王小燕， 張彩軍， 蒲強(qiáng)勝， 安 康， 張 倩， 楊 晶， 孫小妹， 蘇軍虎*

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室， 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 770070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)， 新西蘭梅西大學(xué)草地生物多樣性研究中心， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

我國(guó)草原面積約4億hm2，草原是陸地最大的生態(tài)系統(tǒng)和重要的生態(tài)屏障[1]，加強(qiáng)草原保護(hù)與利用事關(guān)國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施和生態(tài)文明建設(shè)大局。然而，由于人類活動(dòng)和氣候變化，草原生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能等受到極大影響，生產(chǎn)力下降、生物多樣性減少、毒雜草增多和自然災(zāi)害頻發(fā)[2]。我國(guó)西部地區(qū)的天然高寒草甸，是重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地[3]，其生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮對(duì)維護(hù)西部生態(tài)安全、民族穩(wěn)定團(tuán)結(jié)和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義[4]。地處我國(guó)西部的甘南草原是重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，但受人類活動(dòng)影響，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能受損[5]，保護(hù)修復(fù)與功能的提升是該區(qū)域草地生態(tài)治理最緊要的任務(wù)[6]。

目前，草地治理的措施主要以圍欄封育和鼠蟲(chóng)害防控為主，但其具有恢復(fù)周期長(zhǎng)、實(shí)施效果不穩(wěn)定等弊端[6]。殷國(guó)梅等采用圍封、禁牧、施肥和補(bǔ)播的不同修復(fù)措施組合對(duì)退化荒漠草原生態(tài)修復(fù)，發(fā)現(xiàn)圍封+禁牧+施復(fù)合肥+補(bǔ)播組合的生態(tài)修復(fù)效果最佳[7]。廖文菊等2020年對(duì)康定市退化草原生態(tài)修復(fù)建議中指出，自然的修復(fù)方法并不能達(dá)到預(yù)期的修復(fù)效果，需要通過(guò)人為干預(yù)調(diào)動(dòng)草地生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)功能，對(duì)于嚴(yán)重退化草原進(jìn)行人工補(bǔ)播修復(fù)前應(yīng)先對(duì)土壤進(jìn)行改良，重點(diǎn)是提高土壤保水保肥性。經(jīng)土壤改良的草原可通過(guò)牧草的種植逐漸修復(fù)，最終恢復(fù)草原生產(chǎn)力[8]。草地重建和補(bǔ)播是目前快速有效恢復(fù)重度退化草地的重要措施，人工建植和免耕補(bǔ)播可以短期內(nèi)增加草地植被蓋度，提升草地生產(chǎn)力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)建立人工草地，極大地提高了草地牧草產(chǎn)量和質(zhì)量，從而減輕天然草場(chǎng)的壓力，草地畜牧業(yè)的生產(chǎn)能力也得以提升[9]。混播人工草地通常比單播人工草地具有更高的生產(chǎn)力和更有效的土壤改良作用。然而，由于補(bǔ)播種成活率低，修復(fù)技術(shù)落后和對(duì)修復(fù)草地后續(xù)管理不到位等原因，人工補(bǔ)播草地建植后，草地多樣性嚴(yán)重降低，隨時(shí)間推移又發(fā)生不同程度的“二次退化”[10]。人工施肥可以快速補(bǔ)充植物生長(zhǎng)發(fā)育所需元素，可依據(jù)表土特征，施用有機(jī)肥、氮肥和微生物菌劑等。氮肥可以為植物生長(zhǎng)提供可利用氮，微生物菌劑可改變微生物群落結(jié)構(gòu)，提升土壤酶活性，改善土壤理化性質(zhì)[11]。但施肥在草地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)應(yīng)用中，在加快群落向頂級(jí)演替的同時(shí)，也有加劇物種間對(duì)光資源的不對(duì)稱性競(jìng)爭(zhēng)而使物種多樣性喪失的弊端[12]。

