楊沖，王春燕，王文穎，毛旭峰，周華坤，陳哲，索南吉，靳磊，馬華清

1. 青海師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810008；2. 青海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810008；3. 中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所旱區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008；4. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版）編輯部，甘肅 蘭州 730000

草地生態(tài)系統(tǒng)是中國(guó)陸地面積最大的生態(tài)系統(tǒng)，可利用面積約為3.3×108hm2，其中青藏高原高寒草地的可利用面積達(dá)1.059×108hm2，居中國(guó)各種草地類(lèi)型之首（楊銀芳，2011；扎西卓瑪?shù)龋?018）。黃河源區(qū)位于青藏高原東北部，橫跨青海、甘肅、四川三省，面積約12.2×104km2，約占黃河流域總面積的16%，植被生態(tài)系統(tǒng)以高寒草甸和高寒草原生態(tài)系統(tǒng)為主，占黃河源區(qū)總面積70%以上（胡光印等，2011；徐田偉等，2020）。黃河源區(qū)是生態(tài)系統(tǒng)最敏感和生物多樣性最集中的地區(qū)，也是中國(guó)重要的畜牧業(yè)基地和生態(tài)安全屏障，在涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)物種多樣性、維護(hù)生態(tài)平衡、發(fā)展經(jīng)濟(jì)等方面有著重要作用（Dong et al.，2009；Wang et al.，2014；尚占環(huán)等，2007）。近幾十年來(lái)由于全球氣候變化以及人類(lèi)活動(dòng)的影響，該區(qū)草地生產(chǎn)力退化加劇，形成大面積的次生裸地，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，嚴(yán)重威脅著該區(qū)的生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展（Wu et al.，2010；Li et al.，2015；王啟基等，2010）。

土壤作為一種重要的自然資源，是植物生長(zhǎng)、發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，能夠控制和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的生態(tài)過(guò)程，是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，草地退化的直接表現(xiàn)是植被和土壤的退化（李藝妝等，2020；郝愛(ài)華等，2020）。土壤營(yíng)養(yǎng)是土壤能夠供給植物生長(zhǎng)所需的各種養(yǎng)分的能力，是土壤生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，也是土壤理化性質(zhì)的綜合反映。為了保護(hù)黃河源區(qū)的生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)治理退化草地，建植人工草地是當(dāng)前黃河源區(qū)治理退化草地采取的主要措施之一（Zhu et al.，2015；孫華方等，2019）。高寒草地從原生狀態(tài)到退化狀態(tài)以及建植人工草地恢復(fù)措施下的土壤營(yíng)養(yǎng)狀況和質(zhì)量均會(huì)發(fā)生改變，土壤營(yíng)養(yǎng)狀況和質(zhì)量的改變會(huì)直接影響植物群落的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能，而不同的植物群落通過(guò)其生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)土壤水分、容重等的互饋?zhàn)饔?，又?huì)使得土壤營(yíng)養(yǎng)狀況和質(zhì)量逐漸發(fā)生變化（Wang et al.，2009；Dong et al.，2013；樊博等，2020）。本研究以青藏高原黃河源區(qū)高寒草甸、高寒草原和高寒沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)高寒草地退化與人工植被恢復(fù)對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)特征和土壤質(zhì)量的影響問(wèn)題，開(kāi)展黃河源區(qū)主要草地生態(tài)系統(tǒng)土壤營(yíng)養(yǎng)特征研究，將原生草地生態(tài)系統(tǒng)作為對(duì)照，分析草地退化對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)特征和物理特性的影響程度，并對(duì)各草地土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期全面了解青藏高原黃河源區(qū)不同類(lèi)型高寒草地的土壤營(yíng)養(yǎng)和質(zhì)量特征，系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)高寒草地的退化機(jī)理，準(zhǔn)確理解現(xiàn)有人工植被恢復(fù)措施對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)和質(zhì)量的影響程度，并為制訂青藏高原黃河源區(qū)高寒草地的可持續(xù)發(fā)展策略提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

