楊志敏，劉建成，李峰，劉曉婕，通文海，黃金山，王文濤，李廣有，溫樹芳，董曉峰，王偉娟，劉尚金，王運(yùn)濤

（1.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北 張家口075000；2.張家口市崇禮區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 張家口076350；3.尚義縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北 尚義076750；4.張家口市林木良種場，河北 張家口075000；5.張家口學(xué)院，河北 張家口075000）

我國草原面積有近4億hm2，約占國土總面積的 2/5。由于不合理利用及自然災(zāi)害頻繁，中度和重度退化草原面積占草原總面積的1/3以上[1]。冀西北地區(qū)是京津冀重要的生態(tài)屏障。近年來在國家、省、市各級政府的大力支持下，草原生態(tài)環(huán)境惡化的勢頭得到了初步控制，局部得到改善。但也必須看到，張家口和承德地區(qū)草原生態(tài)建設(shè)和保護(hù)仍存在一些問題，如，草原生態(tài)系統(tǒng)整體仍較脆弱，沙化、退化、鹽堿化草原面積占39.6%，部分草原尚存在退化風(fēng)險(xiǎn)；草原生態(tài)建設(shè)和保護(hù)資金投入不足，草原基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，改良修復(fù)措施有待創(chuàng)新。

國外草地機(jī)械化改良技術(shù)起步較早，主要包括松土、施肥、補(bǔ)播及灌溉等。Phil等[2]研制的牽引式施肥機(jī)可用于向土壤表層施加黏性肥料，如脫水的生物固體顆粒等，能一次性完成切割草皮、松土和施肥作業(yè)。Te Boekhorst[3]發(fā)明的草地施肥機(jī)，工作時(shí)先通過圓盤割裂草地土壤形成勾縫，然后通過液態(tài)肥噴頭或液態(tài)肥注射器將液態(tài)肥料注入勾縫中，有利于植被吸收養(yǎng)分，減少土壤養(yǎng)分流失，促進(jìn)牧草生長。美國AerWay公司生產(chǎn)的AWMP-100-AG-4型草地打孔機(jī)，由拖拉機(jī)牽引，通過橡膠輪限深，打孔齒依靠自重入土，耕作寬度為3 m，每個(gè)齒盤上有4個(gè)齒，打孔時(shí)形成不連續(xù)的矩形孔，最大打孔深度20 cm。約翰迪爾的CS1360型播種機(jī)可實(shí)現(xiàn)草地打孔播種功能，其采用直接打孔播種的方式，通過地輪驅(qū)動(dòng)釘齒滾筒開種孔，然后進(jìn)行播種，并碎土鎮(zhèn)壓，一次性完成打孔、播種、覆土鎮(zhèn)壓等作業(yè)工序。

我國天然草地改良技術(shù)研究起步較晚。目前，我國草地改良主要是集中在草地土壤改良及地表植被恢復(fù)上，主要改良機(jī)械包括牧草破土切根機(jī)械、補(bǔ)播施肥機(jī)械、松土機(jī)械和雜草去除機(jī)械。尤泳等[4]發(fā)明的9QP-830型草地破土切根機(jī)，利用拖拉機(jī)輸出軸的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)破土切根刀正向旋轉(zhuǎn)，以沖擊、貫入的形式切割板結(jié)土壤，切根刀以主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式切斷牧草地下橫走根系，翻垡效果接近于0。王德成等[5]設(shè)計(jì)了一種集切根、施肥和補(bǔ)播功能于一體的主動(dòng)傳動(dòng)式切根施肥補(bǔ)播復(fù)式作業(yè)機(jī)，可用于羊草草地改良。董向前等[6]研發(fā)的9ST-460型草地振動(dòng)式間隔松土機(jī)，先由前導(dǎo)圓盤切根形成條狀土垡，然后經(jīng)振動(dòng)松土鏟進(jìn)行松土，完成土壤強(qiáng)制疏松后鋪放于原來的位置，在土垡鋪放后由鎮(zhèn)壓裝置進(jìn)行鎮(zhèn)壓，實(shí)現(xiàn)了堅(jiān)實(shí)度高草地土壤條件下的虛實(shí)耕作和原地放壟。徐萬寶[7]在設(shè)計(jì)草地多功能改良機(jī)械時(shí)提出了羊草地切根松土機(jī)械化改良工藝技術(shù)，該技術(shù)主要是用來更新復(fù)壯羊草草地。由于我國草地類型多樣化，導(dǎo)致國內(nèi)對退化草地改良措施、改良機(jī)械等研究具有局限性[8]。