草地修復(fù)過(guò)程中草地生產(chǎn)力和草地生物多樣性的維持一直是研究重點(diǎn)，群落生態(tài)學(xué)理論中一定密度的空斑對(duì)維持草地群落多樣性具有重要意義[13]?？瞻邔?duì)植被更新、種子萌發(fā)、種苗建植都有積極的作用[14]，空斑為先鋒植物或機(jī)會(huì)物種占據(jù)新生境創(chuàng)造了條件[15]?？瞻呃碚摰幕舅枷刖褪遣煌奈锓N在植被更新過(guò)程中對(duì)空間的要求不同(或者說(shuō)它們?cè)诳瞻咧械亩ň幽芰Σ煌?，每一物種更新對(duì)環(huán)境條件的要求都不同，只有當(dāng)植物群落中出現(xiàn)足夠多的適宜空斑時(shí)，植物群落中的某一特殊物種才會(huì)無(wú)限期地存活下去[16]。依據(jù)恢復(fù)生態(tài)學(xué)中的人為設(shè)計(jì)理念，人為構(gòu)建空斑可以減緩施肥造成的種間對(duì)光資源的不對(duì)稱性競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)為物種的拓殖提供空間，增加生物多樣性，從而提高草地初級(jí)生產(chǎn)力和群落穩(wěn)定性，這是當(dāng)前草地修復(fù)重建的一個(gè)可突破方向?；谌斯ぱa(bǔ)播與施肥在草地修復(fù)中已表現(xiàn)出的弊端，結(jié)合空斑演替的啟發(fā)，我們采用人為創(chuàng)建空斑與傳統(tǒng)修復(fù)方式相結(jié)合的措施修復(fù)了甘南高寒草甸典型重度退化草地。通過(guò)探究草地生產(chǎn)力和土壤理化性質(zhì)在雙壟和無(wú)壟兩種整地方式以及不同施肥措施下的變化，解析不同建植模式對(duì)重度退化草地土壤理化性質(zhì)及初級(jí)生產(chǎn)力的修復(fù)效應(yīng)。以期探尋科學(xué)可行的人工建植模式，為合理高效地修復(fù)重度退化高寒草甸提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

本研究選擇甘南藏族自治州碌曲縣加倉(cāng)鎮(zhèn)重度退化高寒草甸(原生植被覆蓋度<20%)[17]，樣地位于34°11′05″ N，102°26′28″ E，草地優(yōu)勢(shì)種為箭葉橐吾(Ligulariasagitta)。碌曲縣屬青藏高原氣候帶高原濕潤(rùn)氣候區(qū)，海拔3 441 m，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 357.8 h，年太陽(yáng)總輻射量51 983.9 J·cm-2，年均氣溫2.3℃，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，該地區(qū)近10年年均降水量為633～782 mm，降水主要集中于5-9月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，經(jīng)過(guò)前期科學(xué)篩選，我們選出適合該地區(qū)補(bǔ)播的兩種混播草種配比，即70%垂穗披堿草(Elymusnutans)+ 30%黑麥草(Loliummultiflorum)，每個(gè)小區(qū)草種補(bǔ)播量分別為披堿草105 g、黑麥草45 g。施肥情況：氮肥5 mL·m-2·a-1，微生物菌劑6 mL·m-2·a-1。

試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各小區(qū)面積6 m×6 m，小區(qū)間有寬1 m的緩沖帶，各區(qū)的四邊起壟作為標(biāo)記。設(shè)置雙壟和無(wú)壟樣地，每個(gè)樣地均設(shè)計(jì)4種不同施肥措施，即雙壟施氮肥(Double ridge application of nitrogen fertilizer，RAN)、雙壟施微生物菌劑(Double ridge application of microbial agent，RAM)、雙壟氮肥配施微生物菌劑(Double ridge nitrogen fertilizer with microbial agent，RNM)、雙壟不施肥(No fertilization in double ridges，NFR)、無(wú)壟施氮肥(No ridge application of nitrogen，NAN)、無(wú)壟施微生物菌劑(No ridge application of microbial agents，NAM)、無(wú)壟氮肥配施微生物菌劑(No ridge application of nitrogen fertilizer combined with microbial agent，NNM)和無(wú)壟不施肥(No fertilizer without ridges，NFWR)，共8個(gè)處理，每個(gè)處理做3個(gè)重復(fù)。2020年6月開(kāi)展施肥和補(bǔ)播試驗(yàn)。

