黃河源區高寒草原的植被退化與土壤退化特征

周華坤，趙新全，溫軍，2，陳哲，2，姚步青，楊元武，徐維新，4，段吉闖，2

（1.中國科學院西北高原生物研究所，青海 西寧810008；2.中國科學院研究生院，北京100049；

3.青海大學農牧學院草業科學系，青海 西寧810016；4.青海省氣象局，青海 西寧810001）

黃河源區是我國青藏高原重要的水源涵養區，黃河干流總徑流量的49%源于該地區［1，2］。黃河源區也是青藏高原最主要的畜牧業基地之一，草地資源豐富，牧草品質優良，是發展草地畜牧業的物質基礎［1］。黃河源區的草地類型主要包括高寒草甸、高寒草原、高寒灌叢及高寒沼澤等，分布面積占江河源區總土地面積的54.04%［2］。迄今為止，黃河源區退化草地約有357.13×104hm2，占草地總面積的1／3，其中嚴重退化草地面積約95.66×104hm2，占退化草地面積的26.79%［3］，這已經威脅到當地的生態環境、生物多樣性保護和畜牧業經濟的發展［4］。為保護黃河源區的生態環境，恢復治理退化草地，需要充分了解草地退化演替過程中的一些生物學過程和特征。然而，黃河源區的草地研究多限于高寒草甸的結構、功能研究及其對退化的響應［3－6］，而對高寒草原的研究報道相對較少［7］，這不利于退化高寒草原的恢復治理和管理調控。同時，高寒草原作為黃河源區最重要的草地類型，其退化狀態和程度直接決定著這一地區在涵養水源、調節氣候等方面所具有的生態潛力。為此，以黃河源區高寒草地中最具代表性的紫花針茅（Stipapurpurea）高寒草原為對象，在青海省果洛州瑪多縣對高寒草原退化演替過程中的有關土壤特性、植物群落、地上地下生物量進行了詳細研究，以期揭示高寒草原退化過程中的植被－土壤特點，草地生產力和生態系統功能之間的關系等，為退化高寒草原恢復治理提供科學依據并為其退化程度診斷提供一些量化指標。

1 材料與方法

1.1 野外調查與取樣

根據研究區域草地退化程度，采用天然草地退化、沙化、鹽漬化的分級指標［8］和北方草地退化四級梯度標準［9］，同時參考已經發布的“高寒草原退化程度的界定方法”青海省地方標準［10］，利用空間分布代替時間演替的方法［11］來研究植物群落演替動態和土壤特征的變化。本研究以此劃分并選擇不同退化程度的高寒草原樣地（表1），共4處，依次為未退化高寒草原、輕度退化高寒草原、中度退化高寒草原和重度退化高寒草原，每類樣地面積均為30m×40m，土壤為高山草原土。根據瑪多縣農牧局20世紀80年代的草地綜合調查［12］，研究樣地原先植被均為典型的未退化紫花針茅高寒草原植被，土壤為高山草原土，此后由于過牧、鼠害及暖干化氣候等原因，出現了演替進程中退化程度不等的草地類型。

2009年9月采用樣方法［13］在上述四類樣地內分別隨機選擇6個樣方（100cm×100cm）進行植物群落調查，調查參數包括樣方內植物群落和優勢植物種的蓋度、高度，然后按禾草、莎草和雜草三大經濟類群分種齊地面采集植物地上部分，烘干后稱量其生物量。另將枯草歸為一類；在剪去植物地上部分后，采用土柱法［5］分4層（每層5cm）采集植物地下部分，細水將泥土沖洗干凈后烘干根系并稱量其生物量。

表1 取樣地基本情況Table 1 The basic situation of plots

按照內蒙古草原土壤退化的進程和評價指標［14］，同時測定了各個樣地的土壤特征參數。在各樣地內采集0～20cm表層土壤，6次重復，取混合樣，經過預處理后分別進行pH值、銨態氮、硝態氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀，有機質的測定［15］，其中pH值用電位測定法；銨態氮用靛酚藍比色法；硝態氮用紫外分光光度法，速效磷用硫酸鉬銻抗比色法；速效鉀用火焰光度法；全氮用重鉻酸鉀硝化蒸餾法；全磷用鉬銻抗比色法；全鉀用火焰光度法；有機質采用重鉻酸鉀氧化－稀釋熱法。另外，0～20cm表層土壤含水量的測定用時域反射TDR－200水分儀，0～30cm土壤緊實度用SC－900數顯式土壤緊實度儀測定，每個樣地內重復測定20次。