受廣西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院韋本輝等[9]研發(fā)的粉壟技術(shù)啟發(fā)，張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院與山東弛象科技有限公司合作開展遁耕機(jī)械的研發(fā)、改進(jìn)與使用，并首次提出草地遁耕的概念，即倒“T”型平板犁地下行走，對耕作層土壤一次性振動(dòng)疏松，不翻土，對地表植被微創(chuàng)，且不改變土層結(jié)構(gòu)，耕層深度可調(diào)。遁耕機(jī)械的構(gòu)造設(shè)計(jì)是在架體的頂部設(shè)置種肥倉，在架體底部設(shè)置開溝刀和深耕刀，在深耕刀后側(cè)設(shè)置豎向管和橫管與儲肥槽連接，用外部驅(qū)動(dòng)裝置牽引驅(qū)動(dòng)，遁耕的同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)一體化播種和施肥。遁耕對草地的改良效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，可作為草地改良技術(shù)進(jìn)行推廣使用。

為創(chuàng)新草地改良措施與方法，以河北省壩上地區(qū)輕中度退化草地為改良對象，采用遁耕深松土施肥播種一體化改良技術(shù)對退化草地進(jìn)行修復(fù)，研究遁耕對草地植物群落的影響，以期探明遁耕措施對草地改良的效果，明確退化草地改良的有效途徑，為科學(xué)開展退化草地恢復(fù)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于張家口市察北管理區(qū)沙溝鎮(zhèn)吉家村（北緯44°10′、東經(jīng)116°28′），屬溫帶草原半干旱氣候。該區(qū)年平均溫度-0.4℃，最冷月（1月）平均溫度-22.5℃，最熱月（7月）平均溫度18.8℃；年降水量300～400 mm，年際間差異較大，豐水年、干旱年的降水量分別為500和160 mm，全年約70%的降水量集中在6～8月；年蒸發(fā)量約1 700 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

在河北省壩上地區(qū)，選擇輕中度退化草地作為改良對象。遁耕施肥播種一體機(jī)由山東弛象科技有限公司研發(fā)（專利號：CN 209572364U）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)2018年5月26日使用遁耕施肥播種一體機(jī)，采用振松底層耕（遁耕）法，即：利用動(dòng)力牽引遁耕施肥播種一體機(jī)，其薄型平板犁入土深30～35 cm，將草原植被30～35 cm耕作層土壤在耕切的過程中振松土壤，且進(jìn)行施肥和保水劑樣地處理。試驗(yàn)遁耕草地改良措施設(shè)遁耕（D1）、遁耕+施肥（D2）、遁耕+保水劑（D3）、遁耕+施肥+保水劑（D4）4個(gè)處理；以相鄰地塊未進(jìn)行遁耕處理作為對照（CK）。小區(qū)面積15 m×30 m，隔離帶面積5 m×30 m。每處理均3次重復(fù)。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法2019年7月中旬草原植被生長旺盛期，每小區(qū)均隨機(jī)選取5個(gè)1 m×1 m的樣方，記錄植物名稱；每種植物均隨機(jī)選取5株，用卷尺測量其自然高度；目測植被蓋度，記錄各物種數(shù)量（物種密度）；將樣方內(nèi)所有植物齊地面刈割后，先121℃殺青60 min，后65℃下烘干至恒重，稱量地上部生物量。根據(jù)公式，計(jì)算物種重要值（IV）以及多樣性指標(biāo)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）、Margalef豐富度指數(shù)（Ma）、Pielou均勻度指數(shù)（J）和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（D）：

式（1）中，A為第i種物種的相對高度（第i種物種的高度/各植物高度之和×100），B為第i種物種的相對密度（第i種物種的個(gè)體數(shù)/全部物種的個(gè)體數(shù)×100），E為第i種物種的相對蓋度（第i種物種的蓋度/各物種的蓋度之和×100）；式（2）～（5）中，Pi=IV/∑IV，S為物種數(shù)，N為物種總個(gè)體數(shù)，Nmax為占優(yōu)勢種的個(gè)體數(shù)。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析利用Excel 2010軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并繪圖；利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 遁耕對草地生長量的影響

不同遁耕措施處理的牧草株高和地上部生物量差異均不顯著，但指標(biāo)值均顯著＞CK，其中株高提高了54.75%～73.50%，地上部生物量增加了178.95%～357.89%（表1）。表明不同的遁耕措施均可明顯促進(jìn)牧草株高生長和地上部生物量增大，但遁耕后是否施入肥料和保水劑效果差異不顯著。

表1 不同遁耕措施對草地生長量的影響Table 1 Effect of different grass-friendly tillage on the growth capacity of degraded grassland

