陳白潔， 樊 博， 汪新川， 張振華*

(1. 中國科學(xué)院西北高原生物研究所適應(yīng)與進(jìn)化重點實驗室， 青海 西寧 810008； 2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；3. 青海省牧草良種繁殖場， 青海 海南 813000)

青藏高原高寒草甸主要分布在青藏高原中部地區(qū)，是我國面積最大、分布最廣的典型高寒生態(tài)系統(tǒng)[1]。由于氣候變化和人類活動的共同影響，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都受到了極大的破壞和威脅[2-3]，在不同空間尺度上出現(xiàn)了不同程度的退化現(xiàn)象，制約了當(dāng)?shù)夭莸匦竽翗I(yè)發(fā)展以及青藏高原生態(tài)安全屏障作用的發(fā)揮。近些年，在受損高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的治理和恢復(fù)實踐中發(fā)現(xiàn)，建植人工草地能夠有效地解決“黑土灘”自然狀態(tài)下恢復(fù)速度慢、恢復(fù)效果不明顯等問題[4-6]。低溫、干旱的氣候條件和養(yǎng)分貧瘠的土壤條件是人工草地的前期建立和后期恢復(fù)狀況以及穩(wěn)定性維持的主要限制因子[5]。土壤碳氮磷等元素是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分，其化學(xué)計量關(guān)系直接影響微生物種群動態(tài)、有機(jī)質(zhì)分解、植物養(yǎng)分吸收等一系列地下生態(tài)過程[7-9]，對維持人工草地穩(wěn)定性起著十分重要的作用。通常認(rèn)為，土壤碳氮比(C/N)是土壤氮素礦化能力的一種標(biāo)志，反映了陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，低土壤C/N有利于植物對氮素的吸收利用[10-11]；土壤碳磷比(C/P)則是土壤磷素礦化的一種標(biāo)志，低土壤C/P有利于促進(jìn)微生物分解有機(jī)質(zhì)釋放養(yǎng)分[12]；土壤氮磷比(N/P)則被認(rèn)為是確定植物生長限制性營養(yǎng)元素的一種指示，同時也反映了群落的功能和結(jié)構(gòu)特征[13]。因此，掌握高寒人工草地土壤碳氮磷含量及其化學(xué)計量特征對于評估人工草地生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定尤為重要。

土壤溫濕度會影響土壤中微生物的活躍程度，進(jìn)而調(diào)控土壤碳氮磷的輸出[14-15]。而無紡布覆蓋會通過增加土壤溫度、水分和通氣性來增強(qiáng)微生物活力和土壤酶活性，從而刺激土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分分解[16-19]，進(jìn)而促進(jìn)了植物對速效養(yǎng)分的吸收利用，造成植物生長初期土壤水分和養(yǎng)分的損耗，使土壤速效養(yǎng)分含量下降[18-20]。另外，研究發(fā)現(xiàn)無紡布覆蓋還能降低雨水沖刷土壤的強(qiáng)度以及提高土壤孔隙度，進(jìn)而降低了土壤中速效鉀、磷和堿解氮的流失[21-23]。但研究人員發(fā)現(xiàn)，不同類型的無紡布對土壤理化性質(zhì)的影響不同[24-26]。Zhou等[24]的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，播種后第10天，覆蓋麻纖維無紡布使根區(qū)土壤硝態(tài)氮含量明顯高于對照處理，而土壤有機(jī)質(zhì)含量在膜處理中較低。而Kumarh等[25]的研究表明，覆蓋由100%或混合的聚乳酸纖維制成的無紡布后，土壤中磷含量顯著增加而覆蓋蕁麻纖維無紡布土壤磷含量顯著降低。那么材質(zhì)不同且保溫保濕能力不同的無紡布對高寒人工草地土壤理化性質(zhì)影響如何，則需要我們進(jìn)一步研究。本研究基于對不同材質(zhì)可降解無紡布覆蓋種植的不同類型人工草地的土壤碳氮磷化學(xué)計量特征的研究，為高寒地區(qū)受損高寒草地土壤生態(tài)功能修復(fù)提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地點

