王 娟，焦 婷，聶中南,2，祁 娟，張德罡，肖元明，霍詩梅

(1.甘肅農業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.Department of Environment and Primary Industries,Private Bag 105,Hamilton,Vic.3300,Australia)

不同施肥處理對高寒草地地上生物量及植物群落特征的影響

王 娟1，焦 婷1，聶中南1,2，祁 娟1，張德罡1，肖元明1，霍詩梅1

(1.甘肅農業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.Department of Environment and Primary Industries,Private Bag 105,Hamilton,Vic.3300,Australia)

試驗以天祝高寒放牧草地植物為研究對象,進行了8種肥料(N， P， K， Zn， Cu， Mo， Se， B)的根部噴施試驗，于7月和8月份測定不同處理草地植物群落特征。結果表明: 除禾草類群外，各施肥處理對天祝高寒草地不同植物學類群地上生物量影響不顯著(P>0.05)，氮肥提高了禾草類植物的生物量，但與對照差異不顯著；施肥處理對賴草(Leymussecalinus)、早熟禾(Poapratensis)的蓋度以及賴草的密度有極顯著影響(P<0.01)。

施肥；高寒草地；地上生物量；群落特征

近年來，草原生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，其結構和功能顯著受損[ 1-3 ]。草原生態(tài)系統(tǒng)的退化機理及退化草地恢復途徑的研究成為草地生態(tài)學關注的熱點之一[4-6]。天祝高寒草地是江河源區(qū)主要植被類型，其生物資源異常豐富，蘊育著眾多世界上獨特的土著生物和物種資源，它的狀況直接關系到我國江河源頭的蓄水量和下游甚至整個亞洲東部生態(tài)系統(tǒng)安全[7]。由于自然和人為因素的影響，其生態(tài)系統(tǒng)平衡受到破壞[8]，環(huán)境日趨惡化，草地嚴重退化。因此，修復與重建其生態(tài)系統(tǒng)是草地生態(tài)學研究中至關重要的工作。在嚴酷的環(huán)境壓力下，僅靠自然恢復植被難度大，見效慢，只有輔助人為干擾才能加速退化草地的修復與重建。施肥是人類在草地生態(tài)系統(tǒng)管理實踐中的主要干擾類型之一[9]，對生態(tài)系統(tǒng)恢復具有重要的影響[10-15]。張杰琦等[16]研究發(fā)現(xiàn)，氮素添加能改變植物群落的蓋度和物種豐富度，顯著改變了植物群落的地上生產力。桑杰等[17]進行了高寒地區(qū)微肥對多年生人工草地生產性能的影響研究,結果表明B，Cu和Zn肥對牧草的地上生物量和種子產量有提高作用，且B肥對中華羊茅 (Festucachina)和冷地早熟禾(Poaalpigena)的分蘗密度和有效小穗數(shù)影響顯著。當前有關施肥對草地生態(tài)系統(tǒng)的影響多集中在N，P和K等大量元素的研究上，有關微量元素的相關研究仍不多見[18]。此次研究探討了在施加大量元素N，P和K以及Zn、Cu、Mo、Se、B等5種微量元素的條件下，退化高寒草甸植物生產力、群落結構的變化，旨在為人工施肥措施在維持天然草地植物群落多樣性及提高生產力等方面提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

天?？h位于甘肅省中部、祁連山東端，屬青藏高原地區(qū)，地理位置為E 102°17′～103°40′，N 36°30′～37°35′。海拔2 960 m，氣候寒冷，年均氣溫0.0℃，>0℃的年積溫1 300 ℃，>10℃的年積溫800℃，年日照2 553 h。 年降水量400 mm，年蒸發(fā)量1 398 mm，為降水量的3倍多。日平均氣溫>10℃的月份僅有7、8兩個月；無霜期30 d，但野生牧草仍有130 d的生長期。試驗地土壤為山地黑鈣土，土壤表層0～10 cm的土層碳酸鹽反應強，pH 7.5，0～40 cm土壤有機質高達12%以上。含全氮0.77%，全磷0.11%，全鉀2.14%，水解氮496 mg/g，速效鉀330 mg/g。

1.2 試驗設計

采用隨機區(qū)組試驗設計，選擇N，P，K，Zn，Cu，Mo，Se，B等8種不同肥料分別施于所選的放牧樣地。樣地選擇在地勢較平坦且具有代表性的地段，進行圍欄保護。試驗設9個處理，其中8個處理各施1種肥料，以不施肥為對照(CK)。每處理4次重復，共36個樣方，樣方面積1 m×1 m。每個樣方所施肥料溶解于盛有100 mL蒸餾水的噴壺中，采用根部噴施法施肥，再用等量蒸餾水沖洗噴壺，隨后以同樣的方式噴施于樣地。