研究地點(diǎn)位于青海省果洛藏族自治州的瑪多縣和瑪沁縣境內(nèi)（圖1），地處黃河源區(qū)，地理坐標(biāo)介于 97°54′—101°50′E，32°31′—35°40′N(xiāo) 之間，境內(nèi)平均海拔4200 m以上，是“中華水塔”的重要組成部分。一年只有冷暖兩季，沒(méi)有四季之分，冷季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 7—8個(gè)月，全年無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，年平均氣溫?4—2 ℃，年降水量235—974.6 mm，屬高寒半濕潤(rùn)和半干旱氣候區(qū)。境內(nèi)植被類(lèi)型以高寒草原、高寒草甸、高寒灌叢和沼澤草甸為主，局部地區(qū)有少量林地、耕地和人工草地分布，畜牧業(yè)為當(dāng)?shù)刂饕a(chǎn)方式，放牧家畜主要為藏綿羊（Ovis aries）和牦牛（Bos grunniens）。

圖1 研究區(qū)示意圖Figure 1 Schematic diagram of the study area

2 材料與方法

2.1 樣地設(shè)置

本研究中設(shè)置高寒草原、高寒草甸、沼澤草甸、退化高寒草原、退化高寒草甸、退化高寒草原建植人工草地（4齡）、退化高寒草甸建植人工草地（5 a）、退化高寒草甸建植人工草地（15 a）等8類(lèi)高寒草地（見(jiàn)表1）。每個(gè)草地類(lèi)型包括3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)樣地，重復(fù)樣地彼此間盡可能緊挨著（空間距離1—3 km，避免假重復(fù)），使它們有具有相近的地形、植被和土壤類(lèi)型，這樣共計(jì) 24個(gè)樣地。原生高寒草原、退化高寒草原、退化高寒草原建植人工草地（4 a）樣地在禁牧區(qū)，基本無(wú)放牧。其他樣地均為冬季牧場(chǎng)，冬季牧場(chǎng)通常在當(dāng)年10月至次年5月放牧，放牧家畜為牦牛和藏系綿羊，載畜量為0.9—1.2 sheep·hm?2。

表1 草地詳細(xì)信息Table 1 Details of sampling locations

2.2 樣品采集及處理

每個(gè)樣地用全球定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行定位，本研究包括24個(gè)樣地，每個(gè)樣地隨機(jī)取5個(gè)采樣點(diǎn)用土鉆采集土壤樣品，采樣深度為20 cm，將5個(gè)重復(fù)樣品混合成1個(gè)樣，用自封袋封裝帶回實(shí)驗(yàn)室，用孔徑2 mm土篩剔除植物根系和石礫等雜物，將篩分出來(lái)的土樣風(fēng)干后分別過(guò)1 mm和0.15 mm土篩，用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。另在每個(gè)樣地取土壤剖面，用鋁土盒和容積100 cm3環(huán)刀取樣，分別用于測(cè)定土壤含水量和容重。

2.3 分析方法

土壤營(yíng)養(yǎng)特征指標(biāo)（王啟蘭等，2011；張光茹等，2020）為：含水量、容重、pH、有機(jī)碳、全碳、可溶性有機(jī)氮、銨氮、硝氮、全氮、速效磷、全磷、速效鉀、全鉀。按照鮑士旦（2005）方法對(duì)土壤含水量、pH、容重、可溶性有機(jī)氮、銨氮、硝氮、全氮進(jìn)行測(cè)定，按照呂金林等（2017）方法對(duì)土壤全碳、有機(jī)碳進(jìn)行測(cè)定，按照魯如坤（2000）方法對(duì)土壤全磷、速效磷、全鉀、速效鉀進(jìn)行測(cè)定。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)記錄用Excel 2007完成，作圖用ArcGIS、Prism完成，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 21完成，數(shù)據(jù)方差分析前均進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，若不符合則進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換使其滿(mǎn)足正態(tài)性，利用LeveneTest檢驗(yàn)其方差齊性，用方差分析（ANOVA，LSD）比較不同處理間差異顯著性，所有檢驗(yàn)均在P=0.05水平下進(jìn)行，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差表示測(cè)定結(jié)果。主成分分析方法，（1）KMO和Bartlett球形度檢驗(yàn)，判定選取指標(biāo)是否可以進(jìn)行主成分分析，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為Sig.<0.05。（2）用標(biāo)準(zhǔn)化法消除不同指標(biāo)間由于量綱不同而造成的數(shù)量級(jí)上的差異。（3）提取特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于90%的主成分。（4）主成分特征向量與相應(yīng)指標(biāo)的乘積求和，求得主成分方程。（5）將標(biāo)準(zhǔn)化后的值代入各主成分方程得到各主成分得分，主成分得分與相應(yīng)的主成分貢獻(xiàn)率的乘積求和為綜合得分。