研究地點位于青海省海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站(37°36′N，101°12′E)，平均海拔3 200 m，屬于典型高原大陸性氣候，僅有冷暖兩季，雨熱同期且干濕季分明，其年均溫為-1.1℃，年降水為480 mm[27-28]。該地區(qū)植被類型為典型高寒草甸，植物群落主要以禾本科和莎草科為優(yōu)勢種和建群種，土壤類型為草氈寒凍雛形土，具有發(fā)育年輕、土層薄、有機(jī)質(zhì)含量豐富等特征[29]。2019年生長季降水量為237.4 mm，主要集中在6月底到9月中旬。其中，最大日降水量發(fā)生在6月28日(41.4 mm)，10 mm以上的日降水量主要集中在8月。2019年生長季日均氣溫為8.02℃，日最高氣溫為15.84℃，日最低氣溫為1.43℃。在進(jìn)行本試驗前，該地一直為農(nóng)耕地，主要種植燕麥等農(nóng)作物。

1.2 試驗材料

本研究選取褐色秸稈纖維(Brown straw fiber，BS，簡稱秸稈纖維)、白色麻纖維(White hemp fiber，WH，簡稱麻纖維)、白色厚羊毛纖維(White thick wool fiber，WW1)、褐色厚羊毛纖維(Brown thick wool fiber，BW)和白色薄羊毛纖維(White thin wool fiber，WW2)共5種無紡布，其拉力分別為15，10，10，10和20 N，克重分別為70，40，140，140和40 g·m-2，透光率分別為0%，70%，40%，0%和70%，全碳含量分別為394.79，465.25，463.51，463.51和463.51 g·kg-1，全氮含量分別為3.28，2.88，92.33，92.33和92.33 g·kg-1，全磷含量分別為0.22，0.11，0.23，0.23和0.23 g·kg-1。選取的5種高寒牧草草種分別為‘青海’扁莖早熟禾(Poapratensis‘Qinghai’)、‘青海’冷地早熟禾(Poacrymophila‘Qinghai’)、垂穗披堿草(Elymusnutans)、星星草(Puccinelliatenuiflora)、‘青海’中華羊茅(Festucasinensis‘Qinghai’)，其播種量依據(jù)青海人工草地常規(guī)種植經(jīng)驗，分別設(shè)置為2，2，4，2和3 g·m-2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5種高寒牧草和6種無紡布覆蓋處理(5種無紡布覆蓋處理和1種不覆膜對照處理)共30個處理，每個處理5個重復(fù)(Block)，共150個小區(qū)(Plot)，每個小區(qū)面積為1 m×2 m=2 m2。2019年5月24日對試驗地進(jìn)行翻耕，翻耕深度為20 cm，翻耕平整后進(jìn)行播種，將牧草種子均勻撒播后壓實，用無紡布覆蓋，并用竹簽固定。

1.4 土壤樣品采集及指標(biāo)測定

2019年5—8月每15天左右，使用T型熱電偶(JM624，中國)測定土壤10 cm處溫度。2019年8月底，在每個小區(qū)中隨機(jī)選取50 cm×50 cm的樣方，對其地上植株部分進(jìn)行刈割，65℃條件下烘干至恒重，計算其地上生物量。同時利用根鉆(直徑6公分)在刈割后的樣方中分0～10 cm土層和10～20 cm土層采集根系，每層兩鉆，混勻后裝入紗網(wǎng)袋，用水洗法漂洗干凈去除礫石雜質(zhì)后，65℃條件下烘干至恒重，計算其地下生物量，根系研磨粉碎后進(jìn)行全碳、全氮和全磷的測定；利用土鉆(直徑3公分)分層采集土壤樣品，每層兩鉆，混勻后過2 mm篩去除可見根系和礫石，部分土壤樣品用于土壤質(zhì)量含水量、無機(jī)氮(硝態(tài)氮、銨態(tài)氮)的測定，其余部分風(fēng)干后用于土壤無機(jī)碳(Soil inorganic carbon,SIC)、全碳(Soil total carbon,STC)、全氮(Soil total nitrogen,STN)和全磷(Soil total phosphorus,STP)的測定。土壤質(zhì)量含水量在105℃下烘干至恒重后法測定；土壤無機(jī)氮采用氯化鉀-連續(xù)流動注射分析儀(Skalar Analytical,Breda,The Netherlands)進(jìn)行測定；土壤無機(jī)碳采用氣量法利用碳酸測定儀(荷蘭Eijkel kamp Calcimemer)進(jìn)行測定；土壤和根系全碳和全氮用元素分析儀(德國Vario EL/micro cube)進(jìn)行測定；土壤全磷采用NaOH堿熔-鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測定；土壤有機(jī)碳(Soil organic carbon,SOC)通過計算得到：土壤有機(jī)碳=土壤全碳-土壤無機(jī)碳[30-31]；根系全磷采用鉬銻抗比色法(NY/T 2017-2011)進(jìn)行測定[32]。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS 24.0統(tǒng)計分析軟件，運用雙因素方差分析檢驗?zāi)敛莘N類和不同無紡布類型對SOC，STN，STP，SOC/STN(C/N)，SOC/STP(C/P)，STN/STP(N/P)，土壤含水量，土壤平均溫度以及最低溫度的影響，并對同種牧草不同無紡布處理間土壤最低溫度，平均溫度，含水量，SOC，STN，STP，C/N，C/P和N/P進(jìn)行多重比較(LSD法，α=0.05)。通過方差分析發(fā)現(xiàn)，牧草種類對土壤平均溫度、最低溫度和含水量均沒有顯著影響，無紡布處理和牧草種類間無顯著交互作用。因此，本研究只考慮不同材質(zhì)無紡布覆蓋對土壤溫度和濕度的影響。采用簡單相關(guān)性分析法對土壤碳氮磷化學(xué)計量特征與土壤溫度、含水量、地上生物量、地下生物量、根系全碳、全氮、全磷、土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮進(jìn)行相關(guān)性分析本文均以P<0.05為差異顯著。采用Sigmaplot12.5軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溫度和含水量