不同遁耕措施處理的草地蓋度差異較大，其中D3處理的指標(biāo)值顯著＞其他處理，較CK提高了45.69%；而其他處理之間差異均不顯著。表明不同的遁耕措施對草地蓋度的影響也不一樣，其中遁耕+保水劑（D3）處理可明顯提高草地蓋度。

不同遁耕措施處理的草地密度差異較大，且均＞CK，其中D2處理的指標(biāo)值最高、D1處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞其他處理，指標(biāo)值分別較CK提高了266.99%和244.66%；而其他處理之間差異均不顯著。表明不同的遁耕措施均可提高草地密度，其中遁耕（D1）和遁耕+施肥（D2）處理效果明顯。

綜上分析可以看出，不同的遁耕措施均可明顯促進(jìn)牧草生長，改善退化草地的生長狀況，其中只進(jìn)行遁耕（D1）較為經(jīng)濟(jì)。

2.2 遁耕對草地多樣性的影響

不同遁耕措施處理的草地D、H和Ma差異均不顯著，但D和H均＞CK，Ma均顯著＜CK，其中D1、D3和D4處理的D與CK差異達(dá)到了顯著水平，D1和D3處理的H與CK差異達(dá)到了顯著水平；草地J差異較大，且指標(biāo)值均＞CK，其中D3和D4處理與其他處理差異均達(dá)到了顯著水平（表2）。表明不同的遁耕措施均可提高草地的Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)，明顯降低退化草地的Margalef豐富度指數(shù)，但各遁耕措施之間僅Pielou均勻度指數(shù)差異較大，其中D3和D4處理的Pielou均勻度指數(shù)明顯較高。

表2 不同遁耕措施對草地多樣性的影響Table 2 Effect of different grass-friendly tillage on the diversity of degraded grassland

綜上分析可以看出，不同的遁耕措施均可提高退化草地的多樣性指數(shù)，其中遁耕+保水劑（D3）處理效果最好，可明顯提高草地的Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)。

2.3 遁耕對草地優(yōu)勢度的影響

不同遁耕措施處理的草地植物群落優(yōu)勢度差異較大，其中羊草和冰草的指標(biāo)值均顯著＞CK，分別較CK提高了20.15%和32.08%；糙隱子草和冷蒿的指標(biāo)值均顯著＜CK，分別較CK降低了63.37%和54.15%（表3）。表明不同的遁耕措施均可顯著提升草地優(yōu)質(zhì)牧草的比重，明顯提高草地的生產(chǎn)力。

表3 不同遁耕措施對草地植物群落優(yōu)勢度的影響Table 3 Effects of different grass-friendly tillage on dominance of degraded grassland plant Community（%）

3 結(jié)論與討論

植物群落的物種組成是決定草原群落性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能的重要指標(biāo)。草地植被蓋度是植物群落覆蓋地表狀況和植被生長態(tài)勢的重要指標(biāo)[10，11]，可以反映草地的類型、植物同化面積、生物量積累情況等。本研究條件下，不同的遁耕措施均可明顯促進(jìn)牧草生長，株高、地上部生物量分別提高了54.75%～73.50%和178.95%～357.89%，與謝金玉等[12]在桂中地區(qū)的草地改良效果基本相當(dāng)；遁耕+保水劑處理的草地蓋度顯著高于其他處理，較CK提高了45.69%，與衛(wèi)智軍等[13]解板機(jī)對呼倫貝爾退化羊草草地的改良效果大體一致；遁耕、遁耕+施肥處理的草地密度明顯增大，分別較CK提高了244.66%和266.99%。遁耕顯著影響草地的植物群落優(yōu)勢度，其中羊草和冰草的優(yōu)勢度明顯提高，糙隱子草和冷蒿的優(yōu)勢度明顯下降，與聶素梅等[14]和劉樹強(qiáng)等[15]的研究結(jié)果類似；提高草地的多樣性指數(shù)，其中Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)均有不同程度的提高，Pielou均勻度指數(shù)明顯降低，與張英等[16]在新疆塔額墾區(qū)退化山地草甸類草地改良前后群落特征變化的研究結(jié)果相似。

本研究結(jié)果表明，在冀西北輕中度退化草地改良中，遁耕可有效促進(jìn)牧草生長，明顯提高草地的多樣性和生產(chǎn)力。遁耕后草地的Margalef豐富度指數(shù)下降、蓋度出現(xiàn)不同程度的變化，可能與草地改良后牧草種類優(yōu)勢度轉(zhuǎn)化過程有關(guān)，且遁耕機(jī)械不完善導(dǎo)致在耕作過程中草地犁痕面稍大，也影響其蓋度和豐富度。遁耕措施適宜在輕中度草地改良中推廣使用。