喬千洛，楊文權(quán)，趙 帥，傅文慧，柴港寧，魚楊華，藺寶珺，李希來(lái)，寇建村

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院, 陜西 楊凌 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,陜西 楊凌 712100；3. 青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院, 青海 西寧 810016）

青海省木里煤田地處海拔較高、生態(tài)條件惡劣的高寒草甸區(qū)，采煤的礦坑、堆積的礦渣和煤場(chǎng)等使礦區(qū)草場(chǎng)成為一種極端裸地，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境安全[1]。由于自然條件惡劣、氣候寒冷、微生物活動(dòng)微弱，土壤形成和植被生長(zhǎng)均存在很大困難，致使高寒礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)不可能短期恢復(fù)或很難恢復(fù)到原有的自然狀態(tài)[2-3]。而建植人工植被可通過(guò)加速礦區(qū)土壤熟化過(guò)程，增加土壤有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高保水、固土、保肥能力等，進(jìn)而加快礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)[4-5]。因此，通過(guò)人工種草重建礦山廢棄地植物群落，是礦區(qū)植被的有效措施之一[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)礦區(qū)渣山植被恢復(fù)重建的研究多集中在低海拔地區(qū)，主要采用客土改良土壤作為種草基質(zhì)[7]，而對(duì)高寒礦區(qū)植被恢復(fù)的研究很少[1-3]。一般高寒礦區(qū)地處偏遠(yuǎn)、土源缺乏，從外地運(yùn)土成本較大，因而渣土經(jīng)簡(jiǎn)單改良后直接種草是最方便實(shí)用的礦區(qū)植被恢復(fù)方法[2,8]。雖然礦渣中有機(jī)碳含量較高，但由于其難轉(zhuǎn)化成植物可利用養(yǎng)分，造成植物很難從礦渣中獲得滿足其穩(wěn)定生長(zhǎng)的養(yǎng)分，渣土直接種植植物生長(zhǎng)受限[1,9]。因此，探究適宜種草基質(zhì)，對(duì)高寒礦區(qū)植被可持續(xù)恢復(fù)具有重要意義。

渣土添加有機(jī)肥作為種草基質(zhì)是高寒礦區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。研究表明，有機(jī)肥不僅能為微生物提供足夠底物，加速土壤有機(jī)碳礦化及有機(jī)物料腐解，改善土壤理化狀況及生物特性；還可增強(qiáng)土壤的保肥、供肥和緩沖能力，為植物提供長(zhǎng)效肥力[10]。因此，在礦區(qū)種草時(shí)，施用有機(jī)肥是改善渣土養(yǎng)分供應(yīng)和土壤質(zhì)量的重要途徑，也可起到改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)礦區(qū)真正土壤基質(zhì)的形成。在木里礦區(qū)周邊，羊板糞作為重要有機(jī)肥源，資源豐富、價(jià)格便宜，用來(lái)改良渣土經(jīng)濟(jì)實(shí)惠[8]；同時(shí)，商品有機(jī)肥經(jīng)充分熟化，養(yǎng)分更全面，在改善渣土結(jié)構(gòu)和肥力方面也具有重要作用。但關(guān)于渣土種草、渣土 + 羊板糞/顆粒有機(jī)肥、渣土 + 羊板糞 + 顆粒有機(jī)肥作為種草基質(zhì)的比較研究尚無(wú)報(bào)道。本研究以木里礦區(qū)草地為對(duì)象，通過(guò)定量分析渣土基質(zhì)種植不同年限及渣土中添加羊板糞、顆粒有機(jī)肥的植被和土壤恢復(fù)效果，探究適宜高寒礦區(qū)植被恢復(fù)的種草基質(zhì)，為高寒礦區(qū)的植被恢復(fù)提供實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于青藏高原東北端的祁連山中段南部地區(qū)的青海木里江倉(cāng)礦區(qū)， 99°27′～99°35′ E，38°02′～38°03′ N。該地區(qū)年最高氣溫為19.8 ℃，最低氣溫可達(dá)-36 ℃，年平均氣溫-5.1～-4.2 ℃。年平均降水量約500 mm，蒸發(fā)量1 418 mm，降水主要集中在7 月-9 月，降雪集中在1 月-5 月。礦區(qū)四季多風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，冬季盛行西北風(fēng)，年平均大風(fēng)日數(shù)30 d。海拔3 800～4 000 m，周邊主要草地類型為高寒沼澤濕地和高寒草甸，屬于多年凍土區(qū)，優(yōu)勢(shì)種為藏嵩草(Koeleria tibetica)、青藏薹草(Carexmoorcroftii)等。由于長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模的煤礦開采，高寒草甸和濕地遭到嚴(yán)重破壞，造成生態(tài)系統(tǒng)失衡、地下水污染等環(huán)境問(wèn)題，也對(duì)當(dāng)?shù)啬撩竦纳a(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)地包括5 個(gè)種草1 年的試驗(yàn)處理(ZC11-平地渣土、ZC12-平地羊板糞、ZC13-有機(jī)肥、ZC14-坡地羊板糞 + 有機(jī)肥、ZC15-平地羊板糞 + 有機(jī)肥)及4 個(gè)渣土直接種草后第6 年的試驗(yàn)處理(BP61-路邊陡坡地、BP62-路邊緩坡地、ZC61-平地、ZC62-平地追氮肥) (表1)和兩個(gè)天然草地(TR1 高寒草甸、TR2 高寒濕地，均為平地)。草種均為同德短芒披堿草(Elymus breviaristatus‘Tongde’)、同 德 小 花 堿 茅(Puccinellia tenuiflora‘Tongde’)、 青 海 中 華 羊 茅(Festuca sinensis‘Qinghai’ )、青海冷地早熟禾(Poa crymophila‘Qinghai’)、青海草地早熟禾(P. pratensis‘Qinghai’)，播種量混合比例(重量比)為1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1，坡地草種播種量240 kg·hm-2，平地草種播種量202.5 kg·hm-2。各試驗(yàn)地播種方法如表1 所列。另外，ZC62 在2019 年至2021 年的每年7 月施尿素一次，用量22.4 g·hm-2。ZC11、ZC12、ZC13 和ZC62 小區(qū)面積4 m × 5 m，3 次重復(fù)；其余處理均在礦區(qū)大面積恢復(fù)區(qū)(恢復(fù)區(qū)采用的種草技術(shù)和方法由高原生態(tài)修復(fù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供)取樣。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1植物樣品