不同無紡布覆蓋對土壤溫度和土壤含水量的影響不同(圖1)。與不覆蓋對照處理相比，秸稈纖維無紡布覆蓋顯著降低了土壤最低溫度和平均溫度(降低值分別為1.47℃和1.62℃)，但卻顯著提高了0～10 cm土層5.14%和10～20 cm土層6.03%的土壤含水量。而麻纖維無紡布覆蓋與不覆蓋相比，顯著提高土壤最低溫度和平均溫度(增加值分別為1.37℃和0.44℃)，顯著降低0～10 cm土層15.62%和10～20 cm土層11.11%的土壤含水量。與不覆蓋對照處理相比，褐色厚羊毛纖維無紡布顯著提高了土壤最低溫度(增加值為0.99℃)，并且顯著降低0～10 cm土層8.54%和10～20 cm土層9.62%的土壤含水量。另外，白色薄羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著提高了土壤最低溫度(增加值為0.85℃)以及0～10 cm土層5.34%和10～20 cm土層3.62%的土壤含水量，卻顯著降低了土壤平均溫度(降低值為0.30℃)。與其他無紡布不同，白色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，則會顯著降低土壤最低溫度和土壤平均溫度(降低值分別為0.43℃和0.71℃)以及0～10 cm土層6.31%和10～20 cm土層4.07%的土壤含水量。

圖1 不同可降解無紡布覆蓋對土壤溫度、含水量的影響

2.2 土壤碳氮磷含量

研究結(jié)果顯示(圖2A，2B)，同種無紡布覆蓋處理下5種生態(tài)修復(fù)牧草不同深度SOC含量不同，而不同無紡布覆蓋處理對同種生態(tài)修復(fù)牧草不同深度SOC含量的影響也不同。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋對照處理相比，麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低了青海扁莖早熟禾草地10～20 cm 15.50%和31.08%的SOC含量。而建植青海冷地早熟禾草地，褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低17.47%的0～10 cm SOC含量，麻纖維、白色厚和褐色厚羊毛纖維無紡布則分別顯著降低12.37%,13.75%和13.51%的10～20 cm SOC含量。另外，麻纖維和白色薄羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著降低了垂穗披堿草草地10～20 cm 17.53%和20.76%的SOC含量。與上面三種牧草不同，星星草草地覆蓋麻纖維和白色厚羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，顯著提高了0～10 cm 21.74%和17.47%的SOC含量，覆蓋白色厚羊毛纖維無紡布顯著提高10～20 cm 13.46%的SOC含量，而麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低其10～20 cm 9.52%和8.85%的SOC含量。而與不覆蓋處理相比，青海中華羊茅草地覆蓋秸稈纖維無紡布顯著提高SOC含量(0～20 cm平均17.28%)，覆蓋褐色厚羊毛纖維無紡布顯著降低了SOC含量(0～20 cm平均12.79%)，而覆蓋麻纖維顯著降低11.68%的10～20 cm SOC含量。

