土壤生态退化与生物修复的生态适应性研究
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摘要
土壤生态系统是由生物系统、土壤系统和环境系统之间通过物质循环、能量转换和
信息传递等相互联系、相互制约和相互协调而构成的有机功能整体。土壤生态退化是指
由于人类活动及恶劣的自然环境条件作用或二者共同作用下造成的土壤生态系统结构破
坏、系统功能衰退、土壤生物多样性减少、土壤生产力下降以及土壤荒漠化、干旱化、
板结化、酸化、盐碱化和养分亏缺与失衡等一系列土壤生态环境恶化的过程和现象。它
与土壤学中关于土壤退化的定义和生态学中关于生态退化的定义密切相关，是21世纪土
壤学和生态学的焦点问题。因此，退化土壤生态系统的恢复与重建既是土壤学和生态学
的研究热点，又是全人类共同关心和迫切需要解决的难点问题。但在经典土壤学和生态
学中，土壤学家很重视土壤系统本身的退化研究，往往忽视生物系统退化的研究，而生
态学家强调植被系统退化的研究，常常忽视土壤系统和土壤生物系统的研究，更缺乏植
被系统、土壤生物系统和土壤系统之间的关系研究。在土壤生态退化程度及退化土壤生
态系统的恢复与重建的评价指标中，或重视土壤养分退化的评价，或重视土壤生物学活
性的退化研究，缺乏对整个生态系统的综合评价指标体系研究，缺乏地上和地下部分生
物多样性的关系研究。值得提出的是，在土壤生态系统的恢复与重建研究方面，往往缺
乏个别物种在形态、生理生态和营养生态等方面对退化土壤生态条件和极端环境因子的
生态适应性研究，缺乏个别物种对退化土壤生物修复的作用研究。
金沙江干热河谷是横断山区干旱河谷的一种极端类型，元谋干热河谷则是金沙江干
热河谷的典型区域。区域内光热资源丰富，有利于各种热带亚热带植物生长发育。但区
域内水热矛盾和光肥矛盾突出，植被覆盖率低，水土流失严重，是一个典型的生态环境
脆弱带。区域内的基带土壤（燥红土）和变性土的荒漠化、干旱化和养分亏缺与失衡严
重，土壤生产力低下，植彼恢复与重建困难。因此，本项研究试图以金沙江干热河谷为
例，采用野外调查和室内分析相结合的手段，采用宏观与微观相结合以及定性与定量相
结合的方法，从土壤生态系统、生物群落、种群等不同层次和角度，研究了干热河谷区
的植被特点，不同退化程度的两类土壤生态系统的土壤物理、土壤化学和生物学特征以
及系统内的植物群落生物量和生物多样性等，探讨了土壤系统、土壤生物系统和植被系
统之间的关系，阐述了土壤生态退化的机理和过程；以酸角为研究材料，以玉米为参比
材料，采用野外调查、盆栽试验与室内分析相结合的方法，研究了酸角和玉米在形态、
微形态、生理生态和营养生态方面对退化燥红土和变性土的生态反应和适应性，探讨了
植物对退化土壤和干热气候的生态适应性机理；研究了植物在不同条件下对退化土壤的
生物修复效应，以期为金沙江干热河谷退化土壤生态系统的恢复与重建提供切实可行的
科学依据。研究结果表明：
1．金沙江于热河谷上壤生态退化机理与特征
＊）元谋干热河谷的植被系统是适应干热条件和贫瘠土壤生态条件为特征的植被生态
系统。燥红土和变性土生态系统的植物种类、植被盖度、植物群落生物量、植物物种丰
富度、物种多样性均随着土壤生态退化程度加剧而下降，即使耐干热耐贫瘠的禾草类植
物的种类和数量均减少。极重度退化变性土上草本层植物的丧失，意味着生态系统己处
于极度退化的状态。经治理后的生态系统中，植被盖度，植物群落生物量和植物多样性
增加，尤其是多年生植物的种类和数量增加。
m从燥红土和变性土生态退化系列的 6个样地中共获取土壤动物 11 718头，隶属于
2门 5纲 15目（类），其中燥红土生态系统中共获取 7031头，分属于 2门 5纲 15目（类）
膜翅目、弹尾目和蜘蛛目为优势类群，其与婢螨目和线虫类等常见类群构成了燥红土生
态系统中土壤动物群落的主体。变性土生态系统共获土壤动物4687头，隶属于2门4纲
14 目（类），优势类群为膜翅目和弹尾目，与蜘蛛目、婢螨目、直翅目和线虫类构成了
变性土生态系统土壤动物群落的主体。两类上壤生态系统内土壤动物群落的种类组成与
季节、土壤生态退化程度有关，反映了元谋干热河谷“干热”条件和不同土壤生态条件
对土壤动物群落的影响。土壤动物群落的类群数、个体数量、物种多样性指数、物种丰
富度均随上壤生态退化而降低。轻度退化燥红上的土壤动物数量分别为中度和重度退化
燥红土的＊42和6．25倍；中度退化变性土的土壤动物数量分别为重度和极重度退化变性
土的3．40和27．75倍，表明随着土壤生态退化，土壤动物群落的结构遭到破坏，生物多
样性下降，结构向简单化方向发展。
门）燥红土和变性土生态系统内的土壤细菌、放线菌、真菌数量及三大微生物总数在
雨季、于湿交替季节和旱季均随着土壤生态退化而降低，燥红上的微生物数量明显高于
变性土。土壤细菌、放线菌和真菌数量总体上表现为雨季＞干湿交替季节＞旱季。极重
度退化变性土生态系统的微生物数量的季节变幅最大，雨季与旱季相?
Soil ecosystem is an organic integrative system consisting of biotic system, soil system
