賈志鋒， 馬 祥， 雷生春， 徐成體， 魏小星， 劉文輝

(青海大學畜牧獸醫(yī)科學院/青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質資源利用重點實驗室， 青海 西寧810016)

貴南縣位于青海省東北部，隸屬海南藏族自治州，地處西傾山與黃河之間，屬共和盆地的一部分，總面積為6 649.7 km2，境內平均海拔3 100 m，屬高原大陸性氣候，冬長夏短，有可利用草地面積約40萬hm2，耕地面積約2萬hm2[1]。畜牧業(yè)是貴南縣主要經(jīng)濟支柱，境內光、溫、水等農(nóng)牧業(yè)氣候資源豐富，草質柔軟，牧草生長期一般在160～180 d之間，山區(qū)牧草生長期少于160 d，是青海省發(fā)展牧業(yè)生產(chǎn)條件較好的地區(qū)之一[2]。

但是，近年來由于自然條件制約、全球變暖和傳統(tǒng)觀念等的綜合作用，該縣畜牧業(yè)仍以天然草地放牧為主，單純追求牲畜數(shù)量增長，從而導致草地退化、沙化、鹽堿化面積不斷擴大，草地質量及牧草品質逐年下降，使貴南縣草地畜牧業(yè)和生態(tài)環(huán)境等受到很大影響[2]。草地退化表現(xiàn)為植被蓋度降低、禿斑面積增大、地上生物量比例降低、可食牧草比例和高度降低、草地生物多樣性減少、草地土壤有機質含量降低、土壤質量變劣等多個方面。草地退化程度加劇導致水土流失嚴重、草地植物群落多樣性急劇減少、瀕危植物種類不斷增加、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱、草地生產(chǎn)力不斷降低等嚴重影響高寒草地植物群落結構及物種多樣性的眾多問題[3]，嚴重阻礙草地畜牧業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和當?shù)啬撩裆钏降奶岣?。因此，草地退化問題已引起生態(tài)學家、當?shù)啬撩窦跋嚓P政府部門的關注。楊曉玫等[4]研究表明天祝高寒草地輕度退化草地(Light Degradation，LDG)、中度退化草地(Moderate Degradation，MDG)和重度退化草地(Severe Degradation，SDG)植物群落四度一量特征整體呈現(xiàn)逐漸降低趨勢且差異顯著(P<0.05)，表現(xiàn)為LDG> MDG> SDG；隨著天祝高寒草地退化程度的增加，其植物多樣性逐漸降低，植物群落結構分布單一。草地退化后植被優(yōu)勢種物種數(shù)減少，雜類草增加，植被蓋度及生物量降低，嚴重影響了當?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展[5]。楊嬌等[6]研究表明隨著退化程度的增加，紫花針茅(Stipacapillata)種群高度和個體生物量顯著降低(P<0.05)，分蘗節(jié)和莖的直徑呈現(xiàn)增加的趨勢，而根長、莖長、葉長、花序長呈現(xiàn)減少的趨勢。草地退化還可衍生鼠害、蟲害及毒雜草泛濫，進一步加劇了草地的退化，加之氣候變化(全球變暖、降雨變化等)的影響，使得高寒草地的質量嚴重下降，草地原生植被減少，其生態(tài)價值基本喪失，進一步退化形成黑土灘。從上個世紀70年代到現(xiàn)在，黑土灘成為青海省三江源地區(qū)的主要生態(tài)問題，嚴重阻礙了該地區(qū)草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與利用[7]。貴南縣退化草場面積達15.8萬hm2，主要分布在牧業(yè)三鄉(xiāng)的夏秋草場，為毒雜草型、黑土灘型和沙漠化型退化草地[8]。鑒于此，在該縣加大退化草地的恢復研究意義重大。根據(jù)趙新全[9-10]、董全民[11]、潘多峰[12]對草地退化現(xiàn)狀及其退化類型的研究結果，比對觀測到的植被蓋度(60%～80%)、地上生物量比例(50%～75%)、可食牧草比例(50%～75%)、可食牧草高度(下降 3～5 cm)、禿斑地比例、植被覆蓋率[13]和優(yōu)勢植物種類等草地表現(xiàn)，結合GB 19377-2003[14]判斷該地區(qū)的退化草地類型為輕度退化草甸草地。