1.2 數據分析

生物多樣性指數［16］的計算包括：

（1）S＝n。“n”是樣方中的物種數 （豐富度指數）；

（3）Pielou指數（均勻度指數）。E1＝H／lnS；

相似性指數［17］按照如下公式計算：

其中，R是樣方x與樣方y之間的相似性程度，xi和yi分別是植物種i在樣方x和樣方y中的相對地上生物量，X和Y分別是樣方x和樣方y中所有植物種相對地上生物量的總和。R的變化范圍為0～1.00。

牧草質量按張大勇等［18］提出的草場質量指數（index of grassland quality，IGQ）來評價。牧草按其適口性劃分為5類（優、良、中、差、毒），適口性值依次為3，2，1，0，－1。

試驗數據采用SPSS 17.0統計軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 植被退化過程

2.1.1 植物群落地上生物量、物種多樣性特征和草地質量 典型紫花針茅草原退化過程中，中度退化階段的地上生物量顯著大于輕度和未退化階段的地上生物量，而后者顯著大于重度退化階段的地上生物量，但未退化和輕度退化階段的地上生物量差異不顯著（表2）；紫花針茅地上生物量占總生物量的比例隨著高寒草原退化而持續降低（表2）。草地質量指數和優良牧草地上生物量比例也隨著草地退化加劇而降低（表2）。這與黃河源區退化高寒草甸［7］、藏北退化紫花針茅高寒草原［19］的規律是一致的。到重度退化階段，可食優良牧草已經很難找到，未退化草地中的優勢植物種針茅屬植物已經消失，草地質量下降極其顯著（P＜0.01）。

表2 不同退化程度高寒草原植物群落特征和草地質量（n＝6）Table 2 Properties and qualities of plant community at different degraded alpine steppe

植物群落物種豐富度、多樣性指數和均勻度指數在紫花針茅高寒草原中度退化階段最高，隨著退化程度加大，呈單峰式曲線變化規律（表2），這與不同植物種群在退化演替過程中的消長變化密切相關。在中度退化階段物種數最高，這與草地退化導致大量雜類草蔓延滋生有關；未退化高寒草原上，物種數目最少，優勢種單一，這與生草層厚度等因素有關。原有的研究認為，高寒草原的退化與過度放牧關系密切［7，19］，由于牧草在營養價值和采食難易程度等方面的差異，家畜有擇食性，可顯著改變植物種間競爭格局，引起物種侵入或遷出以及群落組成變化，這是本研究中不同退化程度下高寒草原生物多樣性變化的直接原因。高寒草原植物種在退化演替系列中一般可以分為3類：減少種，如紫花針茅、溚草（Koeleriacristata）；中立種，如二裂委陵菜（Potentillabifurca）、梭羅草（Roegneriathoroldiana）和苔草（Carextristachya）等；增加種，如矮火絨草（Leontopodiumnanum）、披針葉黃花（Thermopsislanceolata）和沙生風毛菊（Saussnreaarenaria），這也可以從植物群落優勢種的更替變化中得到證實（表2）。所以，從生物多樣性的角度出發，草原的保護應有食草動物的適當放牧，草原植物資源的科學經營應以高植物多樣性和高生產力為目標。

2.1.2 植物群落的高度和蓋度 高寒草原植物群落分上下兩層，上層主要是紫花針茅、垂穗披堿草（Elymus nuntans）等禾本科植物，隨草地退化加劇，植物群落的上層高度逐漸降低（表3）；下層主要是一些雜類草植物，如矮火絨草、二裂委陵菜、狗娃花（Heteropappushispidus）、細葉亞菊（Ajaniatenuifolia）、沙生風毛菊等，整體而言高度都較低（小于5cm），在紫花針茅高寒草原的退化過程中，植物群落下層高度的變化不顯著，無規律可循（表3），表明下層雜類草高度的變化與高寒草原退化程度關系不密切，這與典型高寒草原的特性有關［20］。

隨著草地退化程度加大，禾草蓋度和莎草蓋度逐漸下降，以重度退化階段的蓋度最低。群落總蓋度、雜草蓋度呈先增加后減小的變化規律，其中以中度退化階段最高，雜草蓋度以未退化高寒草原最低（表3）。這表明在高寒草原逆行演替的過程中莎草與禾草在群落中處于競爭劣勢，而雜草的大量入侵決定著退化階段的草地群落特征。