1.3 樣品采集與處理

于2020年8月進(jìn)行土壤理化特性和植被生物量測(cè)定，由于土壤表層特性表現(xiàn)較為典型，因此我們采集0～30 cm土層土壤作為研究對(duì)象。每塊樣地采用五點(diǎn)法取0～10 cm,10～20 cm,20～30 cm土層樣品，共采集72個(gè)土壤樣品。土樣過(guò)篩，去除枯物及植物根系等雜質(zhì)后放入自封袋，在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后過(guò)1 mm篩，所得土樣用于土壤養(yǎng)分測(cè)定。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取1個(gè)樣方，樣方面積50 cm×50 cm，將補(bǔ)播種和雜類草分別齊地面剪下后，取一個(gè)20 cm×20 cm樣方，挖出0～30 cm土層，土方套尼龍網(wǎng)袋，清洗干凈后在85℃的烘箱內(nèi)烘干至恒重，稱量測(cè)定地下總生物量；地上部分分裝紙袋，帶回實(shí)驗(yàn)室置入烘箱內(nèi)，105℃殺青30 min，65℃烘至恒重后分別測(cè)定干重[18]。

1.4 試驗(yàn)方法

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》[19]中的相關(guān)方法，土壤有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)重鉻酸鉀溶液消煮后，采用硫酸亞鐵滴定法測(cè)定；土壤全氮含量采用H2SO4-NaSO4:CuSO4:Se催化法消煮，用半微量凱氏定氮法測(cè)定；土壤全磷含量采用鉬銻抗顯色法測(cè)定[20]；全鉀含量用NaOH熔融火焰光度計(jì)法測(cè)定；速效鉀含量采用NH4OAC-火焰光度計(jì)法測(cè)定；速效磷含量采用碳酸氫鈉法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2017對(duì)土壤和樣方數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和完成初步計(jì)算；用SPSS 19.0對(duì)土壤理化性質(zhì)和草地生產(chǎn)力進(jìn)行單因素方差分析和獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，再用Sigma Plot 10.0繪圖，用Cannoco 5.0分析草地生產(chǎn)力與土壤理化性質(zhì)之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同修復(fù)措施對(duì)草地生產(chǎn)力的影響

對(duì)同一施肥處理下不同整地方式之間各部分生物量進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)顯著性。雜類草生物量在雙壟樣地高于無(wú)壟樣地，RAN與RNM樣地比NAN與NNM樣地分別高88.28%和46.75%。雙壟樣地中，黑麥草生物量在施肥樣地均高于不施肥樣地(P<0.05)，NFR樣地比RAN,RAM和RNM分別低52.66%,33.6%和43.32%，披堿草生物量在RAM和RNM樣地高于施肥樣地，雜類草生物量在RNM樣地最高，地下生物總量在RNM樣地顯著高于其余各樣地(P<0.05)，RNM樣地比NFR樣地高29.14%。無(wú)壟樣地，補(bǔ)播種生物量均在NAM樣地最高，雜類草生物量在NAM和NNM樣地間差異性顯著(P<0.05)，地上總生物量在各施肥樣地均高于不施肥樣地，地下生物總量在NAN樣地比NNM樣地高57.03%(表1)。

表1 不同修復(fù)措施對(duì)草地植被生產(chǎn)力的影響Table 1 Effects of different restoration measures on grassland vegetation productivity

2.2 補(bǔ)播種、雜類草生物量分別占總生物量

雙壟樣地，黑麥草、披堿草和雜類草地上生物量分別在RAN、NFR和RNM樣地占地上總生物量的比值最大，分別為0.42%,0.62%和0.13%。無(wú)壟樣地，黑麥草、披堿草和雜類草地上生物量分別在NAM、NFWR和NNM樣地占地上總生物量的比值最大，分別為0.45%,0.51%和0.094%。披堿草和雜類草地上生物量占地上總生物量的比例在兩種補(bǔ)播樣地呈現(xiàn)相同規(guī)律(表2)。

