張 楚， 王 淼， 張 宇， 王 旭， 陳金強(qiáng)， 李瑞強(qiáng)， 代景忠， 白玉婷，辛?xí)云剑?衛(wèi)智軍， 程 利， 趙曼， 閆瑞瑞*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站/國(guó)家土壤質(zhì)量呼倫貝爾觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 北京 100081；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境在線監(jiān)控中心, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010055； 3.銅仁學(xué)院農(nóng)林工程與規(guī)劃學(xué)院， 貴州 銅仁 554300； 4.濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濱州 256603； 5.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 6.呼倫貝爾市林業(yè)和草原科學(xué)研究所， 內(nèi)蒙古 海拉爾 021008；7.呼倫貝爾農(nóng)墾謝爾塔拉農(nóng)牧場(chǎng)有限公司， 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021012)

草地資源是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)資源之一，我國(guó)天然草地面積約4.00×108hm2，占國(guó)土面積的41.70%[1]。呼倫貝爾草原是我國(guó)面積最大且保存完好的草原，以物種種類繁多、牧草質(zhì)量?jī)?yōu)良聞名，是我國(guó)最著名、最優(yōu)良的草原之一[2]，區(qū)域面積約8.33×106hm2，其中天然草場(chǎng)面積7.07×106hm2，占土地總面積的 84.60%。呼倫貝爾草原不僅是我國(guó)重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)、加工基地，也是我國(guó)北方重要的綠色生態(tài)屏障[3]。割草利用是半干旱牧區(qū)天然草原傳統(tǒng)的利用方式之一，與放牧利用相輔相成，是我國(guó)草地畜牧業(yè)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。天然割草地調(diào)制的干草儲(chǔ)備以及季節(jié)的調(diào)配，提高了家畜越冬干草的產(chǎn)量和質(zhì)量，對(duì)解決草畜季節(jié)不平衡、確保家畜安全越冬起著關(guān)鍵作用[5]。近年來(lái)，由于長(zhǎng)期連年割草，天然割草地普遍存在嚴(yán)重的退化現(xiàn)象，加上人口的增加以及外來(lái)人員不合理利用，家畜頭數(shù)不斷增加，使呼倫貝爾草地退化加劇[6-7]。草原退化問(wèn)題亟待解決，通過(guò)不同改良措施恢復(fù)退化天然割草地的生態(tài)系統(tǒng)使得畜牧業(yè)快速發(fā)展成為草地研究的重要課題。大量的改良方法(如圍封、滅鼠、補(bǔ)播、松土、火燒、施肥、灌溉等)應(yīng)用到草地的研究之中[8-11]。

在眾多的草地恢復(fù)措施之中，切根和施肥是草原常用的管理措施[12-13]。切根屬于劃破草地的一種改良方式，主要是利用盤(pán)齒類切刀強(qiáng)制切破土壤板結(jié)層，將植物根莖切斷，除地表局部土壤疏松外，不會(huì)造成地表起壟、揚(yáng)沙揚(yáng)塵等現(xiàn)象并且能夠改變?nèi)郝湮锓N組成、影響土壤質(zhì)地狀況和土壤碳氮循環(huán)[14-16]。切根能夠在草地亞表層形成虛實(shí)結(jié)合的疏松土壤環(huán)境，從而影響土壤的物理特征，并且對(duì)土壤養(yǎng)分、微生物活性等產(chǎn)生間接影響[17]。破土切根使原來(lái)板結(jié)的土壤逐步疏松，由于有一條條的窄縫，減少了地表徑流，土壤空隙度變大，透氣性變好，使土壤向植物有利的生長(zhǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)變。對(duì)松嫩退化羊草草地切根研究發(fā)現(xiàn)，切根顯著降低了土壤容重[18]。對(duì)退化羊草草原進(jìn)行的切根試驗(yàn)表明，切根對(duì)土壤pH、電導(dǎo)率等物理特征影響較少，但是顯著減少了土壤全氮含量，同時(shí)切根處理的草地土壤酶活性提高，對(duì)草地養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生潛在的促進(jìn)作用[19]。