2.1.3 植物群落間相似性指數 植物群落之間的相似性指數能夠表示不同退化草地的植物組成及其地上生物量分配的差異［20］。如果不同草地植物組成及其地上生物量分配相似，則它們間的相似性指數就接近1。未退化高寒草原和輕度退化高寒草原之間的相似性指數最大，和重度退化高寒草原的相似性指數最小（表4）。隨著高寒草原之間的退化程度差異增加，植物群落之間的相似性指數逐漸減小。

表3 不同退化程度高寒草原植物群落高度和蓋度特征 （n＝6）Table 3 The height and coverage of plant community at different degraded alpine steppe

表4 不同退化程度高寒草原植物群落間相似性指數Table 4 The similarity indices of plant communities at different degraded alpine steppe

2.2 不同退化階段地上地下生物量的變化

2.2.1 地上生物量的變化 中度退化階段高寒草原地上總生物量最高，而在重度退化階段最低（表2），不同經濟類群植物地上生物量的消長變化有所不同（圖1）。隨著退化程度的加大，禾草絕對生物量一直下降，且彼此間差異顯著（P＜0.05）；莎草地上生物量從未退化階段到中度退化階段變化不明顯，重度退化階段略有下降，但不顯著（P＞0.05）；雜類草地上生物量的變化與莎草和禾草的變化趨勢有所不同，呈倒“V”型變化趨勢，以中度退化階段為最高，顯著高于其他各個階段（P＜0.01），其他3個階段雜草生物量相似，差異不顯著（P＞0.05）。

莎草地上生物量比例的變化與其絕對量變化規律基本相同（圖2），從未退化階段到中度退化階段變化不明顯，重度退化階段略有下降，但不顯著（P＞0.05）。禾草和雜類草地上生物量相對比例的變化趨勢正好相反（圖2），均與其絕對量的變化趨勢不一致（圖1）。未退化和輕度退化高寒草原的禾草生物量比例顯著高于中度退化和重度退化高寒草原（圖2，P＜0.05），而未退化和輕度退化高寒草原的雜類草生物量比例顯著低于中度退化和重度退化高寒草原（圖2，P＜0.05），莎草地上生物量比例與禾草和雜草的變化趨勢截然不同，在不同退化階段的草地群落中并未出現劇烈響應。因此，可以看出高寒草原退化演替的不同階段，雜類草和禾草生長狀況影響著整個群落結構和功能的變化，同時也決定了草地質量的高低。隨草地退化的加劇，雜類草和禾草地上生物量比例呈一高一低的變化趨勢，在由輕度退化向中度退化演替的某一時期，雜類草與禾草地上生物量比例相等（圖2），這種此消彼長的現象說明在輕度退化和中度退化階段高寒草原之間存在一個草地質量突變和衰退的閾值。

圖1 不同退化程度高寒草原植物類群地上生物量Fig.1 Above－ground biomass of plant functional groups in different degraded alpine steppe

圖2 不同退化程度高寒草原植物類群地上生物量比例Fig.2 Above－ground biomass ratio of plant groups in different degraded alpine steppe

2.2.2 地下生物量的變化 地下生物量的分層分布反映其垂直空間分布規律。隨著高寒草原退化程度增加，地表0～20cm總生物量的變化趨勢與地上生物量的變化規律一致，呈倒“V”型（表5），不過峰值出現在輕度退化的高寒草原，分別是未退化、中度退化和重度退化高寒草原的1.16，1.05和2.24倍。高寒草原地下生物量隨著退化程度加劇，變化趨勢與高寒草甸有所不同［5］，這與不同草地類型的優勢種生活型特征、生草層致密程度等有關系。各土層中植物地下生物量隨著深度的增加而明顯減小（表5），其中不同深度地下生物量之間差異顯著；對于同一土層而言，不同退化程度高寒草原地下生物量之間不存在明顯差異。不同退化程度高寒草原的地下生物量隨土壤深度的分布關系都可以用對數函數y＝a·lnx＋b來描述，其相關性均達到極顯著水平（表5，P＜0.01）。