表2 不同修復(fù)措施下補(bǔ)播草地各部分生物量與地上生物總量的比重Table 2 Proportion of biomass of each part to the total aboveground biomass of the replanting grassland under different remediation measures

2.3 不同建植模式對(duì)混播草地土壤有機(jī)質(zhì)的影響

對(duì)同一施肥處理下不同整地方式之間土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)顯著差異。雙壟樣地，0～10 cm土層，NFR樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于RNM樣地(P<0.05)，NFR比RNM高23.49%；10～20 cm土層，RAN土壤有機(jī)質(zhì)含量比NFR高29.45%；20～30 cm土層，RNM樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量高于其余施肥樣地，NFR比RNM低39.41%。無(wú)壟樣地，0～10 cm土層，NAM樣地土壤有機(jī)質(zhì)含量比NFWR樣地高17.79%。20～30 cm土層，NAM土壤有機(jī)質(zhì)含量比NAN高5.49%(圖1)。

圖1 不同建植模式對(duì)草地土壤有機(jī)質(zhì)的影響Fig.1 Effects of different remediation measures on soil organic matter in grassland注：對(duì)同一施肥處理下不同整地方式之間土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)顯著差異。不同小寫(xiě)字母表示有壟樣地不同施肥方式之間結(jié)果差異顯著(P<0.05)，不同大寫(xiě)字母表示無(wú)壟樣地不同施肥方式之間結(jié)果差異顯著(P<0.05)。橫坐標(biāo)字母代表樣地的不同處理：RAN表示雙壟施氮肥，RAN表示雙壟施微生物菌劑，RNM表示雙壟氮肥配施微生物菌劑，NFR表示雙壟不施肥，NAN表示無(wú)壟施氮肥，NAM表示無(wú)壟施微生物菌劑，NNM表示無(wú)壟氮肥配施微生物菌劑，NFW表示無(wú)壟不施肥，下同Note:The T test results of different land preparation methods under the same fertilization treatment were not significant. Different lowercase letters indicate that there was significant difference between different fertilization methods in the ground with ridge sample (P<0.05),and different capital letters indicate that there was significant difference between different fertilization methods in the ground without ridge sample (P<0.05). The letters on the horizontal coordinates represent the different treatment of sample plots. RAN:Nitrogen fertilizer on ridges,RAN:Microbial agent on ridges,RNM:Nitrogen fertilizer combined with microbial agent on ridges,NFR:No fertilization on ridges,NAN:Nitrogen fertilizer on no ridges,NAM:Microbial agents on no ridges,NNM:Nitrogen fertilizer and microbial agents on no ridges,NFW:No fertilizer on no ridges,the same as below

2.4 不同建植模式對(duì)混播草地土壤養(yǎng)分的影響

對(duì)同一施肥處理下不同整地方式之間土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)顯著差異。雙壟樣地，20～30 cm土層，土壤TN和AN含量在RAN、RAM和RNM樣地均顯著高于NFR樣地(P<0.05)，AN含量在RAN、RAM和RNM樣地分別比NFR樣地高21.82%,24.31%和28.83%。無(wú)壟樣地，0～10 cm土層，AN含量在NNM樣地比NFWR樣地高10.24%；10～20 cm土層，TN含量在NAM樣地顯著低于NNM、NAN和NFWR樣地(P<0.05)，AN含量在NAM樣地比NFWR樣地高13.21%；20～30 cm土層，TN含量在NNM樣地比NFWR樣地高13.01%(圖2A、圖2B)。

雙壟樣地，0～10 cm土層，TP含量在RNM樣地比RAN高39.63%，AP含量在RNM樣地比RAM樣地高30.09%；10～20 cm土層，TP含量在RAM樣地比NFR樣地高20.68%，AP含量在施肥樣地均高于NFR樣地；20～30 cm土層，TP含量在

