z G,Li X F,Liu X Y,Zhou X R.Response of alpine meadow communities to burrow density changes of plateau pika (Ochotonacurzoniae) in the Qinghai-Tibet Plateau.Acta Ecologica Sinica,2012,32(6):44-49.

[14] 马世震,陈桂琛,彭敏,周国英,赵以莲.青藏公路取土场高寒草原植被的恢复进程.中国环境科学,2004,24(2):188-191.

Ma S Z,Chen G C,Peng M,Zhou G Y,Zhao Y L.The alpine steppe vegetation restoration process of fountainhead region of Yangtze River.China Environmental Science,2004,24(2):188-191.(in Chinese)

[15] 陈志彪,涂宏章,谢跟踪.采矿迹地生态重建研究实例.水土保持研究,2002,9(4):31-35.

Chen Z B,Tu H Z,Xie G Z.An example of study on ecological rehabilitation in mined-land.Research of Soil and Water Conservation,2002,9(4):31-35.(in Chinese)

[16] Levy N.Ecological engineering:Reshaping our environments to achieve our goals.Philosophy amp; Technology,2012,25(4):589-604.

[17] Redente E F,McLendon T,Agnew W.Influence of topsoil depth on plant community dynamics of a seeded site in northwest Colorado.Arid Land Research and Management,1997,11(2):139-149.

[18] Wang G X,Yao J Z,Guo Z G,Wu Q B,Wang Y B.Changes in permafrost ecosystem under the influences of human engineering activities and its enlightenment to railway costruction.Chinese Science Bulletin,2004,49(16):1741-1750.

[19] 张国胜,时兴合,李栋梁,汪青春,戴升.长江源沱沱河区45 a来的气候变化特征.冰川冻土,2006,28(5):678-685.

Zhang G S,Shi X H,Li D L,Wang Q C,Dai S.Climate change in Tuotuohe area at the headwaters of Yangtze River.Journal of Glaciology and Geocryology,2006,28(5):678-685.(in Chinese)

[20] 刘光崧.土壤理化分析与剖面描述.北京：中国标准出版社,1996.

[21] 郭彦军,倪郁,韩建国.农牧交错带人工种草对土壤磷素有效性的影响.草业科学,2010,19(2):169-174.

Guo Y J,Ni Y,Han J G.Effects of establishing perennial artificial grasslands on the availability of soil phosphorus in agro-pastoral transitional zone,Northern China.Pratacultural Science,2010,19(2):169-174.(in Chinese)

[22] 干友民,李志丹,泽柏,费道平,罗光荣,王钦,王小利.四川北亚高山草地不同退化梯度草地土壤养分变化.草业学报,2005,14(2):38-42.

Gan Y M,Li Z D，Zebai,Fei D P,Luo G R,Wang Q,Wang X L.The changes of grassland soil nutrition at different degradation subalpine meadow of north west in Sichuan.Acta Prataculturae Sinica,2005,14(2):38-42.(in Chinese)

[23] 胡宜刚,李睿,辛玉琴,朱学超,王增如,赵洋.青藏铁路植被恢复和“黑土型”退化草地治理的实践与启示.草业科学,2015,32(9):1413-1422.

Hu Y G,Li R,Xin Y Q,Zhu X C,Wang Z R,Zhao Y.Management and restoration of degradation vegetation on the Tibetan Plateau.Pratacultural Science,2015,32(9):1413-1422.(in Chinese)

[24] 张东杰.青藏高原高寒草甸植被与土壤特征.草业科学,2015,32(2):269-273.

Zhang D J.Comparisons of vegetation and soil characteristics of Qinghai-Tibet Plateau.Pratacultural Science,2015,32(2):269-273.(in Chinese)

(责任编辑 武艳培)

EffectofareasoflandusedforengineeringconstructiononsoilmoistureandnutrientinthealpinestepperegionsoftheQinghai-TibetPlateau

Liu Tong, Mao Liang, Pang Xiao-pan, Jin Shao-hong, Zhang Jing, Guo Zheng-gang

(State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems College of Pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, National Demonstration Center for Experimental Grassland Science Education (Lanzhou University), Lanzhou 730020, Gansu, China)

The area of land used for engineering construction greatly affects the restorable degree of destroyed natural steppe on the Qinghai-Tibetan Plateau. An experiment was carried out to disclose the effect of land use for engineering construction on the conservation of water, potential nutrients, and present nutrients of soil in land that had been used for engineering construction and had experienced identical restoration periods. This study showed that the soil moisture content did not different between land used for engineering construction and natural steppe when the area used for construction was below 254 m2. Furthermore, the soil moisture of land used for engineering construction was smaller than that of natural steppe when the area used was 583 m2(Plt;0.05). The organic matter content at a soil depth of 0-10 cm in land used for engineering construction was bigger and that at a depth of 10-20 cm was smaller than that of natural steppe when the area used for engineering construction was below 254 m2. However, the organic matter content at both soil depths in land used for engineering construction was smaller when the area used was 583 m2(Plt;0.05). The soil total nitrogen content did not differ between land used for engineering construction and natural steppe when the area used was 55 m2. The soil total nitrogen, ammonium nitrogen, and nitrate nitrogen contents of land used for engineering construction were significantly lower than those of natural steppe (Plt;0.05) when the land used for engineering construction was over 156 m2. The amplitudes of these declines in nitrogen content correlated with the area of land used for engineering construction. The total phosphorus content at a soil depth of 0-10 cm first increased and then decreased as the area of land used for engineering construction increased (Plt;0.05), peaking at 156 and 254 m2. The available phosphorus contents at soil depths of 0-10 and 10-20 cm first decreased and then increased as the area of land used for engineering construction increased, reaching nadirs at 156 and 254 m2. The total potassium and available potassium contents in soil first increased and then decreased as the area of land used for engineering construction increased, peaking at 254 m2. The total potassium and available potassium contents of land used for engineering construction were lower than those of natural steppe when the area used was over 254 m2, and they were bigger than those of natural steppe when the area used was below 254 m2. These results suggested that the conservation of water, potential nutrients, and present nutrients in the soil of land used for engineering construction were similar to those of natural steppe when the area of land used for engineering construction was below 254 m2, but differed in larger areas, when all the tested areas had experienced identical restoration periods.

area of land used for engineering construction; soil moisture content; soil organic matter content; soil nutrient content; alpine steppe

Guo Zheng-gang E-mail:guozhg@lzu.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0602

刘彤，毛亮，庞晓攀，金少红，张静，郭正刚.青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复过程中土壤水分和养分含量变化的影响.草业科学,2017,34(11)：2175-2182.

Liu T,Mao L,Pang X P,Jin S H,Zhang J,Guo Z G.Effect of areas of land used for engineering construction on soil moisture and nutrient in the alpine steppe regions of the Qinghai-Tibet Plateau.Pratacultural Science，2017,34(11)：2175-2182.

S812.2;S153.6

A

1001-0629(2017)11-2175-08

2016-12-07接受日期2017-03-29

国家自然科学基金(31172258)；兰州大学2017年度创新创业教育基地项目

刘彤(1995-),女，甘肃太京人，在读本科生。E-mail:liut14@lzu.edu.cn

共同第一作者：毛亮(1988-)，男，甘肃临洮人，硕士，主要从事草地恢复研究。E-mail:562015010@qq.com

郭正刚(1973-),男,甘肃岷县人,教授,博导，博士,主要从事草业生态学和鼠兔检测防控研究。E-mail:guozhg@lzu.edu.cn