3 結(jié)果與分析

3.1 黃河源區(qū)高寒草地土壤營(yíng)養(yǎng)特征

黃河源區(qū)三類(lèi)原生高寒草地高寒草原、高寒草甸和沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)土壤物理和營(yíng)養(yǎng)特征見(jiàn)圖2。高寒草原、高寒草甸和沼澤草甸土壤表層（0—20 cm）容重和pH差異顯著（P<0.05），均表現(xiàn)為高寒草原>高寒草甸>沼澤草甸。土壤含水量在3個(gè)草地類(lèi)型間差異顯著（P<0.05），具體表現(xiàn)為沼澤草甸 (82.65%)>高寒草甸 (52.05%)>高寒草原(8.60%)。

圖2 不同類(lèi)型高寒草地土壤理化性質(zhì)特征Figure 2 Characteristics of soil physical and chemical properties in different types of alpine grassland

高寒草原、高寒草甸和沼澤草甸土壤全碳（TC）、有機(jī)碳（TOC）、全氮（TN）、可溶性有機(jī)氮（SON）含量差異顯著（P<0.05），均表現(xiàn)為沼澤草甸>高寒草甸>高寒草原。高寒草甸土壤表層TC、TOC、TN和SON含量?jī)H占沼澤草甸土壤的67.17%、65.19%、47.16%、44.53%，而高寒草原土壤表層TC、TOC、TN和 SON含量?jī)H占沼澤草甸土壤的15.13%、6.83%、13.50%、1.96%。土壤銨態(tài)氮含量表現(xiàn)為高寒草甸和沼澤草甸差異不顯著（P>0.05），但均顯著高于高寒草原（P<0.05），沼澤草甸的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于高寒草甸（P<0.05），高寒草原介于兩者之間。

沼澤草甸和高寒草甸的土壤全磷（TP）和速效磷（AP）含量差異均不顯著（P>0.05），但均顯著高于高寒草原（P<0.05）。土壤全鉀（TK）和速效鉀（AK）含量在高寒草原和高寒草甸之間差異不顯著（P>0.05），但均顯著高于沼澤草甸（P<0.05）。

3.2 高寒草地退化對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3.2.1 高寒草原生態(tài)系統(tǒng)退化對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由圖3可知，高寒草原退化除了導(dǎo)致土壤含水量顯著降低之外（P<0.05），對(duì)其他理化性狀及營(yíng)養(yǎng)成分含量均沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）。具體而言，退化高寒草原與高寒草原相比，土壤含水量減少了36.05%，土壤容重增加了4.6%，pH增加了0.63%，土壤有機(jī)碳和全碳含量分別減少了34.25%和9.13%，土壤氨氮、硝氮、可溶性有機(jī)氮、全氮含量分別減少了6.59%、19.28%、10.98%、15.87%，土壤速效磷和全磷含量分別減少了0.42%和3.03%，土壤速效鉀含量減少了12.91%，土壤全鉀含量增加了1.46%。

圖3 原生和退化高寒草原土壤理化性質(zhì)特征Figure 3 Physical and chemical properties of soil in native and degraded alpine grassland