施肥是改良退化草地的常用措施，王偉等[15]對高寒草甸進行施氮研究，發(fā)現(xiàn)硫酸銨形態(tài)的氮肥對地上生物量的增加最為顯著，尿素次之，200 kg·hm-2為最佳硫酸銨氮肥施用量。丁洋[16]研究發(fā)現(xiàn)施有益微生物菌肥可顯著增加草原3號雜花苜蓿(MedicagovariaL. ‘Caoyuan No. 3’)、草原2號雜花苜蓿(MedicagovariaL. ‘Caoyuan No.2’)、蒙農(nóng)雜種冰草(Agropyroncristatum×A.desertorum‘Mengnong’)、無芒雀麥(Bromusinermis)的干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量，同時可明顯改善株叢結構。珊丹等[17-18]研究認為微生物菌肥添加使草原礦區(qū)排土場土壤微生物菌落數(shù)量增加、土壤酶活性增強，紫花苜蓿(Medicagosativa)和披堿草(Elymusdahuricus)地上生物量顯著增加，對增加土壤肥力、加快植被重建有重要作用，溝施法+0.4 mL·m-2菌肥為最佳施肥措施?？梢?，施肥對草地恢復的影響與草地類型、肥料種類、施肥措施和施肥量密切相關，但貴南縣輕度退化草地在施肥改良方面的研究尚未見報道。

因此，本研究在貴南縣輕度退化草地進行施肥試驗，旨在明晰施肥對退化草地植被群落蓋度、高度及生物量的影響，以探討貴南縣輕度退化草地改良的合理施肥方案，為貴南縣退化草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青海省貴南縣森多鄉(xiāng)茫什多灘，海拔3 670 m，東經(jīng)101°18′，北緯35°46′，年均氣溫2.3℃，年均降水量400～500 mm，無霜期40 d，≥5℃積溫1 500℃～1 800℃。土壤為高山草甸土，土壤pH值為7.0，土壤有機質25.8 g·kg-1。草地類型為高寒草甸，主要優(yōu)勢種有：矮生嵩草(Kobresiahumilis)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、溚草(Koeleriacristata)和紫花針茅(Stipacapillata)；毒雜草有黃花棘豆(Goxytropisochrocephala)、狼毒(Stellerachamae)和高山唐松草(Thalictrumalpinum)。試驗區(qū)面積6 666.7 m2，在植被恢復前期進行了地面鼠和地下鼠防治工作。

1.2 試驗設計

試驗設置7個處理，包括5個施氮處理(60 kg·hm-2，105 kg·hm-2，150 kg·hm-2，195 kg·hm-2，240 kg·hm-2，分別記作N1，N2，N3，N4，N5)和1個菌肥處理(記作J)，菌肥為EM菌液(Effective Microorganisus，EM)發(fā)酵的牛糞，EM菌液由青海省牧業(yè)科技開發(fā)公司生產(chǎn)提供，參考雷生春等[19]的研究結果和生產(chǎn)實踐中的用量確定施用量為45 m3·hm-2，設置1個對照，氮肥和菌肥均不施，記作N0。于2011年6月10日對輕度退化草地進行施肥處理，肥料選用尿素(46.6% N)和生物有機肥(活菌數(shù)≥0.2億·g-1)，均勻撒播，施肥完成同時進行圍欄和鷹架(巢)建設。采用隨機區(qū)組試驗設計，區(qū)組間距20 m，小區(qū)面積225 m2(15 m ×15 m)，相鄰小區(qū)之間設2 m緩沖帶，每個處理重復3次。2011年7—10月、2012 年7—10月的每月中旬，對施肥草地和對照進行植被蓋度、草群高度、地上生物量的監(jiān)測。每個樣地內按蛇形法隨機重復取樣6次，樣方面積1 m2(1 m × 1 m)。