RAN樣地比NFR樣地高20.63%。無(wú)壟樣地，0～10 cm土層，NAM樣地和NFWR樣地均顯著低于NAN和NNM樣地(P<0.05)，NAN和NNM樣地均比NAM樣地高35.29%；10～20 cm土層，TP含量在NNM樣地最高，AP含量在施肥樣地均高于NFWR樣地；20～30 cm土層，TP含量在NAM樣地比NAN樣地低25.81%，AP含量在NAN樣地比NFWR樣地高44.11%(圖2C、圖2D)。

雙壟樣地，0～10 cm土層，AK含量在RAM比NFR樣地高27.20%，TK含量均在RAM樣地最高；10～20 cm土層，AK含量在RAM樣地比NFR樣地17.26%，TK含量均在RAM樣地最高；20～30 cm土層，AK含量在施肥樣地均高于NFR樣地，RAM樣地比NFR樣地高27.20%，RAN與NFR樣地間有顯著差異(P<0.05)。無(wú)壟樣地，0～10 cm土層，TK含量在NAM和NNM樣地最高，AK含量在施肥樣地高于NFWR樣地，其中在NNM樣地比NFWR樣地高10.62%；10～20 cm土層，TK含量在NFWR樣地最高，AK含量在NAM樣地比NFWR樣地低13.37%；20～30 cm土層，TK含量在NAN和NAM樣地最高，AK含量在NAN和NNM樣地分別比NFWR樣地高58.82%和59.12%(圖2E、圖2F)。

圖2 不同建植模式對(duì)草地土壤理化性質(zhì)的影響Fig.2 Effects of different remediation measures on soil physical and chemical properties of grassland注：對(duì)同一施肥處理下不同整地方式之間土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)顯著性。不同小寫(xiě)字母表示有壟樣地不同施肥方式之間結(jié)果差異顯著(P<0.05)，不同大寫(xiě)字母表示無(wú)壟樣地不同施肥方式之間結(jié)果差異顯著(P<0.05)Note:The T test results of different land preparation methods under the same fertilization treatment were not significant. Different lowercase letters indicate that there was significant difference between different fertilization methods in the ground with ridge sample (P<0.05),and different capital letters indicate that there was significant difference between different fertilization methods in the ground without ridge sample (P<0.05)

2.5 草地生產(chǎn)力與土壤速效養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系

通過(guò)運(yùn)用物種生物量-環(huán)境因子矩陣對(duì)修復(fù)后的退化草地指標(biāo)進(jìn)行RDA排序，得到排序前四軸的特征值(表3)和環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)性。由表中數(shù)據(jù)可知，前四軸物種與環(huán)境因子關(guān)系的累計(jì)解釋變量為40.72%，其中前四排序軸的特征值分別為0.2086,0.1518,0.0415和0.0053，每一軸可解釋變量的百分比依次為28.86%,15.18%,4.15%和0.53%。

表3 排序前四軸的特征值Table 3 Eigenvalues of the first four axes of sorting

為了進(jìn)一步探討草地生產(chǎn)力與環(huán)境因子之間的關(guān)系，將樣方補(bǔ)播種、雜類草和總生物量與環(huán)境因子進(jìn)行排序，圖3中空心箭頭代表環(huán)境變量，實(shí)心箭頭代表各部分生物量。前4個(gè)排序軸的特征根分別為0.208 6，0.151 8，0.041 5和0.005 3，前四軸物種-環(huán)境關(guān)系方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為40.72%，其中前兩軸達(dá)到20.86%。披堿草地上生物量與堿解氮、速效鉀和全磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，黑麥草地上生物量與速效磷，全磷，脲酶活性以及速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系，雜類草地上生物量與速效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與地形因子(有無(wú)壟)呈正相關(guān)關(guān)系，地上總生物量與脲酶活性、速效磷、全磷、速效鉀呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與堿解氮、堿性磷酸酶活性呈正相關(guān)關(guān)系，地下總生物量與堿性磷酸酶活性和全氮含量呈正相關(guān)關(guān)系。