圖2 不同可降解無紡布覆蓋對5種高寒牧草土壤有機(jī)碳含量的影響

對土壤全氮含量進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)(圖3A，3B)，褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比顯著降低了青海扁莖早熟禾草地0～10 cm STN含量(降低了11.92%)，秸稈纖維、麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布顯著降低了10～20 cm STN含量(分別降低了9.63%,26.31%和30.68%)。而青海冷地早熟禾草地種植地，麻纖維、白色厚和褐色厚羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，僅顯著降低了10～20 cm STN含量(分別降低了15.84%,23.57%和15.87%)。對于垂穗披堿草草地而言，褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著降低了0～10 cm STN含量(降低19.90%)，麻纖維和白色薄羊毛纖維無紡布顯著降低了10～20 cm STN含量(分別降低18.47%和14.87%)。另外，與不覆蓋處理相比，麻纖維無紡布覆蓋顯著提高星星草草地0～10 cm STN含量(增加了14.86%)，而白色厚和白色薄羊毛纖維無紡布顯著提高0～20 cm STN含量(平均提高13.21%和15.25%)。秸稈纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著提高了中華羊茅草地0～20 cm 29.91%的STN含量，而麻纖維、白色厚和褐色厚羊毛纖維無紡布分別顯著降低其10～20 cm 17.17%,11.52%和16.60%的STN含量。

圖3 不同可降解無紡布覆蓋對5種高寒牧草土壤全氮含量的影響

對土壤全磷含量進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，同種無紡布覆蓋處理下5種生態(tài)修復(fù)牧草不同深度STP含量不同，而不同無紡布覆蓋處理對同種生態(tài)修復(fù)牧草STP含量的影響也不同(圖4A，4B)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋處理相比，褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低青海扁莖早熟禾草地0～10 cm STP含量(降低8.93%)，而覆蓋麻纖維無紡布顯著降低其10～20 cm STP含量(降低11.94%)。秸稈纖維、麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，分別顯著降低了青海冷地早熟禾草地0～10 cm 13.52%，11.98%和9.17%的STP含量，5種可降解無紡布分別顯著降低其10～20 cm土層8.27%，6.37%，6.72%，9.94%和4.78%的STP含量。對于垂穗披堿草草地而言，5種可降解無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比對STP含量沒有顯著影響。而星星草草地僅有白色薄羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，顯著提高了10～20 cm STP含量(提高6.78%)。與不覆蓋處理相比，秸稈纖維無紡布顯著提高青海中華羊茅0～20 cm STP含量(平均提高11.47%)，而麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋分別顯著降低其6.77%和3.60%的10～20 cm STP含量。

圖4 不同可降解無紡布覆蓋對5種高寒牧草土壤全磷含量的影響

2.3 土壤碳氮磷化學(xué)計量特征

同種無紡布覆蓋處理下5種生態(tài)修復(fù)牧草不同深度土壤C/N,C/P以及N/P的變化不同，而不同無紡布覆蓋處理對同種生態(tài)修復(fù)牧草同一深度土壤C/N,C/P以及N/P的影響也不同(表1)。

表1 不同材質(zhì)可降解無紡布覆蓋對5種高寒牧草土壤C/N,C/P和N/P的影響

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，5種可降解無紡布覆蓋對青海扁莖早熟禾、青海冷地早熟禾和星星草草地0～10 cm以及垂穗披堿草0～20 cm的土壤C/N沒有顯著影響。與不覆蓋處理相比，麻纖維無紡布覆蓋顯著提高了青海扁莖早熟禾草地10～20 cm土壤C/N(P<0.05)。另外，白色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著提高了青海冷地早熟禾草地10～20 cm土壤C/N(P<0.05)。然而秸稈纖維、麻纖維和白色薄羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，均顯著降低了星星草草地10～20 cm土壤C/N(P<0.05)。不同于其他草地，青海中華羊茅草地覆蓋褐色厚羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，顯著降低了0～10 cm土壤C/N，覆蓋白色厚羊毛纖維無紡布顯著提高其10～20 cm土壤C/N(P<0.05)。