1.3 指標測定

蓋度用針刺法測定，每樣方100針；高度用鋼卷尺測定，各樣方中按經(jīng)濟類群“禾草類”、“莎草類”和“雜草類”每個類群隨機選取5株，測其自然高度，群落高度為各類群株高的平均值；每個樣方調查完畢后，將樣方內各類草齊地剪下后，按經(jīng)濟類群“禾草類”、“莎草類”和“雜草類”進行分離，分別裝袋，帶回實驗室，烘箱105℃殺青，然后烘干至恒重后稱重，總生物量為3個經(jīng)濟類群生物量的總和。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行初步整理，采用SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。年份與施肥處理間的交互作用對測定指標的影響采用多因子方差分析(Two-way ANOVA)，并用Duncan法對施肥處理間數(shù)據(jù)進行多重比較(P<0.05)。結果用平均數(shù)表示，數(shù)據(jù)誤差用均值的標準誤(Standard error of mean，SEM)表示。

2 結果與分析

2.1 年份及施肥處理對退化草地恢復過程中主要指標的影響

在施肥處理后不同時間下，年份、施肥處理及兩者的互作效應對草地群落蓋度、高度及生物量的影響均較大(表1)。2011—2012年，7—10月，除施肥處理對7月群落高度的影響達顯著(P<0.05)水平外，其他指標受年份、施肥處理及兩者的互作效應的影響均達極顯著(P<0.01)水平。

表1 年份及施肥處理交互作用下不同月份各指標的P值Table 1 P value of each factor under different year and fertilization treatment on different month

注：年份：Year，Y；施肥：Fertilization，F(xiàn)

2.2 年份及施肥處理對輕度退化草地蓋度的影響

年份及施肥處理均對輕度退化草地蓋度有顯著影響(表1，圖1)。與2011年相比，2012年各施肥處理草地蓋度在7—10月均顯著(P<0.05)高于2011年；N0組在7—10月也顯著(P<0.05)高于2011年，分別高出145.7%，82.8%，27.7%和294.5%。整體而言(表2)，2012年各處理的草地蓋度均值在7—10月比2011年分別高出79.9%，99.2%，31.2%和271.6%?？梢姡┓屎蟮?年退化草地群落蓋度在牧草生長期(7—8月)、盛草期(9月)和枯草期(10月)均大幅提高(P<0.05)。

對各施肥處理來說，2011年群落蓋度整體有一定差異，但規(guī)律性不強。7月時，N4、N5和J施肥處理下，群落蓋度顯著(P<0.05)高于N0和其它3種低氮處理，即N1，N2和N3。8—10月，各處理間草地群落蓋度均有波動，8月、9月和10月群落蓋度最高的處理分別為J，N2和N1，較對照分別顯著(P<0.05)增加33.3%，21.8%和57.4%。2012年7月時，N4處理群落蓋度顯著高于對照(P<0.05)，較對照高出35.2%，8—10月各施肥處理草地群落蓋度均顯著高于N0(P<0.05)。N4處理的群落蓋度在7—10月均處于較高水平，且隨牧草生育期的延長呈上升趨勢，10月達到最高(99.3%)。N1，N2，N3，N5和J處理群落蓋度在維持較高水平時伴隨一定的波動，規(guī)律不明顯。

圖1 施肥處理對輕度退化草地群落蓋度動態(tài)的影響Fig.1 Effects of fertilization on vegetation coverage of light degraded meadow注：不同小寫字母表示2011年同一月份不同施肥處理間差異顯著(P < 0.05)，不同大寫字母表示2012年同一月份不同施肥處理間差異顯著(P < 0.05)，下同Note:Different lowercase letters for the same month indicate significant difference among the different years and treatments at 0.05 level in 2011,different uppercase letters for the same month indicate significant difference among the different years and treatments at 0.05 level the in 2012. The same as below

表2 不同處理蓋度均值Table 2 Mean coverage of different treatment/%

年份Year月份Month7月July8月August9月September10月October201148.5b45.4b71.4b25.4b201287.3a90.5a93.7a94.4a