1.3 試驗材料

試驗所選微肥種類及施用量見表1。每種微肥的施用量參照文獻[17,19-22]。

表1 微肥種類及施用量Table 1 The type and amount of trace elements applied

1.4 測定指標與方法

于2013年5月初施肥，7、8月兩次測定地上植物高度、蓋度、密度。高度分別用直尺隨機測定樣方中各主要優(yōu)勢種的高度10次，取其平均值；蓋度用樣點法測定每種植物的分蓋度；密度以每個樣方中選擇3個10 cm×10 cm小樣方，計數(shù)每個樣方中出現(xiàn)植物種的株數(shù)叢數(shù)分蘗數(shù)；8月距地面3 cm刈割每個樣方中牧草地上部分，并將每個樣方內的草樣按不同的植物學類群(禾草類、莎草類、豆科類、雜草類、枯草類)進行分類后稱其鮮重，帶回實驗室置于120℃烘箱殺青15 min，然后在65℃烘箱烘7～8 h，烘至恒重，稱其干重并計算鮮干比，測定地上生物量。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對天祝高寒草地地上生物量的影響

與對照相比，不同施肥處理對天祝高寒草地地上生物總量沒有顯著影響(P>0.05)，僅N肥處理下地上生物量高于對照以外，其余施肥處理下地上生物量均表現(xiàn)出低于對照處理的趨勢。N、Se肥處理下其鮮干比顯著高于P肥處理(P<0.05)，同時N、Se肥處理之間差異不顯著(P>0.05)。不同植物類群的生物量對施肥處理的響應不同。豆科類、莎草類、雜草類和枯草類植物的生物量對不同施肥處理沒有表現(xiàn)出顯著的差異(P>0.05)。N肥處理下禾草類植物的生物量顯著高于K，Zn和Mo處理(P<0.05)，并表現(xiàn)出高于其他處理的趨勢(表2)。

表2 不同施肥處理下天祝高寒草地地上生物量Table 2 Effects of different trace elements on the aboveground biomass of Tianzhu alpine meadow kg/hm2

注：數(shù)據(jù)為平均值±標準誤,同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；沒有肩注表示差異不顯著(P>0.05)

2.2 不同微肥處理對天祝高寒草地優(yōu)勢種植物蓋度的影響

測定時間和施肥處理之間的交互作用對披堿草、針茅等主要牧草種及其他種的蓋度均沒有顯著影響(P>0.05);洽草(Koeleriacristata)、萹蓄豆(Pocockiaruthenia)和其他物種的蓋度對不同施肥處理、測定時間均沒有表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05);披堿草(Elymusdahuricus)、針茅(Stipacapillata)和矮嵩草(Kobresiahumilis)的蓋度在不同施肥處理下不存在顯著差異，但是在不同測定時間披堿草、針茅和矮嵩草的蓋度差異均達到極顯著水平(P<0.01)。賴草蓋度在不同施肥處理之間差異極顯著(P<0.01)，在不同測定時間其蓋度卻差異不顯著(P>0.05)。早熟禾在不同施肥處理和不同測定時間其蓋度差異均達到極顯著差異(P<0.01)(表3)。

2.3 不同微肥處理對天祝高寒草地主要植物種高度的影響

測定時間和施肥處理的交互作用及不同施肥處理對天祝高寒草地上主要牧草種高度均沒有產生顯著影響(P> 0.05)；披堿草、針茅、早熟禾和其他種的高度在不同測定時間之間表現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)，賴草和萹蓄豆高度的差異在不同測定時間之間均達到顯著水平(P<0.05)，洽草和矮嵩草高度在不同測定時間之間仍未表現(xiàn)出顯著差異(P>0.05)(表4)。

2.4 不同微肥處理對天祝高寒草地主要植物種密度的影響

測定時間和施肥處理的交互作用對于天祝高寒草地主要牧草種的密度同樣沒有產生顯著的影響(P>0.05)。不同施肥處理下僅賴草密度之間差異達到極顯著水平(P<0.01)其余物種密度之間差異均未達到顯著水平(P>0.05)，在不同測定時間之間，針茅、萹蓄豆、唐松草(Thalictrumaquilegifolium)的密度差異均達到極顯著水平(P<0.01)。賴草、矮嵩草的密度在不同測定時間沒有表現(xiàn)出顯著的差異(P>0.05)(表5)。

表3 不同施肥處理下天祝高寒草地主要植物種蓋度Table 3 Effects of different trace elements on the groundcover (%) of major plant species in the Tianzhu alpine meadow %

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)，NS表示差異不顯著(P>0.05)，下同

表4 不同施肥處理下天祝高寒草地主要植物種高度Table 4 Effects of different trace elements on the height (cm) of major plant species in the Tianzhu alpine meadow cm

表5 不同微肥處理下天祝高寒草地主要植物種密度Table 5 Effects of different trace elements on the density (plants or tillers/m2) of major plant species in the Tianzhu alpine meadow 株(叢或蘗)/m2