與不覆蓋處理相比，5種可降解無紡布覆蓋對青海冷地早熟禾草地0～20 cm土壤C/P沒有顯著影響。白色薄羊毛纖維無紡布顯著提高青海扁莖早熟禾草地0～10 cm土壤C/P，而褐色厚羊毛纖維無紡布顯著降低了其10～20 cm土壤C/P(P<0.05)。同樣，褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋與不覆蓋處理相比，顯著降低了垂穗披堿草草地0～10 cm土壤C/P，而麻纖維、白色厚和白色薄羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低了其10～20 cm土壤C/P(P<0.05)。另外，與不覆蓋處理相比，白色厚羊毛纖維無紡布顯著提高了星星草草地0～20 cm土壤C/P，麻纖維顯著提高星星草草地0～10 cm土壤C/P，但顯著降低了10～20 cm土壤C/P(P<0.05)。青海中華羊茅草地覆蓋秸稈纖維無紡布與不覆蓋相比，能顯著提高0～10 cm土壤C/P，而覆蓋褐色厚羊毛纖維無紡布顯著降低了0～10 cm土壤C/P(P<0.05)。

分析發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋處理相比，白色薄羊毛纖維無紡布覆蓋顯著提高了青海扁莖早熟禾草地0～10 cm土壤N/P，麻纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布則顯著降低其10～20 cm土壤N/P(P<0.05)。青海冷地早熟禾草地和垂穗披堿草草地覆蓋白色厚羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，均顯著降低了10～20 cm土壤N/P(P<0.05)，此外，垂穗披堿草草地覆蓋麻纖維和白色薄羊毛纖維無紡布也會顯著降低10～20 cm土壤N/P(P<0.05)，而覆蓋褐色厚羊毛纖維無紡布顯著降低了0～10 cm土壤N/P。對于星星草草地而言，覆蓋麻纖維、白色厚和白色薄羊毛纖維無紡布與不覆蓋處理相比，均顯著提高了0～10 cm土壤N/P，而覆蓋秸稈纖維和白色薄羊毛纖維無紡布則顯著提高其10～20 cm土壤N/P(P<0.05)。另外，與不覆蓋處理相比，秸稈纖維無紡布覆蓋顯著提高了青海中華羊茅草地0～10 cm土壤N/P，而麻纖維、白色厚羊毛纖維和褐色厚羊毛纖維無紡布覆蓋均顯著降低了其10～20 cm土壤N/P(P<0.05)。

2.4 土壤碳氮磷化學(xué)計量特征與土壤理化性質(zhì)、生物量的關(guān)系

SOC,STN,STP,C/P以及N/P均與土壤溫濕度呈顯著相關(guān)(P<0.01)，而與地上、地下生物量沒有顯著相關(guān)關(guān)系(表2)。其中，SOC,STN,STP,C/P以及N/P均與土壤平均溫度和最低溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；此外，SOC,STN以及STP與根系全碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而SOC以及C/P與根系全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。另外，STP與土壤硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而土壤C/N僅與土壤銨態(tài)氮含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表2 土壤碳氮磷化學(xué)計量特征與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