注：表中不同小寫字母表示差異顯著(P< 0.05)，下同

Note:Different lowercase letters indicate significant difference at 0.05. The same as below

2.3 年份及施肥處理對輕度退化草地群落高度的影響

年份及施肥處理對輕度退化草地群落高度的影響均較大(表1，圖2)。從年份上來看(表3)，2012年各施肥處理草地群落高度均顯著高于2011年，7—10月平均高度分別比2011年高出142.2%，91.1%，59.7%和204.9%(P<0.05)。2012年N0處理草地群落高度在7月、8月和10月也顯著(P<0.05)高于2011年N0處理。

隨牧草生育期的延長，2011年各處理的群落高度總體呈現(xiàn)先上升后降低的規(guī)律，最大高度集中在8月和9月；2012年則不同，N1、N2和N3處理群落高度總體呈先升后降再升的規(guī)律，N4、N5、J和N0處理始終表現(xiàn)為上升，且所有處理的群落高度最大值均在10月。2011年7月和10月，各處理間差異不顯著(P>0.05)，8月N5和J處理的群落高度較高，顯著(P<0.05)高于其它各處理，9月時N0處理的群落高度高于N1，N3和N5處理。而2012年7月，N2處理群落高度最高(23.9 cm)，N1次之(20.9 cm)，且所有施肥處理均顯著(P<0.05)高于N0；8月，N3處理群落高度最高(28.7 cm)，N4處理次之(27.1 cm)，分別比對照顯著高出76.1%和66.3%(P<0.05)，其它施肥處理也高于對照(P<0.05)；在9月和10月，N4處理群落高度均為最高(29.5 cm和38.7 cm)，分別比對照顯著高出56.9%和100.5%(P<0.05)，N0處理群落高度始終顯著低于施肥處理(P<0.05)。

圖2 施肥處理對輕度退化草地群落高度動態(tài)的影響Fig.2 Effects of fertilization on vegetation height of light degraded meadow

表3 不同處理高度均值Table 3 Mean plant height of different treatment/cm

年份Year月份Month7月July8月August9月September10月October20118.0b12.8b14.9b9.6b201219.3a24.4a23.7a29.3a

2.4 年份及施肥處理對輕度退化草地地上生物量的影響

年份及施肥處理對輕度退化草地地上生物量的影響見表1和表4。從年份上來看，2012年每月不同處理禾草類和雜草類生物量與2011年相比有高有低，而莎草類和總生物量則始終高于2011年；同時，2012年每月不同處理禾草類、莎草類和總生物量的均值均高于2011年，雜草類生物量則低于2011年。2012年7—10月，不同處理禾草類生物量的均值分別比2011年高出43.7%，67.9%，22.7%和128.2%，莎草類生物量的均值分別比2011年高出407.1%，145.0%，181.6%和184.2%，總生物量的均值分別比2011年高出93.7%，65.3%，74.1%和130.2%，雜草類生物量的均值分別比2011年降低68.7%，64.5%，27.0%和40.7%。可以看出，禾草類和雜草類對氮肥的響應較快，施肥后生物量迅速增加；莎草類生物量在年份間的差異較大，對氮肥的響應較慢，施肥后次年生物量大幅增加。從年度總生物量來看，禾草類的地上生物量在2011年以J處理最高(506.9 g·m-2)，顯著高于除N4外其它各處理(P<0.05)，較對照高出96.6%，N4處理僅次于J處理，而2012年則以N4處理生物量最高，顯著高于其它各處理，較對照高出207.4%；莎草類的地上生物量在2011年以N5處理最高，顯著高于其它各處理(P<0.05)，較對照高出51.8%，2012年則以N4處理最高，較對照高出61.6%；雜草類的地上生物量在兩年均以N5處理最高，顯著高于其它各處理(P<0.05)，分別較對照高出151.4%和80.8%；年度總生物量在兩年均以N4處理最高，顯著高于其它各處理(P<0.05)，分別較對照高出54.3%和100.8%。整體來看2012年年度總生物量高于2011年，其中N4處理2012年地上生物量是2011年的2.3倍，N0處理2012年地上生物量是2011年的1.8倍。