圖3 生物量與環(huán)境因子的RDA關(guān)系Fig.3 RDA relationship between biomass and environmental factors注：圖中HerbBiom表示雜類草生物量，L.m Biom表示黑麥草生物量，E. n Biom表示披堿草生物量，Abov Biom表示地上總生物量，TotUnd Biom表示地下總生物量Note：HerbBiom:Herb Biomass；L.m Biom:L.m Biomass；E. n Biom:E. n Biomass；Abov Biom:Above Biomass；TotUnd Biom:Total underground Biomass

3 討論

3.1 不同人工建植模式對(duì)補(bǔ)播草地植被生產(chǎn)力的影響

施肥使土壤中的速效養(yǎng)分快速增加，為植被生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分資源，氮肥可有效改善土壤營(yíng)養(yǎng)狀況，達(dá)到增產(chǎn)的目的[22]。施肥后退化草地植被生長(zhǎng)迅速，生產(chǎn)力明顯提高[23]。本研究表明，補(bǔ)播種和雜類草生物量在施肥樣地均高于不施肥樣地，雜類草生物量在雙壟樣地增加尤為明顯，這是由于起壟創(chuàng)造空斑為植物拓殖提供了空間，所以雜類草增多，生產(chǎn)力得到提升。植被地上總生物量表現(xiàn)為施肥樣地高于不施肥樣地，研究發(fā)現(xiàn)，黑麥草地上生物量在施氮肥樣地最高，地上總生物量和雜類草生物量均在氮肥配施微生物菌劑樣地最高，這與李鳳霞對(duì)氮肥配施微生物菌劑處理下花椰菜產(chǎn)量增產(chǎn)效果的研究結(jié)果相一致[24]，這是由于施用微生物菌劑促進(jìn)土壤微生物菌群分泌有機(jī)酸，溶解土壤顆粒中的養(yǎng)分，可供植物生長(zhǎng)利用[25-26]，從而促進(jìn)地上部分干物質(zhì)的積累，對(duì)草地生產(chǎn)力的增加起到了積極的作用。本研究中氮肥和微生物菌劑組合的方案可最大限度地增加高寒退化草地的生產(chǎn)力。第一年修復(fù)采用一年生黑麥草和多年生垂穗披堿草被混播的方法，一方面，利用一年生黑麥草快速生長(zhǎng)抑制雜草；另一方面，可以保障草地生產(chǎn)力在當(dāng)年不受影響，次年多年生垂穗披堿草返青，其余草地植被也開(kāi)始生長(zhǎng)，對(duì)維持草地穩(wěn)定性和多樣性有重要作用。在草原上一般均采用近自然恢復(fù)，不能大面積進(jìn)行開(kāi)墾，而對(duì)于重度退化的草地，自然修復(fù)的方法目前未達(dá)到較好的修復(fù)效果，因而我們?yōu)樘剿鞲训男迯?fù)效果，采用人工起壟的方式進(jìn)行重度退化草地的重建。這個(gè)方法只能在重度退化區(qū)使用，有關(guān)該方式的合理性，還需進(jìn)行后續(xù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，分析評(píng)價(jià)第二年、第三年的修復(fù)效果。

3.2 不同人工建植模式對(duì)土壤理化特性的影響

本研究表明，雙壟補(bǔ)播樣地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量低于平地補(bǔ)播樣地，造成這種結(jié)果的原因有兩種：第一，起壟翻地使壟溝里的表層土壤翻到壟上，土壤中原本存在的有機(jī)質(zhì)分配發(fā)生變化；第二，氮肥活化了土壤中微生物的活性，導(dǎo)致土壤氮素分解加快，有機(jī)質(zhì)含量降低[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮肥和微生物菌劑均能一定程度改變土壤肥力，施氮肥對(duì)土壤全氮和堿解氮的影響比微生物菌劑顯著，施氮肥增加了土壤中全氮含量和植物可利用速效氮，氮肥配施微生物菌劑使土壤全磷和速效磷含量相比不施肥樣地明顯增高[28]。土壤中有機(jī)質(zhì)含量的高低是反映土壤質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)[29]。大量研究表明，施肥通過(guò)提高植被地上生物量和植被歸還量，來(lái)增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量[30-31]。表層土壤全氮含量在氮肥配施微生物菌劑樣地最高，施氮肥樣地土壤堿解氮含量最高，土壤全磷和速效磷含量均在氮肥配施微生物菌劑樣地最高，這說(shuō)明施用微生物菌劑增加了土壤真菌數(shù)量，為構(gòu)建穩(wěn)定的，可循環(huán)的土壤微生物群落提供了有效途徑，微生物菌劑的施用還改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)并提高土壤肥力[32-33]。在施肥作用下，土壤養(yǎng)分受到影響，但因時(shí)間較短又有補(bǔ)播植被對(duì)養(yǎng)分的大量利用，因此從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，第一年土壤理化性質(zhì)的變化均不顯著，在修復(fù)第二、三年，在植物與土壤的互作影響下，土壤理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯變化。