3.2.2 高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)退化對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由圖4可知，高寒草甸和退化高寒草甸之間土壤容重和土壤pH差異均顯著（P<0.05），均表現(xiàn)為退化高寒草甸>高寒草甸。高寒草甸退化導(dǎo)致土壤容重和pH分別增加了15.7%和14.84%。高寒草甸和退化高寒草甸之間土壤含水量差異顯著（P<0.05），與高寒草甸相比較，退化高寒草甸土壤含水量減少了66.42%。土壤有機(jī)碳和全碳含量在高寒草甸和退化高寒草甸之間差異極顯著（P<0.01），均表現(xiàn)為高寒草甸>退化高寒草甸；高寒草甸退化導(dǎo)致土壤77.8%的有機(jī)碳和68.89%的全碳流失。土壤銨氮、可溶性有機(jī)氮、全氮含量分別在高寒草甸和退化高寒草甸之間差異顯著（P<0.05），且有著相同的變化趨勢(shì)，具體表現(xiàn)均為高寒草甸>退化高寒草甸；高寒草甸退化導(dǎo)致土壤銨氮、可溶性有機(jī)氮、全氮含量分別減少了75.56%、87.4%、33.47%。但高寒草甸退化導(dǎo)致土壤硝氮含量顯著升高（P<0.05），含量升高近3倍。高寒草甸和退化高寒草甸土壤速效磷和全磷含量差異顯著（P<0.05），均為高寒草甸>退化高寒草甸；退化高寒草甸土壤速效磷和全磷含量相當(dāng)于高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)退化導(dǎo)致45.86%的速效磷和41.27%的全磷流失。但草甸生態(tài)系統(tǒng)退化并沒(méi)有導(dǎo)致土壤全鉀和速效鉀含量顯著降低（P>0.05）。

圖4 原生和退化高寒草甸土壤理化性質(zhì)特征Figure 4 Physical and chemical properties of native and degraded alpine meadow soil

3.3 退化高寒草地建植人工植被對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3.3.1 退化高寒草原建植人工植被對(duì)土壤質(zhì)量的影響

以退化高寒草原為對(duì)照，分析退化草原人工種草后（4年）對(duì)土壤質(zhì)量的影響。由圖5可知，土壤容重和土壤pH在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異不顯著（P>0.05）。土壤含水量在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異顯著（P<0.05），人工草地土壤含水量（13.73%）顯著高于退化高寒草原（5.5%）。土壤有機(jī)碳含量在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異顯著（P<0.05），退化草地人工種草可顯著提升土壤有機(jī)碳。土壤全碳含量在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異不顯著（P>0.05）。土壤銨氮、硝氮、可溶性有機(jī)氮、全氮含量分別在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異顯著（P<0.05），均表現(xiàn)為人工草地顯著高于退化高寒草原，表明退化草原建植人工草地可顯著提高土壤氮素。土壤速效磷、全磷、全鉀含量在退化高寒草原和人工草地（4 a）之間差異不顯著（P>0.05），但土壤速效鉀含量在人工草地顯著高于退化草原（P<0.05）。

圖5 退化高寒草原建植人工草地對(duì)土壤質(zhì)量的影響Figure 5 Effects of artificial vegetation on soil quality in degraded alpine steppe

3.3.2 退化高寒草甸建植人工植被對(duì)土壤質(zhì)量的影響

以退化高寒草甸為對(duì)照，檢驗(yàn)退化草甸人工種草后5、15年對(duì)土壤質(zhì)量的影響。由圖6可知，土壤容重在退化高寒草甸和人工草地（15 a）之間差異不顯著（P>0.05），但兩者均與人工草地（5 a）差異顯著（P<0.05），具體表現(xiàn)為人工草地 (15 a)>退化高寒草甸>人工草地 (5 a)；土壤pH在退化高寒草甸和人工草地（5齡）之間差異不顯著（P>0.05），在退化高寒草甸和人工草地（15 a）之間差異顯著（P<0.05），表現(xiàn)為退化高寒草甸>人工草地 (5 a)>人工草地 (15 a)。

圖6 退化高寒草甸建植人工草地對(duì)土壤質(zhì)量的影響Figure 6 Effects of artificial vegetation on soil quality in degraded alpine meadow

土壤有機(jī)碳和全碳含量在3個(gè)草地間差異不顯著（P>0.05），表明對(duì)于退化高寒草甸而言，人工恢復(fù)植被后中短期內(nèi)土壤碳含量的恢復(fù)能力有限。盡管土壤全氮和硝態(tài)氮含量在3個(gè)草地間差異不顯著（P>0.05），但土壤可溶性有機(jī)氮和銨態(tài)氮含量在人工草地的含量顯著高于退化高寒草甸（P<0.05），提高近1倍多，表明植物的生長(zhǎng)顯著提升了土壤中的可溶性有機(jī)氮和銨態(tài)氮含量。土壤速效磷和全磷含量分別在 3個(gè)草地間差異不顯著（P>0.05）。另外，退化草地建植成人工草地可顯著提高土壤全鉀和速效鉀含量。