在不同退化程度的高寒草原中，0～20cm土層內地下總生物量的77%以上分布在0～10cm表層土壤中，0～15cm表土中的地下生物量占95%以上。可見植物根系的絕大部分分布在0～15cm土層中，這也是高寒草原地下部分分布模式的一個主要特點［1，2］。重度退化高寒草原分布在各層的植物根系量顯著低于其他演替階段的高寒草原，這反映了高寒草原退化演替與地下根系淺層化特點的相關性，這種反應特點與內蒙古退化草原有相同之處［21］。Coupland［22］綜合國際生物計劃期間12個生態定位站的資料，認為放牧干擾導致的草地退化具有使草地地下生物量向0～20cm集中的趨勢，許多學者的研究表明高寒草原的退化與過重的放牧載畜量直接相關［7，19］，本研究也證明了這一點。

2.2.3 地上地下生物量之間的關系 地上生物量與地下生物量的比率在中度退化階段最大，未退化階段次之，重度退化階段最小，地上總生物量和地下總生物量之間也達到極顯著正相關水平（P＜0.01）（表6）。

2.3 物種多樣性與生產力的關系

在植物群落尺度上，未退化、輕度退化和中度退化紫花針茅高寒草原的物種數目和地上生物量之間均呈“V”型變化規律，而重度退化高寒草原呈單峰變化規律，可用二次曲線較好的擬合（圖3）。相關性分析表明，在未退化高寒草原地上生物量和物種豐富度之間的關系呈顯著的正相關關系（r＝0.743 9），輕度退化高寒草原地上生物量和物種豐富度之間的關系呈不顯著的正相關關系（r＝0.271 4），中度退化高寒草原地上生物量和物種豐富度之間的關系呈不顯著的負相關關系（r＝－0.593 7），重度退化高寒草原地上生物量和物種豐富度之間的關系呈顯著的負相關關系（r＝－0.711 9）。隨著退化程度增加，高寒草原生產力與物種多樣性的相關性發生了明顯變化。

表5 不同退化程度高寒草原地下生物量分層分布Table 5 Layered distribution of underground biomass in different degraded alpine steppe g／m2

表6 不同退化程度高寒草原地上生物量與地下生物量及其關系Table 6 Above－ground biomass and below－ground biomass，and the relationship between them in different degraded alpine steppe

圖3 不同退化階段高寒草原物種豐富度與地上生產力的關系Fig.3 The relationship between the species richness with plant productivity in different degraded alpine steppe

生物多樣性與群落生產力的關系屬于群落生態學中的經典論題，揭示生產力對生物多樣性的作用機制對于認識生物多樣性的維持機制具有重要意義［23］。眾多研究表明，物種多樣性與生產力的關系表現為多種形式，如單峰型、線性正相關、線性負相關、U型以及不相關關系［23－26］，影響多樣性與生產力關系的因素很多，其中尺度被認為是重要的影響因素［25－30］。Gross等［26］利用長期生態系統監測網絡的數據分析了不同生態尺度上物種多樣性與生產力的關系，結果表明，大尺度上物種多樣性與生產力之間呈單峰型關系；而在小尺度上（群落內）出現顯著負相關關系。本研究中，重度退化、中度退化高寒草原生產力與物種多樣性為負相關關系，與此結論是一致的。Schmid等［30］指出：當環境因素同生物多樣性和生產力的關系都為正相關時，物種豐富度與生產力的關系為正相關關系。而當同一環境因素（如土壤肥力）對生物多樣性和生產力的影響相反時，可能會導致物種豐富度與生產力的關系為負相關或峰型相關［31，32］。這與高寒草原退化演替過程中群落結構功能特征、土壤養分有效性和資源供給狀態密切相關，以往的研究亦表明，高寒草原退化引起了土壤肥力等環境因子的變化［32］，這使高寒草原物種豐富度與生產力的關系由顯著正相關轉變為負相關。

圖4 高寒草原物種多樣性指數與生產力的關系Fig.4 The relationship between the diversity index and productivity in alpine steppe