3.3 草地生產(chǎn)力和土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性

對(duì)草地生產(chǎn)力和土壤理化性質(zhì)的研究，有利于掌握土壤因子對(duì)草地生產(chǎn)力的影響情況，為修復(fù)退化草地土壤提供依據(jù)。氮肥和微生物菌劑可有效改善質(zhì)地貧瘠的草地營(yíng)養(yǎng)，顯著增加植被對(duì)水分的利用，從而提高草地生產(chǎn)力[34]。本研究表明，黑麥草地上生物量與土壤有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)，這與石紅霄等[35]的研究結(jié)果一致，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤微生物利用的主要碳源，微生物改善土壤特性和結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，從而有助于植物的生長(zhǎng)。植物在養(yǎng)分豐富的局部環(huán)境中能選擇性地改變其根系的生長(zhǎng)，從而增加養(yǎng)分的吸收，土壤中養(yǎng)分含量的高低直接影響著群落的生產(chǎn)力[36]。全氮、全磷、堿解氮和速效鉀等被認(rèn)為是限制生物量的主要因子[37]。本研究表明，雜類草地上生物量及地上總生物量與速效磷呈正相關(guān)關(guān)系，補(bǔ)播種生物量、雜類草生物量和地上、地下總生物量均與土壤堿解氮、速效磷和速效鉀呈正相關(guān)關(guān)系。已有大量研究證明，植被生長(zhǎng)與土壤氮、磷養(yǎng)分有較高的相關(guān)性，也有學(xué)者指出，鉀對(duì)物種組成沒(méi)有影響，這與本研究結(jié)果不符。鉀是植物生長(zhǎng)需的大量元素，土壤中的速效鉀對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要作用，當(dāng)土壤中含有充足的鉀離子時(shí)，各物種均能生長(zhǎng)。而Crawley[38]等探討的則是鉀肥對(duì)牧草生長(zhǎng)的作用，如果施入大量鉀肥，鉀對(duì)植物的作用就會(huì)減小。由此可見(jiàn)，土壤養(yǎng)分含量的高低直接影響草地群落的生產(chǎn)力，土壤養(yǎng)分越豐富，群落生產(chǎn)力越高。施肥增加了土壤中的有效資源，從而導(dǎo)致群落生產(chǎn)力的增加。本研究中氮肥和微生物菌劑結(jié)合人工起壟補(bǔ)播的組合方案可最大限度地增加重度退化高寒草甸的生產(chǎn)力。

4 結(jié)論

施肥顯著增加了退化高寒草甸土壤的全氮、全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，但對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全鉀含量的影響并不顯著。施氮肥使土壤全氮和堿解氮含量增加，施微生物菌劑主要增加土壤磷含量，氮肥配施微生物菌劑對(duì)土壤養(yǎng)分含量的提升效果更顯著；施肥提高了補(bǔ)播種、雜類草生物量和地上總生物量，雜類草和補(bǔ)播種初級(jí)生產(chǎn)力在氮肥配施微生物菌劑樣地顯著增加，人工起壟也使雜類草初級(jí)生產(chǎn)力提高。綜合來(lái)看，人工起壟配合施氮肥和氮肥配施微生物菌劑對(duì)提高草地初級(jí)生產(chǎn)力效果最好。