3.4 基于主成分分析的0—20 cm土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

3.4.1 KMO和Bartlett球形度檢驗(yàn)

KMO統(tǒng)計(jì)量的取值在0和1之間，當(dāng)所有變量間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)平方和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于偏相關(guān)系數(shù)平方和時(shí)，KMO值接近1，KMO值越接近于1，意味著變量間的相關(guān)性越強(qiáng)，原有變量越適合作因子分析；當(dāng)所有變量間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)平方和接近0時(shí)，KMO值接近0，KMO值越接近于0，意味著變量間的相關(guān)性越弱，原有變量越不適合作因子分析。Kaiser給出了常用的KMO度量標(biāo)準(zhǔn)：0.9以上表示非常適合；0.8表示適合；0.7表示一般；0.6表示不太適合；0.5以下表示極不適合。將土壤含水量、pH、容重、土壤有機(jī)碳、全碳、銨氮、硝氮、可溶性有機(jī)氮、全氮、速效磷、全磷、速效鉀、全鉀含量等13個(gè)土壤指標(biāo)經(jīng)KMO和Bartlett檢驗(yàn)，KMO值為0.831，Bartlett的球形度檢驗(yàn)的相伴概率P<0.01（極顯著水平），說(shuō)明本研究選取的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，采用主成分分析法來(lái)評(píng)價(jià)各樣地的土壤質(zhì)量狀況是可行的。

3.4.2 計(jì)算貢獻(xiàn)率和主成分提取

對(duì)主成分進(jìn)行提取時(shí)，依據(jù)主成分特征值大于1的原則（Tada et al.，2015），從表2結(jié)果共提取2個(gè)主成分，第 1主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為80.105%，第 2主成分對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為13.690%，累積貢獻(xiàn)率為93.795%，說(shuō)明這2個(gè)主成分代表了該試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)93.795%的信息。

表2 方差分解主成分提取分析Table 2 Extraction analysis of principal components by variance decomposition

3.4.3 計(jì)算綜合得分并排序

采用主成分分析法對(duì)不同高寒草地土壤質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，即利用主成分綜合得分的大小來(lái)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的高低，主成分綜合得分越大，土壤質(zhì)量越高，反之則越低（劉鑫等，2018）。由表3可知，在0—20 cm土層，土壤質(zhì)量高低排序?yàn)檎訚刹莸?高寒草甸>人工草地 (5 a)>人工草地 (15 a)>退化高寒草甸>人工草地 (4 a)>高寒草原>退化高寒草原。

表3 不同高寒草地土壤理化成分綜合得分及排序Table 3 Scores and ranking of principal components

4 討論

4.1 不同類(lèi)型高寒草地土壤營(yíng)養(yǎng)特征和質(zhì)量分析

高寒草原、高寒草甸和沼澤草甸是青藏高原 3種主要的高寒草地類(lèi)型（旦增塔慶等，2014）。本研究中，3種不同類(lèi)型高寒草地的土壤理化性狀及土壤養(yǎng)分含量存在差異。其中，高寒草原植被蓋度較低，植物根系不發(fā)達(dá)，土層較薄，土壤pH和容重較高，土壤含水量、土壤有機(jī)碳以及氮磷含量較低，土壤養(yǎng)分含量最低。高寒草甸植被蓋度較高，植物根系發(fā)達(dá)，土壤含水量較高，土壤有機(jī)碳以及土壤氮磷鉀含量較高，且在土壤表層形成腐殖層，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)換和吸收，土壤養(yǎng)分含量較高。沼澤草甸發(fā)育于過(guò)濕的環(huán)境中，位于河谷低洼處，降水較多，并且有河流經(jīng)過(guò)，土壤有機(jī)碳含量顯著高于其他高寒草地（P<0.05），可能是因?yàn)檎訚刹莸橹脖簧a(chǎn)力較高，根系發(fā)達(dá)，有機(jī)物質(zhì)輸入多，且沼澤環(huán)境具有明顯的積水和低溫特征，土壤處于缺氧狀態(tài)，有機(jī)物質(zhì)分解緩慢，土壤中存在大量未分解或半分解的有機(jī)殘?bào)w（何方杰等，2019；趙海燕等，2020），使得土壤有機(jī)碳含量較高；土壤理化性狀與土壤質(zhì)量的高低密切相關(guān)，土壤理化性狀是土壤質(zhì)量的基礎(chǔ)，本研究中土壤質(zhì)量高低排序?yàn)檎訚刹莸?高寒草甸>高寒草原，這與已有的研究結(jié)果（楊文靜等，2019）相一致。