草地施肥一直被認(rèn)為是增加草地土壤肥力的主要方式之一，是草地改良研究的熱點(diǎn)[20]。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于施肥對(duì)草地地上生物量以及土壤養(yǎng)分等的影響有許多研究，李本銀、邱波、程積民等的研究結(jié)果表明，施肥可以大幅增加群落整體的地上生物量[21-23]。辛小娟、崔永琴、Hagedorn等的研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的土壤，其有機(jī)質(zhì)含量顯著高于長(zhǎng)期施用化肥區(qū)域，而連續(xù)施用化肥(磷、氮、鉀)的土壤的有機(jī)質(zhì)含量也明顯高于未施肥的地區(qū)[24-26]。但是長(zhǎng)期施有機(jī)肥對(duì)天然打草場(chǎng)地上生物量與土壤養(yǎng)分的影響有待探索。本研究針對(duì)呼倫貝爾天然打草場(chǎng)退化和不合理利用問(wèn)題，以草甸草原天然打草場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)探討切根和施有機(jī)肥對(duì)天然打草場(chǎng)地上生物量與土壤養(yǎng)分含量的作用，研究長(zhǎng)期施有機(jī)肥對(duì)呼倫貝爾草甸草原打草場(chǎng)地上生物量與土壤碳氮含量的作用，揭示切根與施肥對(duì)草原植被地上生物量與土壤相關(guān)特性的影響，為退化草地的恢復(fù)和改良提供參考和理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾行政區(qū)境內(nèi)的謝爾塔拉鎮(zhèn)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站附近(49°23′13″ N，120°02′47″ E)，平均海拔631 m，地勢(shì)平緩。如圖1所示，該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫—2.4℃左右，最高、最低氣溫分別為36.17℃，—48.5℃，年積溫在1 600℃～1 800℃之間，無(wú)霜期約80～110 d；年平均降水量350 mm，多集中在7—9月，且變化較大。試驗(yàn)區(qū)屬于地帶性草甸草原羊草群落，植物群落以羊草(Leymuschinensis)為建群種，優(yōu)勢(shì)種有山野豌豆(Viciaamoena)、展枝唐松草(Thalictrumsquarrosum)、細(xì)葉白頭翁(Pulsatillaturczaninovii)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)，常見(jiàn)種有寸草苔(Carexduriuscula)、雙齒蔥(Alliumbidentatum)、裂葉蒿(Artemisiatanacetifolia)等。試驗(yàn)樣地土壤屬于暗栗鈣土。

圖1 2020年研究區(qū)域月降水量及氣溫變化Fig.1 Monthly precipitation and temperature in 2020 of the experiment plot

1.2 研究方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)地為長(zhǎng)期連年刈割的中度退化半干旱天然羊草割草地，每年8月中旬進(jìn)行一次刈割，刈割年限已經(jīng)超過(guò)20年。2013年8月，選擇生境條件一致(地勢(shì)平坦均勻，草地密度均勻，避開(kāi)群落邊緣)的地塊劃定試驗(yàn)小區(qū)，并用網(wǎng)圍欄進(jìn)行圍封保護(hù)。2014年5月初，利用9QP-830型草地破土切根機(jī)沿土壤肥力“等高線”方向?qū)π^(qū)進(jìn)行切根預(yù)處理，切根深度為15 cm，切根長(zhǎng)度和寬度均為30 cm，呈網(wǎng)格狀。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置五個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共計(jì)15個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積為6 m×10 m，小區(qū)之間設(shè)置2 m的緩沖帶，其中切根只在2014年進(jìn)行1次，2014—2020年，每年6月初進(jìn)行施肥。本文重點(diǎn)研究長(zhǎng)期使用有機(jī)肥對(duì)羊草草甸草原打草場(chǎng)地上生物量與土壤的影響，五種處理為：對(duì)照處理(CK),切根處理(Q),切根+低水平有機(jī)肥處理(QO1),切根+中水平有機(jī)肥處理(QO2)和切根+高水平有機(jī)肥處理(QO3)。根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田平均有機(jī)肥施用量和前人研究以及土壤基礎(chǔ)調(diào)查結(jié)果，并以氮元素作為標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)設(shè)置了零、低、中、高 4個(gè)施肥水平，施肥為顆粒有機(jī)肥N+P2O5+K2O(干基)≥7%，有機(jī)質(zhì)≥45%。施肥方法為地表撒施將肥料施入土壤，切根時(shí)間以及肥料種類與施肥量見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地施肥方案Table 1 The fertilization design of experiment site