3 討論

土壤碳、氮、磷是土壤養(yǎng)分的重要組分，也是維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和健康的重要因子[33]。本研究發(fā)現(xiàn)褐色厚羊毛和麻纖維無紡布覆蓋均降低了5種牧草草地的土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的含量，而白色厚羊毛纖維無紡布覆蓋顯著降低了青海冷地早熟禾10～20 cm土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的含量等。這與很多學(xué)者關(guān)于覆膜對土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷含量影響的研究結(jié)果一致[20,34]。以往研究認(rèn)為，無紡布覆蓋改善了土壤水熱條件，增加了微生物活性，加大了有機(jī)物礦化速率，促進(jìn)了植株對土壤養(yǎng)分的吸收和積累，從而降低了土壤中土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的含量[35-36]。另外，土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的含量與土壤平均溫度、最低溫度、含水量以及根系全碳均呈顯著相關(guān)關(guān)系，但各指標(biāo)的解釋率存在差異(13.0%～49.0%)，表明土壤碳氮磷含量的變化受多個因素共同影響。本研究中無紡布覆蓋(除秸稈纖維無紡布外)可通過提高土壤最低溫度和土壤水分促進(jìn)人工草地牧草的生長發(fā)育速率[37]，使牧草從土壤中吸收更多的土壤養(yǎng)分，從而導(dǎo)致土壤中有機(jī)碳、全氮以及全磷下降[35]。然而本研究還發(fā)現(xiàn)，秸稈纖維無紡布覆蓋會顯著提高青海中華羊茅草地土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的含量。這主要是因為，一方面秸稈纖維無紡布本身較高的碳氮磷元素，在降解過程中可為土壤提供碳源、氮源和磷源；另一方面，秸稈纖維無紡布透氣性差阻礙了‘青?！腥A羊茅的生長和發(fā)育，從而導(dǎo)致土壤中的碳、氮、磷元素沒有被植物充分吸收而滯留在土壤中[36-38]。另外，白色羊毛纖維無紡布覆蓋能顯著提高星星草草地土壤全碳、全氮含量，主要是因為此無紡布本身全碳、氮含量較高(全碳463.51 g·kg-1、全氮92.33 g·kg-1)，通過降解可為土壤提供碳源和氮源。也有研究表明[39-40]，覆膜處理相較于未覆膜處理其對土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷含量的影響無顯著差異，其原因可能是覆蓋時間較短，土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷庫存量大且變化緩慢；同時，植物根系通過周轉(zhuǎn)和分泌物對土壤碳、氮和磷有一定的補(bǔ)充作用。在本研究中也發(fā)現(xiàn)，在無紡布覆蓋下一些高寒人工草地土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷的變化并不顯著。一方面，由于無紡布本身的碳、氮和磷含量、降解速率以及牧草品種對氮和磷的吸收利用能力均會影響土壤中碳、氮和磷水平[33]，從而造成土壤中碳、氮和磷元素的變化有所不同；另一方面，由于覆膜改善了土壤水熱條件，可能加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解，為牧草生長提供大量可利用養(yǎng)分[41]，但由于不同材質(zhì)無紡布對土壤水熱條件的影響有所差異，可能影響到土壤碳、氮和磷的礦化過程，導(dǎo)致覆膜后土壤中碳、氮和磷元素的變化的差異。因此，土壤碳、氮和磷的變化取決于養(yǎng)分的輸出與輸入水平，當(dāng)二者達(dá)到平衡時，土壤有機(jī)碳、全氮以及全磷含量變化差異不顯著。

由于無紡布覆蓋下土壤中碳、氮和磷含量發(fā)生變化，其化學(xué)計量會隨之發(fā)生變化。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤C/N與土壤銨態(tài)氮含量存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，主要是因為當(dāng)土壤C/N較低時，超過微生物生長所需的氮素就會釋放到土壤中，增加了土壤氮的有效性[42]。而低土壤C/P則有利于促進(jìn)微生物對有機(jī)質(zhì)的分解過程和磷元素的釋放，進(jìn)而增加了土壤磷的有效性[12]，另外，當(dāng)土壤N/P較低時，植物的生長發(fā)育更容易受到氮素的限制[43]。本研究中，5種可降解無紡布覆蓋雖對青海扁莖早熟禾、青海冷地早熟禾、垂穗披堿草和青海中華羊茅草地0～20 cm的土壤C/N以及星星草0～10 cm土壤C/N均沒有顯著影響，表明無紡布覆蓋下人工草地土壤有機(jī)碳和全氮含量的變化可能具有一致性。此外，與不覆蓋處理相比，5種可降解無紡布覆蓋都降低了各牧草10～20 cm土層土壤C/P和N/P，表明無紡布覆蓋有利于10～20 cm土層土壤磷元素的釋放，增加了10～20 cm土層土壤磷的有效性，同時也表明10～20 cm土壤氮元素更容易成為牧草生長發(fā)育的限制性因素。

4 結(jié)論

綜上所述，在高寒地區(qū)建植青海中華羊茅人工草地，可通過覆蓋秸稈纖維無紡布來提高其土壤有機(jī)碳、全氮或全磷含量。而建植星星草人工草地可通過覆蓋麻纖維無紡布、白色厚羊毛纖維無紡布和白色薄羊毛纖維無紡布來提高其土壤有機(jī)碳、全氮或全磷含量。盡管覆蓋褐色厚羊毛無紡布不能顯著提高5種高寒牧草土壤碳、氮以及磷的含量，但卻能促進(jìn)青海扁莖早熟禾10～20 cm土層土壤磷的有效性。因此，今后對高寒人工草地進(jìn)行覆膜處理時，需要根據(jù)生態(tài)修復(fù)牧草的品種來選擇與之相適的無紡布材料進(jìn)行覆蓋，以提高其生態(tài)修復(fù)的效果，為高寒草地的生態(tài)恢復(fù)提供更加全面的科學(xué)依據(jù)。