3 討論

近年來，天祝高寒草原過度放牧加上草地生態(tài)系統(tǒng)本身的不斷退化，其植物群落結構已遭到嚴重破壞，依靠自然恢復能力來修復草地十分困難。施肥已成為現(xiàn)代草原生態(tài)系統(tǒng)管理的一項重要措施[9]。施肥對于草地生態(tài)系統(tǒng)的作用主要是改變了土壤的營養(yǎng)狀況，導致植物競爭強度的改變，從而使植物群落發(fā)生改變[23],僅少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)土壤施肥并未引起植物群落的明顯改變[24-26]。生物量是評價生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的基本數(shù)據(jù)，在高寒草地上施肥可以改善土壤的肥力狀況進而影響草地地上生物量[27]。研究發(fā)現(xiàn)氮肥處理下禾草的生物量明顯高于其他處理，這與張彥東等[26]發(fā)現(xiàn)在嚴重退化的草地上添加氮肥后禾本科植物大量增加的結果相符合。同時不同施肥處理對天祝高寒草地地上生物總量沒有顯著影響，該結果與陳文業(yè)等[15]的施肥可明顯提高草地生物量的結論不一致。這可能與施肥量、試驗樣地植物群落的不同有關，或者是試驗處理所添加的營養(yǎng)元素并不是該生態(tài)系統(tǒng)的限制性因素。微量元素對植物的生長具有重要的作用，但是過量使用微量元素也會對植物生長產生負效應[28]，試驗中所有微量元素肥料處理下草地地上生物量均低于對照，也可能是因為人為添加微量元素過量而對植物生長產生抑制。

張杰琦等[16]在氮素添加對高寒草甸影響的研究中發(fā)現(xiàn)施氮肥增加了植物群落植被的高度和蓋度。同時也有學者發(fā)現(xiàn)[29-30]，施用B，Zn和Mo肥能夠不同程度地提高苜蓿株叢數(shù)、改善結瘤、促進分枝、增加株高，提高葉面積指數(shù)。施用適量的Se、Cu肥不僅可以促進植物生長發(fā)育,提高作物產量，而且可有效改善作物品質,增強作物的抗逆性,提高作物產量[31-32]。研究結果表明，賴草和早熟禾的蓋度對不同施肥處理表現(xiàn)出極顯著差異，其余物種蓋度均對不同施肥處理沒有顯著的響應；不同施肥處理對試驗中所有物種高度的影響均沒有表現(xiàn)出顯著的差異，僅對賴草的密度產生顯著影響。試驗得出的施肥對植物群落高度、蓋度和密度影響的結果與報道試驗結果不一致，原因可能是先前施肥試驗尤其是添加微量元素的試驗大多集中在單一農作物、中藥材如紫花苜蓿[29]、玉米[33]、甜菜[34]、燕麥[31]、柴胡等[35]或者是人工草地[30,36]，其種群單一，種間關系和群落內環(huán)境可能與天祝高寒草地完全不同，同樣也可能是由于不同試驗具體的試驗條件不同造成。退化和演替階段的不同可能也是導致試驗結果差異的一個重要原因。由于試驗條件的限制本試驗僅有一個試驗梯度且沒有組合施肥處理，在后續(xù)試驗中可盡量設置多個試驗梯度和更多的施肥處理，以期獲得天祝高寒草地更加準確的施肥數(shù)據(jù)。

4 結論

在本研究中，施肥處理對天祝高寒草地不同植物類群地上生物量無顯著影響；施肥處理與測定時間對天祝高寒草地植物群落特征無交互作用，不同物種對施肥處理的響應不同，高寒植物群落特征具有明顯的時間效應，施肥處理對高寒草地植物群落特征的影響還需進一步研究。

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Effect of different fertilization treatments on aboveground biomass and community characteristics of alpine meadow

WANG Juan1,JIAO Ting1,NIE Zhong-nan1,2，QI Juan1,ZHANG De-gang1,XIAO Yuan-ming1，HUO Shi-mei1

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China；2.DepartmentofEnvironmentandPrimaryIndustries,PrivateBag105,Hamilton,Vic.3300,Australia)

In order to explore the effects of different fertilization treatments on plants in degraded alpine meadow,8 fertilizers (N,P,K,Zn,Cu,Mo Se,B) were sprayed on pasture and the characteristics of plant community in July and August 2013 were measured inTianzhu.The results showed that the differences of aboveground biomass among the different plant groups under different treatments were not significant (P>0.05) except grass group.The aboveground biomass of grass group under K fertilizer treatment was significantly lower than that under N,Cu fertilizer treatments and control (P<0.05).Compared with the control,N fertilizer increased aboveground biomass of grass apparently (P>0.05).There were no significant interactions between fertilization treatments,and the responses of different species to fertilization treatments varied.The fertilization treatments showed significant effects only on the coverage of Leymussecalinus,Poapratensis and the density of L.secalinus (P<0.01),and no significant effects on the coverage,density of other species and the height of all of species were found (P>0.05).

fertilization;alpine meadow;aboveground biomass;community characteristics

2015-07-13；

2017-02-25

甘肅農業(yè)大學草業(yè)科學柔性引進人才科研基金項目(GSAU20000608)；草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室項目(CYZS2011005)；甘肅農業(yè)大學SRTP項目(20130215)資助

王娟(1989-)，女，甘肅隴西人，在讀碩士。 E-mail：wangjuangsau@163.com 焦婷為通訊作者。

S 812

A

1009-5500(2017)03-0091-06