1.2.2取樣方法 于2020年8月末進(jìn)行樣品采集。在每個(gè)處理設(shè)定3個(gè)1 m×1 m的隨機(jī)樣方，齊地面刈割，分種收取地上部分，帶回實(shí)驗(yàn)室后在65℃的烘箱內(nèi)烘48 h備用；在刈割后的樣方內(nèi)采集土壤樣品，每個(gè)樣方設(shè)置3個(gè)隨機(jī)取樣點(diǎn)，用直徑為7 cm的土鉆收集地下土壤，土層厚度為20 cm，將3個(gè)取樣點(diǎn)土壤混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干并經(jīng)研缽研磨后過(guò)篩備用。

1.2.3樣品測(cè)定方法 地上生物量的測(cè)定方法是將收集的地上株(叢)帶回實(shí)驗(yàn)室，在65℃的溫度下持續(xù)烘48 h至恒重，分別稱取每一物種干重，單位：g·m-2。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤全氮含量采用凱氏法測(cè)定；土壤全磷和速效磷含量采用鉬銻鈧比色法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用NaOH堿解-擴(kuò)散吸收法測(cè)定[27]；土壤全鉀和速效鉀含量采用NaOH熔融-火焰光度吸收法測(cè)定[28]。

2020年撒施到試驗(yàn)樣地每塊小區(qū)的肥料的總費(fèi)用為總投入；試驗(yàn)樣地每塊小區(qū)的地上生物量按照2020年8月呼倫貝爾市草捆售價(jià)所售出獲得的利潤(rùn)記為總收入；投入產(chǎn)出比，簡(jiǎn)稱投產(chǎn)比，本研究中的投產(chǎn)比為總投入與總收入的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步整理，通過(guò)IBS SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行單因素分析(One way ANOVA)方差分析，顯著性水平設(shè)為P<0.05，利用Origin 2017軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 切根與施有機(jī)肥處理下羊草草甸草原植物群落及優(yōu)勢(shì)物種地上生物量變化

群落地上生物量和優(yōu)勢(shì)物種羊草地上生物量在不同處理下的變化如圖2所示。有機(jī)肥的施用對(duì)植物群落和優(yōu)勢(shì)物種羊草地上生物量有顯著性影響(P<0.05)，其中QO1，QO2和QO3的群落生物量分別較CK增加69.99%，122.24%和132.79%(P<0.05)(圖2A)，優(yōu)勢(shì)物種羊草生物量分別較對(duì)照增加294.08%，514.65%和543.64%(P<0.05)(圖2B)，優(yōu)勢(shì)種羊草地上生物量占群落總生物量比例較對(duì)照增加127.87%，175.13%和175.48%(P<0.05)(圖2C)。本試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，連年施用有機(jī)肥提高了群落地上生物量、優(yōu)勢(shì)種羊草地上生物量和優(yōu)勢(shì)物種所占比例，切根+中高水平有機(jī)肥處理的群落以及羊草地上生物量顯著高于其他處理。

圖2 羊草草甸草原群落及主要物種地上生物量變化Fig.2 Aboveground biomass changes of Leymus chinensis meadow grassland community and main species注：不同字母表示顯著差異(P<0.05)。下圖同Note:Different letters indicate significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.2 不同施肥水平投入與草地增產(chǎn)情況