表4 施肥處理對輕度退化草地地上生物量的影響Table 4 Effects of fertilization treatments on over ground biomass of light degraded meadow/g·m-2

注：不同小寫字母表示2011年同一月份不同施肥處理間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示2012年同一月份不同施肥處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters for the same month indicate significant difference among different years and treatments at 0.05 level in 2011,different uppercase letters for the same month indicate significant difference among different years and treatments at 0.05 level the in 2012

從不同施肥處理來看，隨著牧草生育期的延長，2011年各經(jīng)濟類群和總生物量總體呈現(xiàn)先增后降的規(guī)律，最大生物量集中在8月；2012年則不同，莎草類和雜草類生物量總體呈現(xiàn)出先增后降的規(guī)律，而禾草類和總生物量總體呈現(xiàn)出先增后降再增的規(guī)律，不同處理的最大生物量在數(shù)量和出現(xiàn)時間上差異較大。2011年7月，總生物量N5處理為最高(179.6 g·m-2)，其次為N4處理(166.8 g·m-2)，但兩者總生物量構成不同，N5處理以雜草類和禾草類為主，雜草類生物量顯著(P<0.05)高于除N3外其它各處理，N4處理總生物量以禾草類為主，禾草生物量顯著(P<0.05)高于各施肥處理。8月，J處理的禾草類生物量(221.1 g·m-2)和總生物量最高(342.3 g·m-2)，顯著(P<0.05)高于其它各處理，其次為N4處理(禾草生物量121.3 g·m-2和總生物量302.4 g·m-2)；N5處理雜草類生物量(134.8 g·m-2)顯著(P<0.05)高于其它各處理。9月時，N4處理禾草類生物量(179.4 g·m-2)和總生物量(280.3 g·m-2)均顯著(P<0.05)高于其它各處理；10月時，各處理總生物量較9月均下降，N4處理禾草類生物量仍為最高，顯著(P<0.05)高于對照，但與各施肥處理無差異(P>0.05)；J處理莎草生物量和總生物量最高(107.1和196.8 g·m-2)，較對照分別增加43.2%和24.2%。2012年7月，N4處理的總生物量最高(348.5 g·m-2)，比對照高出44.3%，N5次之(345.5 g·m-2)，顯著(P<0.05)高于其它處理，兩者的總生物量構成均以莎草類為主，分別占總生物量的66.7%和63.3%，同時，N4處理的雜草類生物量顯著(P<0.05)低于N5，僅有5.9 g·m-2。8月時N4處理的禾草類、莎草類和總生物量均為最高(278.5，306.7和609.1 g·m-2)，顯著(P<0.05)高于其它各處理，比對照分別高出139.9%，38.7%和97.1%，雜草類生物量最低。9月仍以N4處理禾草類、莎草類和總生物量為最高(256.7，285.2和552.0 g·m-2)，較對照高出286.6%，74.4%和123.0%，禾草生物量和總生物量顯著(P<0.05)高于其它處理。10月時，N4、N5和J的總生物量達到最大值，且N4處理禾草生物量(350.7 g·m-2)和總生物量(621.9 g·m-2)均顯著(P<0.05)高于其它各處理，比對照高出335.7%和135.4%，雜草類生物量顯著(P< 0.05)低于對照。

3 討論

植被蓋度的降低、物種多樣性的減少和群落組成成分的簡單化是草地植被退化的主要特征，預示著生態(tài)環(huán)境的改變對植被的生存選擇愈加嚴格[8]。草地植被退化使高寒草地生態(tài)系統(tǒng)結構與功能嚴重受損[20]，研究草地植被退化機理及恢復措施有助于推動當?shù)匦竽翗I(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[21-22]。施肥和圍欄封育是退化草地恢復的有效措施，在我國草地管理中得到廣泛應用[23-24]。施肥可以提高青藏高原高寒草甸植物生產(chǎn)力，對草地恢復、草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有促進作用[25]，這在本研究中也得到很好地體現(xiàn)，與對照相比，施肥處理顯著增加草地群落蓋度、高度和生物量，但結果同時表明不同肥料和施用量的作用差異較大，不同經(jīng)濟類群對施肥的響應也有差異。