and environment system mutually and harmoniously through material circulation, energy
conversion and information transmisson. Soil ecological degradation can be defined as the
process and phenomenon of a series of deterioration of soil ecological environment such as
structural destruction and functional recession of soil ecosystem, decrease of soil biodiversity
and productivity, dcsertification, drought, hardness, acidification and salination of soils, deficit
and unbalance of soil nutrients, and loss of soil and water, resulting from human activities and
adverse natural environmental conditions. It is related to the definition of soil degradation in
soil science and the definition of ecological degradation in ecology, is the focal points of soil
science and ecology in the twenty-first centuly. Therefore, restoration and reconstruction of
degraded soil ecosystems is not only a hot points of soil science and ecology but also a
difficult points that is concerned by the whole mankind and need solving urgently. However,
soil scientists usually attached importance to the degradation of soil system itself, neglecting
studying the degradation of biotic system. On the contrary, ecologists paid attention to
studying the degradation of vegetation system, usually neglecting studying the degradation of
soil system and soil biotic system, and was wanting in studying the relationship among
vegetation system, soil biotic and soil system. Among the assessment indices of soil ecological
degradation and restoration and reconstruction of degraded soil ecosystems, or the assessment
indice of biotic activity degradation was paid attention to, it was lack of comprehensive
A part of cooperation projectStudy on Land Degradation and its Control in the Typical Region of Dry and Hot Valley of
the Jinsha Rivc( by Yunnan Province and the Chinese Academy of Sciences.
assessment index system and relationship between above and below ground biodiversity. To be
mentioned, it was lack of studying on ecological adaptation of specific species to degraded soil
ecological conditions and extremely environmental factors by morpha, physiological ecology
and nutrient ecology; it was lack of studying on bioremediation of specific species to degraded
soils.