通過(guò)分析不同施肥處理群落地上生物量以及羊草地上生物量的變化情況(表2)發(fā)現(xiàn)，與切根處理(Q)對(duì)比，地上生物量的單位增加量和總收入隨著施肥水平的增加而增加。

表2 2020年不同施肥水平投入與草地增產(chǎn)情況Table 2 Different fertilization inputs and grassland yield increase in 2020

2.3 切根與施有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

2.3.1切根與施有機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)碳含量以及pH值的影響 有機(jī)肥的施用對(duì)羊草草甸草原土壤有機(jī)碳含量的變化產(chǎn)生了一定的影響，QO2處理下土壤有機(jī)碳含量(38.50 g·kg-1)最高(圖3A)，與CK相比增加了15.23%(P<0.05)。此外，施用不同水平有機(jī)肥對(duì)羊草草甸草原土壤pH值有顯著影響(P<0.05)，低、中、高三個(gè)水平下的土壤pH值均顯著低于對(duì)照處理(6.51)(P<0.05)，切根+中水平有機(jī)肥處理下的土壤pH值降低幅度最大，與對(duì)照處理相比降低了9.60%(P<0.05)(圖3B)。

圖3 土壤有機(jī)碳以及pH值變化Fig.3 The changes of soil organic carbon and pH

2.3.2切根與施有機(jī)肥對(duì)土壤全效養(yǎng)分的影響 羊草草甸草原土壤全效養(yǎng)分含量在不同處理下的變化如圖4所示，其中QO2處理的土壤全氮含量較CK增加了14.24%(P<0.05)；土壤全磷、全鉀含量在不同處理無(wú)顯著差異，全磷含量在切根+中水平有機(jī)肥處理下最高，全鉀隨著施肥水平的提高呈遞增趨勢(shì)。

圖4 土壤全效養(yǎng)分含量變化Fig.4 Changes in soil total nutrient content

2.3.3切根與施有機(jī)肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響 羊草草甸草原土壤速效養(yǎng)分含量在不同處理下的變化如圖5所示，QO2，QO3處理土壤速效磷含量顯著高于CK處理(P<0.05)，QO2和QO3處理土壤速效磷含量分別是對(duì)照的2.95倍和2.72倍；土壤堿解氮、速效鉀含量在QO2處理下最高，不同處理之間無(wú)顯著差異。

圖5 土壤速效養(yǎng)分含量變化Fig.5 Changes in soil available nutrient content

2.4 群落與羊草地上生物量以及土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

由表3可知，羊草地上生物量與群落地上生物量、土壤有機(jī)碳含量以及土壤速效磷含量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性關(guān)系(P<0.01)，與土壤全氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；群落地上生物量與土壤有機(jī)碳含量、土壤速效磷含量呈極顯著正相關(guān)性關(guān)系(P<0.01)，與土壤全氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；土壤有機(jī)碳含量與土壤全氮含量、土壤速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)性關(guān)系(P<0.01)，與土壤速效磷含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；土壤全氮含量與土壤速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)性關(guān)系(P<0.01)，與土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；土壤堿解氮含量與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

表3 地上生物量與土壤養(yǎng)分的關(guān)系Table 3 Relationship between aboveground biomass and soil nutrients

進(jìn)一步擬合方程發(fā)現(xiàn)(圖6)，土壤全氮含量與群落地上生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05，R2=0.335)；土壤有機(jī)碳含量與群落地上生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，R2=0.456)；土壤速效磷含量與群落地上生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01，R2=0.798)。

圖6 群落地上生物量與TOC，STN，SAP的相關(guān)關(guān)系Fig.6 The correlation between the community aboveground biomass and TOC,STN,SAP