在退化草地施氮量方面已有多位學者進行研究，適量的氮肥增施量對于提高草地生產(chǎn)力具有積極意義，但過量增施氮肥不僅增加生產(chǎn)成本，而且易造成雜草旺長、優(yōu)勢種變換的現(xiàn)象從而影響畜牧生產(chǎn)，還會導致土壤板結等質量變差現(xiàn)象；最佳施氮量因地區(qū)而異，不同地區(qū)在退化草地管理中應結合生態(tài)和經(jīng)濟效益綜合考慮，以達到增產(chǎn)增收的效果。陳亞明等[26]從維持草地營養(yǎng)品質考慮，認為甘南州高寒草地施肥量不應超過600 kg·hm-2水平，當施肥水平達到600 kg·hm-2時，豆科在群落地上生物量的比例比不施肥下降80.9%。曹文俠等[27]對天?？h輕度退化高寒草地的研究表明，施氮顯著增加各功能群植物的高度和禾本科植物蓋度，同時施氮可顯著增加禾本科、莎草科、豆科地上生物量和總地上生物量，降低雜類草蓋度和生物量，施肥量為308.6～385.8 kg·hm-2時效果最佳。景美玲等[28]對祁連縣高寒草甸輕度退化草地的研究表明，在高寒草甸退化草地上添加氮素可顯著提高植被蓋度和地上生物量，添加150 kg·hm-2的尿素地上生物量2年內平均提高43.6%，投入產(chǎn)出最高，且對土壤養(yǎng)分有改善作用。本研究中，195 kg·hm-2(N4)施氮水平下退化草地的蓋度、高度和地上生物量均為最佳，為本試驗地區(qū)的適宜施肥濃度。當?shù)仕嚼^續(xù)增加到240 kg·hm-2(N5)時，各經(jīng)濟類群和總地上生物量較N4下降，雜草生物量上升，說明高氮添加對草地的恢復不利。過量施肥將使土壤與植物營養(yǎng)元素失衡，造成土壤酸化，對植物產(chǎn)生毒害作用，降低群落生產(chǎn)力[29]。

在本研究中，在施肥當年和施肥第2年氮肥草地植被的高度和蓋度均提高。氮肥是一種速效養(yǎng)分，極易在短時間內被具有較高氮素利用率的禾本科牧草吸收利用[30]，地上部分迅速生長，高度和蓋度增加，迅速占領上層空間；沈景林等[31]研究表明，在高寒退化草地施氮肥可使草群高度較對照增加26.8%～108.2%；在大通河上游祁連縣退化草地開展的研究表明施肥處理草地群落高度較對照增加36.9%～202.8%，并推測可能由于該退化草地土壤對氮素供應的天然不足成為抑制植被生長的重要因素。施肥主要是增加了土壤速效養(yǎng)分，改變了植物競爭力，進而提高牧草產(chǎn)量，施氮肥消除了青藏高原氮素的限制作用，氮利用率高的禾草迅速生長，遮蔽了其他矮小物種，從而具有較強的獲取地上光的能力[28]。施氮增加了土壤中可利用氮含量，增強了植物對碳的同化，從而加速了植物生長。施肥增加了土壤中的有效資源水平，從而導致群落生產(chǎn)力增加[25]。施肥使植物個體增高增壯，使得植被蓋度整體上增加；陳子萱[32]研究表明氮肥、磷肥和有機肥混合施肥草地植被蓋度可增加7%，其中氮肥對蓋度的增加作用最大。還有研究表明施肥使禾草類個體數(shù)、蓋度和高度增加，禾草競爭力增強，對其它種群造成抑制，雜類草減少，草地物種數(shù)減少、物種豐富度顯著下降，Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)減小，整體種間競爭降低。本研究中施氮處理的草地植被高度和蓋度均增加的原因可能是施氮增加了土壤可利用氮的含量，氮素不再成為牧草生長的限制作用因子；退化草地的特征之一是草地土壤的有機質含量低，施肥還可能通過促進土壤中微生物的活動、調節(jié)土壤酶的活力、碳氮耦合等方式增加土壤有機質含量；施氮促進了牧草地上部分的生長，光合面積增大，光合產(chǎn)物合成旺盛使得其高度、蓋度增加；施氮導致的毒雜草的數(shù)量和種類的減少解除了毒雜草對牧草的化感效應，減弱了種間競爭，促進牧草生長，高度和蓋度增加。