在區域尺度上，本研究中的高寒草原不論地上、地下生物量和總生物量，物種多樣性與生物量之間都呈“V”型變化規律，可用二次曲線較好的擬合（圖4），即較高和較低的生產力對應相對較高的物種多樣性，而生產力居中時，對應的物種多樣性指數較低，這與表2的數據規律是一致的。中國科學院海北高寒草甸生態系統研究站矮嵩草（Kobresia humilis）草甸、小嵩草（K.pygmaea）草甸和金露梅（Potentilla fruticosa）灌叢群落中物種多樣性與生產力的關系呈線性增加關系，藏嵩草沼澤化草甸群落中線性增加關系不顯著［33］，與紫花針茅高寒草原物種多樣性指數與生產力的關系不一致，這與高寒草地類型、草地受干擾狀態、生物環境因子、尺度大小不同等有關系，在區域范圍內，物種豐富度和植被生產力的關系主要是由環境變量驅動，如氣候、土壤肥力和干擾程度［31，34－36］。相關性分析表明，在本研究區域紫花針茅高寒草原地上生物量和物種多樣性之間的關系呈不顯著的正相關關系（r＝0.292 1），地下生物量與總生物量和物種多樣性之間的關系均呈不顯著的負相關關系（r＝－0.072 95，r＝－0.026 6）。

2.4 土壤退化

2.4.1 不同退化程度高寒草原土壤物理特征 土壤濕度不僅與蒸發蒸騰相互制約，而且還受降水、太陽輻射等因素的制約。隨著紫花針茅高寒草原退化程度的加大，土壤濕度呈單峰式變化趨勢，未退化和輕度退化高寒草原顯著高于中度和重度退化高寒草原（表7）。高寒草原土壤濕度和植被蓋度沒有明顯的對應關系，這和黃河源區退化高寒草甸的土壤含水量變化規律［5］有所不同，可能與區域降水量、太陽輻射、草地類型及土－草－根的耦合關系有關，有待進一步研究。

土壤緊實度受到土壤質地和結構性等的影響而變化。土壤愈疏松或是土壤中有大量的根孔、小動物穴或裂隙，則空隙度大而緊實度小；反之，土壤愈緊實［37］。隨著高寒草原的退化程度加大，土壤緊實度逐漸減小（表7）。其中重度退化高寒草原土壤緊實度顯著低于其他高寒草原，輕度和中度退化高寒草原顯著低于未退化高寒草原，這與重度退化高寒草原植物稀疏，根系量銳減（表5），鼠類危害嚴重等密切相關。

表7 不同退化程度高寒草原土壤物理特征Table 7 Soil physical characteristics in different degraded alpine steppe

2.4.2 不同退化程度高寒草原土壤化學成分 土壤有機質、氮素和磷素等是土壤主要的養分指標，同時有機質還是形成土壤結構的重要因素，直接影響土壤肥力、持水能力、土壤抗侵蝕能力和土壤容重等，是土壤特性的重要指標之一［38］，其變化狀況可以指示土壤退化與否。

本研究中，隨著高寒草原退化程度的增加，土壤表層中pH變化有總體上升趨勢，且均高于8.0（表8）。土壤有機質在未退化和輕度退化階段含量較高，中度退化和重度退化階段較低，總體呈下降趨勢（表8）。Dormaar等［39］的研究表明，放牧減少土壤有機質是草地重牧退化的重要表征。在本研究中，隨著高寒草原退化到中度退化階段，雖然植被覆蓋度下降不顯著（表3），但水土流失漸趨嚴重，有機質含量減少明顯（表8），草土的耦合關系開始被擾動。表層土壤有機質含量受地上植被影響較大，退化草地表層枯草的數量增加，土壤中有機質含量在輕度退化條件下有所增加，這與蔡曉布等［32］對藏北紫花針茅高寒草原的研究結果是一致的。隨著退化程度的加劇，生物量顯著減少，所以有機質含量逐漸降低，而未退化草地土壤有機質含量稍低于輕度退化草地中，可能是由于未退化草地植物生長旺盛，對土壤有機質利用率較高的原因。

表8 不同退化程度高寒草原土壤化學成分Table 8 The soil chemical composition in different degraded alpine steppe

全氮量在各退化階段變化不明顯，相對而言，輕度和重度退化階段較高，未退化和中度退化階段較低（表8）。隨著高寒草原退化程度的加劇，硝態氮含量減少趨勢明顯，其中重度退化高寒草原的硝態氮含量明顯低于其他階段，無法滿足植物生長的需要，氨態氮的變化趨勢與硝態氮正好相反（表8）。不同退化階段高寒草原速效氮的變化與蔡曉布等［32］對藏北退化高寒草原的研究結果和黃河源區退化高寒草甸速效氮的變化［5］有所不同。