3 討論

3.1 不同處理對(duì)草地產(chǎn)量的影響

3.1.1不同處理對(duì)植物群落及羊草地上生物量的影響 地上生物量是反映草地生態(tài)環(huán)境的指標(biāo)，其大小可判斷草地狀況和生產(chǎn)潛力[29]。有研究表明切根措施對(duì)改善羊草草原退化具有良好的效果，但是本研究結(jié)果顯示羊草草甸草原群落地上生物量以及羊草地上生物量在切根與對(duì)照之間無(wú)顯著性差異，1次切根處理所表現(xiàn)的作用效果甚微，這與何丹等[8]在改良措施對(duì)天然草原植被及土壤影響的研究結(jié)果不同，并且曹杰在對(duì)中度退化羊草草原切根的研究顯示，羊草密度在切根當(dāng)年就有所增加，尤其是在切根深度為 5 cm時(shí)影響顯著[30]。這可能有兩種原因：1)本研究?jī)H在2014年進(jìn)行一次切根處理，并且2020年呼倫貝爾地區(qū)較為干旱，而切根處理一方面通過(guò)增進(jìn)分蘗加速生長(zhǎng)，另一方面也會(huì)加大土壤水分的蒸散，從而抑制植物的生長(zhǎng)[31]，當(dāng)降水量充足時(shí)切根的正效益大于負(fù)效益，當(dāng)降水不足且無(wú)人為灌溉時(shí)正效益則無(wú)法顯著表現(xiàn)，甚至小于負(fù)效益；2)在切根寬度均為30 cm的情況下，本試驗(yàn)中的切根深度為15 cm，而曹杰的試驗(yàn)中切根深度為5 cm，較淺的切根效果可能要優(yōu)于深切效果，淺層切根對(duì)羊草根莖的傷害程度較小，更利于羊草凈光合速率和水分利用效率的增加，正反饋?zhàn)饔么笥谄湄?fù)反饋?zhàn)饔?，進(jìn)而影響群落以及羊草地上生物量。

大量研究表明有機(jī)肥不同施用量對(duì)植物地上生物量有大的影響。何玉惠等[32]研究表明，氮素增加在短期內(nèi)即可以提高黃土高原荒漠草原草本植物群落生產(chǎn)力，促進(jìn)優(yōu)勢(shì)種群的生長(zhǎng)。李文嬌等[33]研究表明，氮素和水分的添加顯著增加了禾草類和中旱生植物功能群的地上生物量。本試驗(yàn)中，切根+施不同水平有機(jī)肥的三個(gè)處理的植物群落地上生物量以及優(yōu)勢(shì)種地上生物量顯著增加，這與以上研究結(jié)果相似。王生明等[34]研究表明，隨著有機(jī)肥施用量的增加，作物產(chǎn)量相應(yīng)增加，有機(jī)肥施用量為15 000 kg·hm-2時(shí)，作物產(chǎn)量最高，當(dāng)施肥量達(dá)到11 250 kg·hm-2以上時(shí)，增加有機(jī)肥施用量，作物增產(chǎn)效果不顯著。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著施肥水平的提高，群落地上生物量、優(yōu)勢(shì)種羊草地上生物量以及羊草地上生物量占比呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中切根+中水平有機(jī)肥處理與切根+高水平有機(jī)肥處理之間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明地上生物量并不是一直隨著施肥水平的提高而顯著提高的，中高水平施肥均可顯著提高羊草產(chǎn)量，但是中水平施肥時(shí)生產(chǎn)效益最大。

3.1.2不同施肥水平經(jīng)濟(jì)效益 草地施肥打破了土壤養(yǎng)分的平衡，使限制性營(yíng)養(yǎng)元素發(fā)生轉(zhuǎn)移，有利于植物干物質(zhì)的形成和積累，并提高了群落生物量[32]，對(duì)比本研究低、中、高三種施肥水平投入與草地增產(chǎn)關(guān)系可以得出，低水平施有機(jī)肥處理的經(jīng)濟(jì)效果最好。這可能是不同地區(qū)氣候、土壤以及施肥閾值的差異造成的。2020年試驗(yàn)地的降水量在生長(zhǎng)季分布不均勻，導(dǎo)致有機(jī)肥中的養(yǎng)分不能充分輸送到植物體中，所以不同年份生長(zhǎng)季降水量的波動(dòng)影響了群落地上生物量的變化趨勢(shì)和肥料閾值。