Dry and hot valley of the Jinsha River is an extreme type in the dry valley of Hengduan
mountain area, and Yuanmou dry and hot valley is the typical region of the dry and hot valley
region of the Jinsha River. There is advantageous to the growth and development of tropical
and subtropical plants because of abundant light and heat in the region. The region is a typical
ecotone due to prominent contradictions of water and heat, and light and soil fertility, low
vegetation coverage, and serious loss of water and soil. Vegetation restoration and
reconstruction is very difficult because of serious desertification, drought, deficit and
unbanlance of soil nutrients, and lower productivity of zonal soils (dry-red soils) and vertisols
in this region. Therefore, this project dealt with the vegetation features, soil physic, chemical
and biological characteristics, and plant community biomass and biodiversity of two types of
different degradation degree of soil ecosystems in the dry and hot valley, discussed the
relationships among soil system, soil biotic system and vegetation system, elaborated the
process and mechanism of soil ecological degradation from the angle and level of soil
ecosystem, biotic community and population by the methods of combining field investigat
信息传递等相互联系、相互制约和相互协调而构成的有机功能整体。土壤生态退化是指
由于人类活动及恶劣的自然环境条件作用或二者共同作用下造成的土壤生态系统结构破
坏、系统功能衰退、土壤生物多样性减少、土壤生产力下降以及土壤荒漠化、干旱化、
板结化、酸化、盐碱化和养分亏缺与失衡等一系列土壤生态环境恶化的过程和现象。它
与土壤学中关于土壤退化的定义和生态学中关于生态退化的定义密切相关，是21世纪土
壤学和生态学的焦点问题。因此，退化土壤生态系统的恢复与重建既是土壤学和生态学
的研究热点，又是全人类共同关心和迫切需要解决的难点问题。但在经典土壤学和生态
学中，土壤学家很重视土壤系统本身的退化研究，往往忽视生物系统退化的研究，而生
态学家强调植被系统退化的研究，常常忽视土壤系统和土壤生物系统的研究，更缺乏植
被系统、土壤生物系统和土壤系统之间的关系研究。在土壤生态退化程度及退化土壤生
态系统的恢复与重建的评价指标中，或重视土壤养分退化的评价，或重视土壤生物学活
性的退化研究，缺乏对整个生态系统的综合评价指标体系研究，缺乏地上和地下部分生
物多样性的关系研究。值得提出的是，在土壤生态系统的恢复与重建研究方面，往往缺
乏个别物种在形态、生理生态和营养生态等方面对退化土壤生态条件和极端环境因子的
生态适应性研究，缺乏个别物种对退化土壤生物修复的作用研究。
金沙江干热河谷是横断山区干旱河谷的一种极端类型，元谋干热河谷则是金沙江干
热河谷的典型区域。区域内光热资源丰富，有利于各种热带亚热带植物生长发育。但区
域内水热矛盾和光肥矛盾突出，植被覆盖率低，水土流失严重，是一个典型的生态环境
脆弱带。区域内的基带土壤（燥红土）和变性土的荒漠化、干旱化和养分亏缺与失衡严
重，土壤生产力低下，植彼恢复与重建困难。因此，本项研究试图以金沙江干热河谷为
例，采用野外调查和室内分析相结合的手段，采用宏观与微观相结合以及定性与定量相
结合的方法，从土壤生态系统、生物群落、种群等不同层次和角度，研究了干热河谷区
的植被特点，不同退化程度的两类土壤生态系统的土壤物理、土壤化学和生物学特征以
及系统内的植物群落生物量和生物多样性等，探讨了土壤系统、土壤生物系统和植被系
统之间的关系，阐述了土壤生态退化的机理和过程；以酸角为研究材料，以玉米为参比
材料，采用野外调查、盆栽试验与室内分析相结合的方法，研究了酸角和玉米在形态、
微形态、生理生态和营养生态方面对退化燥红土和变性土的生态反应和适应性，探讨了
植物对退化土壤和干热气候的生态适应性机理；研究了植物在不同条件下对退化土壤的
生物修复效应，以期为金沙江干热河谷退化土壤生态系统的恢复与重建提供切实可行的
科学依据。研究结果表明：
1．金沙江于热河谷上壤生态退化机理与特征
＊）元谋干热河谷的植被系统是适应干热条件和贫瘠土壤生态条件为特征的植被生态
系统。燥红土和变性土生态系统的植物种类、植被盖度、植物群落生物量、植物物种丰
富度、物种多样性均随着土壤生态退化程度加剧而下降，即使耐干热耐贫瘠的禾草类植
物的种类和数量均减少。极重度退化变性土上草本层植物的丧失，意味着生态系统己处
于极度退化的状态。经治理后的生态系统中，植被盖度，植物群落生物量和植物多样性
增加，尤其是多年生植物的种类和数量增加。
m从燥红土和变性土生态退化系列的 6个样地中共获取土壤动物 11 718头，隶属于
2门 5纲 15目（类），其中燥红土生态系统中共获取 7031头，分属于 2门 5纲 15目（类）
膜翅目、弹尾目和蜘蛛目为优势类群，其与婢螨目和线虫类等常见类群构成了燥红土生
态系统中土壤动物群落的主体。变性土生态系统共获土壤动物4687头，隶属于2门4纲
14 目（类），优势类群为膜翅目和弹尾目，与蜘蛛目、婢螨目、直翅目和线虫类构成了
变性土生态系统土壤动物群落的主体。两类上壤生态系统内土壤动物群落的种类组成与
季节、土壤生态退化程度有关，反映了元谋干热河谷“干热”条件和不同土壤生态条件
对土壤动物群落的影响。土壤动物群落的类群数、个体数量、物种多样性指数、物种丰
富度均随上壤生态退化而降低。轻度退化燥红上的土壤动物数量分别为中度和重度退化
燥红土的＊42和6．25倍；中度退化变性土的土壤动物数量分别为重度和极重度退化变性
土的3．40和27．75倍，表明随着土壤生态退化，土壤动物群落的结构遭到破坏，生物多
样性下降，结构向简单化方向发展。
门）燥红土和变性土生态系统内的土壤细菌、放线菌、真菌数量及三大微生物总数在
雨季、于湿交替季节和旱季均随着土壤生态退化而降低，燥红上的微生物数量明显高于
变性土。土壤细菌、放线菌和真菌数量总体上表现为雨季＞干湿交替季节＞旱季。极重
度退化变性土生态系统的微生物数量的季节变幅最大，雨季与旱季相?