4.2 草地退化對(duì)土壤質(zhì)量的影響

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要成分，是植物賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其理化特性決定著植物群落的類(lèi)型和生產(chǎn)力的高低，土壤退化與草地退化的關(guān)系十分密切，兩者相互作用、相互促進(jìn)（Liu et al.，2017；龍瑞軍等，2005；王文穎等，2006；曹建軍等，2018）。本研究表明，在高寒草原中，隨著草地的退化，植物稀疏植被蓋度降低，但是除了土壤含水量以外，土壤其他理化性狀在高寒草原和退化高寒草原之間差異不顯著（P>0.05），可能是因?yàn)橥寥琅c植被比較有較強(qiáng)的抗退化的能力，土壤的退化要滯后于草地植物的退化。另外退化程度、退化時(shí)間以及區(qū)域環(huán)境條件等因素也對(duì)土壤理化性狀以及土壤質(zhì)量產(chǎn)生影響（唐仲霞等，2009）。本研究中，從地上生物量和植被蓋度的下降情況來(lái)看，退化高寒草原屬于高寒草原的早期退化階段，土壤理化性狀表現(xiàn)出一定程度的退化，土壤質(zhì)量有小幅降低。在高寒草甸中，隨著草地的退化，植物稀疏植被蓋度降低，土壤 pH、容重隨草地退化呈增大趨勢(shì)，土壤含水量呈減少趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果（王長(zhǎng)庭等，2008；伍星等，2013）一致?？赡苁且?yàn)椴莸赝嘶院?，植被根系減少及其土壤失去植被保護(hù)使得細(xì)顆粒土壤成分和有機(jī)質(zhì)流失，大量砂礫石出現(xiàn)，導(dǎo)致土壤容重增大；草地退化造成植被蓋度減小，導(dǎo)致地表水分蒸發(fā)量加大，溶于地下水的可溶性鹽類(lèi)隨著毛管水上升、遷移而累積于土壤表面，使土壤堿化；草地退化使得地表植被稀疏，次生裸地面積增加，地表溫度升高，地表蒸騰作用增強(qiáng)，土壤水分蒸發(fā)增多，土壤含水量降低；除鉀含量外，草地退化也導(dǎo)致了土壤碳氮磷含量嚴(yán)重降低。本研究中，從地上生物量和植被蓋度的下降情況來(lái)看，退化高寒草甸屬于高寒草甸的極度退化階段，土壤理化性狀急劇惡化，土壤質(zhì)量嚴(yán)重降低?？傮w上，草地退化造成土壤理化性狀的下降，也導(dǎo)致了土壤質(zhì)量的降低，這與已有的研究結(jié)果（王長(zhǎng)庭等，2007；李曉琴等，2019；詹天宇等，2019；郝愛(ài)華等，2020）相一致。