3.2 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

3.2.1不同處理對(duì)土壤有機(jī)碳含量以及pH值的影響 土壤碳的主要是來(lái)源是動(dòng)植物殘?bào)w、根系分泌物以及微生物固碳[35]。相關(guān)研究表明，施肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量并無(wú)顯著的影響，只是在一定程度上提高了有機(jī)質(zhì)的含量[36-38]。本試驗(yàn)中土壤有機(jī)碳含量在切根+中水平有機(jī)肥處理顯著高于其他處理，這與其他學(xué)者研究結(jié)果不同，原因可能是施肥可以顯著地提高草地地上生物產(chǎn)量，增加土壤固碳能力，土壤碳的分解能力在有機(jī)肥的作用下加強(qiáng)，從而產(chǎn)生比較顯著的影響。土壤作為一個(gè)多相體系，土壤的許多屬性之間緊密聯(lián)系[39]。本試驗(yàn)中切根+中水平有機(jī)肥處理顯著降低了土壤pH，與宋娟麗等[40]的研究結(jié)果相似，原因可能是施用有機(jī)肥后微生物、動(dòng)物與植物根系的生存環(huán)境發(fā)生變化，使其分泌物及生物殘?bào)w發(fā)生改變，進(jìn)而促進(jìn)了土壤有機(jī)酸的富集與積累，使pH值下降。

3.2.2不同處理對(duì)土壤全效養(yǎng)分含量的影響 施肥是補(bǔ)充土壤元素和維持地上生產(chǎn)力的主要措施[41-42]。有研究認(rèn)為，短期施肥不足以使土壤全量養(yǎng)分發(fā)生改變[43-44]，也有研究結(jié)果顯示，土壤全量養(yǎng)分在施肥當(dāng)年就發(fā)生了顯著的變化[45-46]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示切根+中水平有機(jī)肥處理顯著提高了土壤全氮含量，全磷全鉀含量無(wú)顯著差異，可能是因?yàn)槭┓屎笥绊懮锏纳L(zhǎng)速率，而生物固氮是土壤氮素的重要來(lái)源之一，施有機(jī)肥提高了生物固氮的效率，使氮素更多的留在土壤中，使土層全氮含量的增加趨勢(shì)明顯，這與劉文亭等[47]的研究結(jié)果相似。切根+中水平有機(jī)肥處理下的全磷含量最大，但各處理之間無(wú)顯著性差異，并且土壤全磷含量并未隨著施肥水平的升高而上升，說(shuō)明施肥量的增大并不能使磷肥充分利用，施肥量的增加會(huì)使得土壤磷素大量積累，反而造成肥料資源的浪費(fèi)，這與李新樂(lè)等[48]的研究結(jié)果相似。北方土壤富含鉀[49-50]，研究發(fā)現(xiàn)施用鉀肥幾年乃至十年對(duì)土壤鉀含量的影響也不顯著，本文土壤研究結(jié)果與之相同，隨著施肥水平的提高土壤全鉀含量持續(xù)提高，但不同處理之間均無(wú)顯著性差異，且施肥水平從中到高處理的全鉀含量幾乎沒(méi)有變化，也說(shuō)明了施肥量的增大并不能使鉀肥充分利用。