微生物菌肥較化肥有對土壤的改良效果好、環(huán)保、利用率高等優(yōu)點，可以疏松土壤，打破板結，有益微生物可能成為土壤環(huán)境中的優(yōu)勢菌，抑制病原菌和腐敗菌的生長，避免土傳病害的發(fā)生。除在大宗作物和蔬菜上開展了相關的研究外，也有對退化草地等方面的研究。盧建男等[33]發(fā)現(xiàn)嗜鹽堿微生物菌肥施用量7 500 kg·hm-2,并結合底層襯膜技術改良蘭州新區(qū)秦王川的鹽堿土效果最佳，使該地區(qū)土壤適宜植物生長。柴青等[34]發(fā)現(xiàn)施用微生物菌肥可促進針茅(Stipacapillata)、扁穗冰草(Agropyroncristatum)和紫花苜蓿的生長，且對2種禾本科草種的影響更大。本研究中采用的EM菌由光合菌類、乳酸菌類、酵母菌類等三大菌群的多屬多種微生物組成。通過發(fā)酵工藝將上述好氧及厭氧微生物混合培養(yǎng)，各微生物在其生長過程中產(chǎn)生有用物質及其分泌物，形成相互生長的基質和原料，通過相互共生、增殖關系形成一個結構穩(wěn)定、功能廣泛的具有多種多樣微生物群落的生物菌群。EM菌中乳酸菌群能加速土壤中的木質素和纖維素成分的分解，而酵母菌群可以進一步利用這些分解產(chǎn)物生產(chǎn)出促進細胞分裂的活性化物質，為其他有效微生物增殖提供營養(yǎng)，在這兩種菌群的共同作用下，EM菌群在土壤中表現(xiàn)良好的活力，從而產(chǎn)生了高的微生物生物量碳[35]。EM菌和病原微生物爭奪營養(yǎng)的競爭，由于EM菌在土壤中極易生存繁殖，所以能較快而穩(wěn)定地占據(jù)土壤中的生態(tài)地位，形成有益的微生物菌的優(yōu)勢群落，從而控制病原微生物的繁殖和對作物的侵襲。菌肥是生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，更有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本研究發(fā)現(xiàn)菌肥對輕度退化草地蓋度、高度和地上生物量均有促進作用，且在施肥后當年的效果整體優(yōu)于氮肥處理，有起效快的優(yōu)點，但成本較高，具體效益還有待進一步評估。