4.3 退化草地上建植人工草地對(duì)土壤質(zhì)量的影響

生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，建植人工草地是對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)的一種擾動(dòng)。隨著人工草地的建植，原有的群落結(jié)構(gòu)特征、土壤理化性狀和土壤質(zhì)量等均會(huì)產(chǎn)生變化（董文斌等，2010；王普昶等，2011；張莉等，2012；孫華方等，2020）。本研究中，無(wú)論是在退化高寒草原還是退化高寒草甸上建植人工草地均顯著增加了植被蓋度和地上生物量，而植被的恢復(fù)會(huì)造成地表水分蒸發(fā)降低，導(dǎo)致土壤含水量也明顯增加；同時(shí)，土壤的pH與土壤含水量之間存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系（高海峰等，2011），以及建植人工草地的過(guò)程中，氮肥的施用也會(huì)造成土壤pH降低（唐賢等，2020），所以在退化高寒草原以及退化高寒草甸上建植人工草地均降低了土壤 pH。在退化高寒草原上建植人工草地顯著增加了土壤有機(jī)碳、銨氮、硝氮、可溶性有機(jī)氮、全氮、速效鉀含量（P<0.05），但土壤全碳、全磷、速效磷、全鉀含量沒(méi)有顯著增加（P>0.05）。總體上，在退化高寒草原上建植人工草地，改善了土壤理化性狀，提高了土壤質(zhì)量。重度退化高寒草甸上建植人工草地可顯著增加了土壤銨氮、可溶性有機(jī)氮、全鉀、速效鉀含量（P<0.05），但土壤有機(jī)碳、全碳、全氮、全磷、速效磷含量沒(méi)有顯著提高（P>0.05），這與已有的研究結(jié)果（侯憲寬等，2015；歐延升等，2019）相一致，可能是因?yàn)楦吆莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)是一個(gè)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)生嚴(yán)重退化后，盡管短期內(nèi)可有效恢復(fù)地上植被，但土壤質(zhì)量的恢復(fù)則是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程（王學(xué)霞等，2012；姚寶輝等，2019）。

4.4 高寒草地土壤質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

土壤質(zhì)量狀況數(shù)值化的綜合評(píng)價(jià)能較好地反映土壤質(zhì)量的實(shí)際情況。土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)研究已經(jīng)取得了豐碩成果，但仍沒(méi)有一個(gè)普適的、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（周天陽(yáng)等，2018），不同的研究區(qū)域、不同的評(píng)價(jià)目的和對(duì)土壤不同功能的側(cè)重決定了評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異，不同的評(píng)價(jià)方法也會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響（王華等，2009）。常用的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)方法包括土壤質(zhì)量卡片及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（王華等，2009）、土壤質(zhì)量指數(shù)法（Ditzler et al.，2002）、主成分分析法（劉江等，2020）、模糊關(guān)聯(lián)法（Xue et al.，2010）、動(dòng)態(tài)土壤質(zhì)量模型（王博文等，2006）、管理評(píng)估法（Karlen et al.，2008）等。土壤質(zhì)量受多個(gè)因素影響，且各個(gè)因素之間存在一定的相關(guān)性，致使反映土壤質(zhì)量狀況的若干指標(biāo)之間存在信息重疊（陳留美等，2008），主成分分析就是把多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，將多個(gè)影響土壤質(zhì)量的因素進(jìn)行降維分析，提取主成分，弱化變量之間的自相關(guān)引起的誤差，被廣泛應(yīng)用在土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)研究中（張子龍等，2013）。本研究通過(guò)主成分分析對(duì)青藏高原黃河源區(qū)不同的高寒草地土壤質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在參考前人研究的基礎(chǔ)上，選取的 13個(gè)土壤指標(biāo)涵蓋了土壤的主要營(yíng)養(yǎng)特征和物理性狀，且經(jīng) KMO 和 Bartlett檢驗(yàn)，KMO 值為 0.831，Bartlett的球形度檢驗(yàn)的相伴概率P<0.01，說(shuō)明本研究選取的土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，共提取2個(gè)主成分，這2個(gè)主成分代表了該試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)93.795%的信息，說(shuō)明采用主成分分析法來(lái)評(píng)價(jià)各草地的土壤質(zhì)量狀況是科學(xué)合理的。

5 結(jié)論

（1）青藏高原黃河源區(qū)不同類(lèi)型草地生態(tài)系統(tǒng)土壤營(yíng)養(yǎng)特征差異極大，沼澤草甸土壤營(yíng)養(yǎng)豐富，高寒草甸次之，高寒草原土壤營(yíng)養(yǎng)貧瘠。

（2）高寒草原植被退化對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)特征影響不顯著，高寒草甸植被退化對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)特征影響極顯著。

（3）退化高寒草原植被恢復(fù)后可顯著提升土壤有機(jī)碳、全氮和速效氮含量，而退化高寒草甸植被恢復(fù)后對(duì)土壤速效養(yǎng)分的提升作用顯著，對(duì)土壤碳氮磷總量沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響。

（4）基于主成分分析的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：土壤質(zhì)量高低排序?yàn)檎訚刹莸?高寒草甸>人工草地 (5 a)>人工草地 (15 a)>退化高寒草甸>人工草地 (4 a)>高寒草原>退化高寒草原。