3.2.3不同處理對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響 土壤速效養(yǎng)分含量是反映土壤肥力評(píng)價(jià)土壤供肥能力的主要指標(biāo)[51]。作為植物吸收利用最多的元素，氮含量變化從土壤速效養(yǎng)分含量中得以體現(xiàn)[52]，但在本研究中，無(wú)論切根處理還是切根+不同水平的有機(jī)肥處理，土壤堿解氮含量均無(wú)顯著變化。由于本研究的切根處理只在2014年進(jìn)行1次，所以切根這一處理對(duì)土壤堿解氮的影響不顯著。有研究表明施有機(jī)肥可以提高土壤速效氮含量[53-55]，本研究中施有機(jī)肥處理的土壤堿解氮變化不明顯可能是由于2020年較為干旱且降水集中在7，8月份，雖然氮肥在補(bǔ)充土壤養(yǎng)分的同時(shí)，還會(huì)提高土壤微生物的活性，加快土壤有機(jī)氮的分解速率，但是雨水大部分以地表徑流的方式流走，滲入土層20 cm處的雨水以及隨之進(jìn)入土壤中的有機(jī)肥含量較少，導(dǎo)致其分解過(guò)程受氮素添加濃度的影響較小，所以變化不顯著。

本試驗(yàn)中速效磷含量在切根+中高水平有機(jī)肥處理下含量顯著高于不施肥處理，切根+低水平有機(jī)肥處理沒(méi)有顯著變化。有研究表明，施肥后0～20 cm速效磷含量明顯增加[24]，其結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果略有不同，可能是由于施加低水平有機(jī)肥對(duì)土壤環(huán)境的影響很微弱，當(dāng)施肥量達(dá)到了一定水平后群落植物吸收能力受到了影響，此時(shí)磷肥的加入會(huì)增加土壤對(duì)磷的吸附強(qiáng)度和吸附量，更多的磷元素會(huì)以無(wú)機(jī)態(tài)留在土壤中，速效磷含量顯著增加。

已有研究表明，草地施肥后，0～10 cm，10～20 cm和20～30 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮、速效鉀、速效磷均較不施肥處理有明顯提高[56]，但本研究結(jié)果與其不同，各種處理對(duì)土壤速效鉀含量的影響均不顯著，可能是由于土壤中的鉀大部分是礦化鉀，很難被植物利用，施肥雖然改變植物的生長(zhǎng)過(guò)程但是對(duì)鉀的量沒(méi)有顯著影響。

3.3 地上生物量與土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系

本研究中對(duì)地上生物量與土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)以及相關(guān)性分析表明，土壤有機(jī)碳含量、土壤速效磷含量與群落地上生物量為極顯著正相關(guān)關(guān)系，土壤全氮含量與群落地上生物量為顯著正相關(guān)關(guān)系，這與陳芙蓉等[57]的研究結(jié)果相似，其原因是進(jìn)入土壤的植物殘?bào)w是土壤有機(jī)碳的主要來(lái)源，植物殘余量主要由地上部分的生物量決定，而地上部分的生物量又決定了土壤有機(jī)碳的含量。本研究中地上生物量與土壤堿解氮含量之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性，這與焦婷、王潔[58-59]的研究結(jié)果相同，但李海云[60]的研究結(jié)果表明土壤堿解氮含量與地上生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與本研究結(jié)果不同，這可能與草地在不同時(shí)期生長(zhǎng)的降水量、降水強(qiáng)度以及草地生長(zhǎng)狀況等因子有關(guān)，并且由于群落類型、優(yōu)勢(shì)種的不同，土壤特性和土壤肥力呈現(xiàn)不同的特征。

4 結(jié)論

隨著施肥水平的增加，群落地上生物量、優(yōu)勢(shì)種羊草地上生物量以及羊草地上生物量占比呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；群落以及羊草地上生物量的單位增加量和總收入隨著施肥水平的增加而增加，切根+低水平有機(jī)肥處理下的經(jīng)濟(jì)效果最好。切根+中水平有機(jī)肥處理對(duì)土壤有機(jī)碳含量、pH、全氮含量、速效磷含量的影響最顯著。土壤有機(jī)碳含量、土壤速效磷含量與群落地上生物量極顯著正相關(guān)，土壤全氮含量與群落地上生物量顯著正相關(guān)。