作物在不同年際間對肥料的利用效率方面有較多研究，特別是在控釋肥一次性施入條件下作物的肥料利用效率[36]、轉運、生長發(fā)育狀況、土壤性質的變化方面[37-38]。張偉納等[39]研究表明與農(nóng)戶習慣施肥(尿素一基一追)相比，一次性基施控釋尿素增加作物產(chǎn)量進而起到控量節(jié)本、增產(chǎn)增效及提高氮素利用率的作用，可作為潮土區(qū)黃淮平原較適宜的集約化農(nóng)田氮肥運籌方式。孫志考等[40]在大田試驗條件下，研究了在冬小麥-夏玉米復種連作體系下氮肥周年運籌對其產(chǎn)量以及關鍵構成要素的影響，研究表明冬小麥-夏玉米復種連作體系下，中高氮肥水平對冬小麥產(chǎn)量關鍵性構成要素穗粒數(shù)、穗粒質量和每穗結實小穗數(shù)的影響均較對照和低氮肥水平有所提高，千粒質量下降；對夏玉米百粒質量、果穗粗、果穗長的影響具有顯著提高，但中高氮肥之間差異不顯著。在本研究中，施肥第2年輕度退化草地的植被高度、蓋度和地上生物量均比第1年高，特別是每年的10月時差異最為明顯。根據(jù)各類群草的地上生物量來看，莎草和禾草的增加量較高，莎草的地上生物量在所有處理下均表現(xiàn)為2012年高于2011年，而雜草類普遍發(fā)生地上生物量降低的現(xiàn)象，N2和N4處理7—10月均表現(xiàn)為2011年高于2012年，降低的幅度小于莎草科和禾本科草的增加幅度，所以在總生物量上表現(xiàn)為2012年高于2011年。造成這種年際間差異的原因，首先可能是種子庫的影響，土壤種子庫(是植物種群生活史的一個重要階段，是指土壤上層枯落物和土壤中全部有活力種子的總和。它是植物群落更新發(fā)展的重要基礎之一，為植物群落的演替、群落遭受干擾和破壞后的恢復提供繁殖體，在重塑和維持生物多樣性方面具有重要的作用。采用土壤種子庫研究植被退化恢復過程是種較為成功的方法[41]。2012年時上年施入的肥料可以為土壤種子庫的有活力的種子提供更好的營養(yǎng)物質條件，可供更多的種子發(fā)芽，群落結構和草的生長狀況更加良好，但2011年在6月施肥對于當年的草地群落結構而言影響較2012年。其次曹文俠等[27]指出施氮增加了土壤中可利用氮含量，增強了植物對碳的同化，從而加速了植物生長，進而有更多的凋落物分解后形成有機質進入土壤。在本研究中，2012年的植被受2011年枯落物的影響，2011年施肥處理的地上生物量較不施肥高，說明施肥對于地上生物量的增加發(fā)揮積極作用，在這種條件下，2011年枯落物中的可降解的氮素的量也較多，這也為2012年草的生長提供了營養(yǎng)條件。第三是氮肥運籌與肥料的持效性對土壤的影響，在2011年施入的氮肥部分在當年被草類吸收，部分暫時貯存于土壤中在2012年時被利用，在肥效緩慢釋放的條件下，2012年草的整體生長狀況較優(yōu)，還有兩年間種群結構發(fā)生差異，具有高生物量的種類增多，從而影響整體的生物量和植被特征。菌肥與高氮水平N4，N5相比表現(xiàn)出地上生物量略低的現(xiàn)象，可能與經(jīng)過堆肥發(fā)酵的菌肥較化肥有更好的速效性有關。

在不同經(jīng)濟類群對施肥的響應上，本研究中，禾草對氮肥的響應較快，施肥后當年生物量迅速增加；莎草類對氮肥的響應較慢，施肥后次年生物量大幅增加；雜草生物量在初期上升明顯，但后期又被抑制，這與已有的研究結果類似[42-43]。氮肥的施用消除了退化草地生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分限制，使得養(yǎng)分利用率高的禾本科植物迅速生長，高度和蓋度增加，改變了群落結構和競爭格局，使植物之間的競爭從地下的養(yǎng)分轉為地上空間和光競爭[44]，限制了莎草和雜草的生長。宗寧等[45]比較了圍欄內外施肥對退化草甸的影響，發(fā)現(xiàn)不管內外莎草生物量均增加，而禾草地上生物量在圍欄內顯著上升。到了次年，物種對施肥的響應與植物的物候期有顯著相關性，6月試驗區(qū)草地開始返青，莎草植物的物候期相對較早，能在其他植物密閉之前提早利用有效資源，以滿足其生長發(fā)育的要求[42,46]，因而次年莎草的生物量要高于禾草，且繁茂的莎草進一步抑制了雜草的生長。

4 結論

在貴南縣輕度退化草地，施氮配合圍欄封育能有效提高植被群落高度、蓋度和地上生物量，改善植被結構組成，且次年效果更明顯。195 kg·hm-2施氮量能顯著提高次年整個牧草生長季草地植被群落蓋度和高度，增加禾草類、莎草類地上生物量和總地上生物量。因此，195 kg·hm-2尿素施用量配合圍欄封育的措施可用于貴南縣輕度退化草地的植被恢復。