全磷含量在各退化高寒草原之間變化無明顯規律可循，相對而言，在輕度退化階段含量較高，其他退化階段較低（表8）。隨著高寒草原退化程度的加劇，速效磷含量減少趨勢明顯，其中重度退化高寒草原的速效磷含量明顯低于其他階段（表8），其變化規律與蔡曉布等［32］對藏北退化高寒草原的研究結果不同，速效磷含量明顯低于高寒草甸［5］，這可能與地域、取樣和植被類型等有關系。速效磷與青海其他地區高寒草原土壤磷含量［40］相比，各退化階段土壤磷素含量處于中等偏下水平，所以在退化高寒草原恢復治理過程中加施磷肥是有必要的。

土壤表層速效鉀隨著高寒草原退化程度加劇而減少，規律明顯，其含量能滿足植物生長對鉀的需要，與藏北紫花針茅退化高寒草原的研究結果［32］一致。

植被退化是黃河源區高寒草原土壤退化的直接原因，而土壤退化也必然引起植被退化，二者互為因果。侯扶江等［41］認為草地退化不僅是植被和土壤的退化，也是2個子系統耦合關系的喪失和系統相悖所致。內蒙古典型草原在退化過程中首先表現為植被異質化，植被的異質化導致土壤某些元素的異質化［42］。由于土壤有較強的抗拒退化的能力，具有土壤穩定性的特點［43，44］，所以在土壤退化之前植被的退化特征已經顯現。高寒草原生態系統在適度放牧利用的情況下，能流和物流基本上處于平衡狀態，生產水平比較穩定，土壤亞系統保持良好的結構，能夠正常地發揮其功能，為植物生長提供所需要的空間、養分和水分，同時植物的殘落物和家畜的排泄物歸還給土壤，使草－畜－土維持良好的循環與平衡［1］。人為過度干擾是導致高寒草原出現逆向演替的主要因素［19，20］。最近幾十年，紫花針茅高寒草原廣泛分布的瑪多縣由于存在嚴重的超載過牧現象［7］，牲畜過度啃食和踐踏，草本植物的正常生長發育受到抑制，穩定的物質平衡受到破壞，草群變得低矮稀疏，組成結構改變，蓋度減少，產草量下降，物種數和優良牧草量明顯下降，與此同時，土壤也明顯退化，有機質和速效氮含量下降，土壤緊實度同時下降，呈現退化和初始沙化的典型特征。本研究僅僅指出了有關高寒草原植被和土壤的退化特征，其退化驅動因素及其貢獻率、退化機理、物種多樣性和生產力關系及其調控機理仍然需要繼續深入。

3 結論

隨著高寒草原退化程度加大，植被蓋度、草地質量指數和優良牧草地上生物量比例逐漸下降，草地間的相似性指數減小。而植物群落多樣性指數和均勻度指數隨著退化程度加大呈單峰式曲線變化規律，在中度退化階段達到最高值。地上總生物量在中度退化階段最高，在重度退化階段最低。隨著退化加劇，禾草地上生物量減少顯著，雜草類植物地上生物量顯著增加而后減少，而莎草科植物地上生物量的變化與草地退化程度的關系不明顯；禾草地上生物量比例減少顯著，雜草地上生物量比例增加顯著，而莎草地上生物量比例在不同退化階段變化不明顯，且都比禾草與雜草的比值低。高寒草原植物地下根系表現出淺層化特點，分布在土壤表層0～20cm的植物根系隨土壤深度的增加而減少，且隨草地退化程度的加劇根系生物量變化呈倒“V”型。各類群地上地下生物量之間均為正相關，達到顯著水平，地上生物量與地下生物量的比率在中度退化階段最大，在重度退化階段最小。高寒草原物種多樣性與生物量之間呈“V”型變化規律，隨著退化程度增加，物種豐富度與生產力的關系由顯著正相關轉變為負相關。

隨著高寒草原由未退化和輕度退化階段演替到重度和中度退化階段，土壤含水量、土壤有機質、速效磷和硝態氮的含量都明顯減小，硝態氮含量在重度退化階段不能滿足植物生長的需要。隨高寒草原退化程度加大，有機質含量在表層土壤中流失嚴重。速效鉀和土壤緊實度隨著高寒草原的退化程度加劇而減小，氨態氮在重度退化階段的含量高于其他階段，而pH值均高于8，且變化不明顯。

隨著高寒草原植被的退化演替，土壤退化越來越嚴重，貧瘠化不斷加劇，到重度退化階段，旱生沙生植物出現，呈現沙化初始景觀。

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