Soil ecosystem is an organic integrative system consisting of biotic system, soil system
and environment system mutually and harmoniously through material circulation, energy
conversion and information transmisson. Soil ecological degradation can be defined as the
process and phenomenon of a series of deterioration of soil ecological environment such as
structural destruction and functional recession of soil ecosystem, decrease of soil biodiversity
and productivity, dcsertification, drought, hardness, acidification and salination of soils, deficit
and unbalance of soil nutrients, and loss of soil and water, resulting from human activities and
adverse natural environmental conditions. It is related to the definition of soil degradation in
soil science and the definition of ecological degradation in ecology, is the focal points of soil
science and ecology in the twenty-first centuly. Therefore, restoration and reconstruction of
degraded soil ecosystems is not only a hot points of soil science and ecology but also a
difficult points that is concerned by the whole mankind and need solving urgently. However,
soil scientists usually attached importance to the degradation of soil system itself, neglecting
studying the degradation of biotic system. On the contrary, ecologists paid attention to
studying the degradation of vegetation system, usually neglecting studying the degradation of
soil system and soil biotic system, and was wanting in studying the relationship among
vegetation system, soil biotic and soil system. Among the assessment indices of soil ecological
degradation and restoration and reconstruction of degraded soil ecosystems, or the assessment
indice of biotic activity degradation was paid attention to, it was lack of comprehensive
A part of cooperation projectStudy on Land Degradation and its Control in the Typical Region of Dry and Hot Valley of
the Jinsha Rivc( by Yunnan Province and the Chinese Academy of Sciences.
assessment index system and relationship between above and below ground biodiversity. To be
mentioned, it was lack of studying on ecological adaptation of specific species to degraded soil
ecological conditions and extremely environmental factors by morpha, physiological ecology
and nutrient ecology; it was lack of studying on bioremediation of specific species to degraded
soils.
Dry and hot valley of the Jinsha River is an extreme type in the dry valley of Hengduan
mountain area, and Yuanmou dry and hot valley is the typical region of the dry and hot valley
region of the Jinsha River. There is advantageous to the growth and development of tropical
and subtropical plants because of abundant light and heat in the region. The region is a typical
ecotone due to prominent contradictions of water and heat, and light and soil fertility, low
vegetation coverage, and serious loss of water and soil. Vegetation restoration and
reconstruction is very difficult because of serious desertification, drought, deficit and
unbanlance of soil nutrients, and lower productivity of zonal soils (dry-red soils) and vertisols
in this region. Therefore, this project dealt with the vegetation features, soil physic, chemical
and biological characteristics, and plant community biomass and biodiversity of two types of
different degradation degree of soil ecosystems in the dry and hot valley, discussed the
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33．何毓蓉，黄成敏，张丹等．2000．金沙江干热河谷典型区 (云南) 土壤退化机理研究Ⅲ．土壤侵蚀对土壤退化的作用(待发)
34．何毓蓉，黄成敏，宫阿都等．2000．金沙江干热河谷典型区土壤退化机理研究Ⅵ．土壤退化的微形态论断特征(待发)
35．黄成敏，何毓蓉．2000．金沙江干热河谷典型区土壤退化机理研究Ⅴ．土壤的水分特性与土壤退化的关系(待发)
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