在2021 年8 月中旬，測(cè)定植物群落相關(guān)指標(biāo)，高度為草層高度，重復(fù)20 次；每小區(qū)用樣方法(1 m ×1 m)測(cè)定植物蓋度、密度、生物量，3 次重復(fù)；大面積恢復(fù)區(qū)處理樣方重復(fù)6 次取樣；將樣方內(nèi)的植物齊地面刈割，帶回實(shí)驗(yàn)室，65 ℃烘干，測(cè)地上生物量。

1.3.2土壤樣品

2021 年8 月中旬，用土鉆采集樣方內(nèi) 0-15 cm的土壤樣本，每個(gè)測(cè)定植物群落的樣方周圍，根據(jù)植物生長(zhǎng)均勻度情況，隨機(jī)取9～12 鉆混為一個(gè)土樣，陰干，用于測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。對(duì)應(yīng)植物群落調(diào)查，每小區(qū)3 個(gè)混合土樣，其余大面積恢復(fù)區(qū)處理，6 個(gè)混合土樣。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法；全氮采用濃硫酸消煮-蒸餾法測(cè)定；NH4+-N 和NO3--N 采用1 mol·L-1KCl 浸提，連續(xù)流動(dòng)注射分析儀測(cè)定；全磷采用HClO4-H2SO4消煮后，分光光度法測(cè)定；全鉀采用HF-HClO4消煮后，火焰光度法測(cè)定；速效磷采用NaHCO3浸提后，分光光度法測(cè)定；速效鉀采用NH4OAc 浸提后，火焰光度法測(cè)定；用酸度計(jì)測(cè)定pH[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 處理數(shù)據(jù)，SPSS 22.0 進(jìn)行 oneway ANOVA 方差分析、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種草基質(zhì)的植物群落結(jié)構(gòu)特征

種草第1 年各處理優(yōu)勢(shì)草種均為當(dāng)年播種的草種(表2)，施用羊板糞的處理中偶有灰綠藜(Chenopodium glaucum)出現(xiàn)；種草第6 年樣地除了優(yōu)勢(shì)植物短芒披堿草、草地早熟禾外，還出現(xiàn)了甘肅馬先蒿(Pedicularis kansuensis)，但植物種類遠(yuǎn)低于高寒草甸的，高寒濕地植物種類主要為青藏薹草(Carex moorcroftii)和雙柱頭藨草(Scirpus distigmaticus)。

表2 不同種草處理的植物種類和生物結(jié)皮蓋度Table 2 Plant species, soil biological crust species, and coverage of grass-planting treatments

種草第1 年各樣地均未出現(xiàn)生物結(jié)皮；種草第6 年除了路邊陡坡地外，均有結(jié)皮生物發(fā)育，尤其是路邊緩坡地生物結(jié)皮蓋度高達(dá)25% (表2)。

種草第1 年處理除渣土直接種草處理外，其余處理草的蓋度均在80%以上；種草第6 年處理中，追肥處理蓋度最高達(dá)88%，其余處理低于20%，且BP61 顯著低于 ZC61、BP62 (P＜ 0.05)。高寒草甸蓋度為70%，高寒濕地蓋度為90% (表3)。

種草第1 年處理草層高度均低于種草第6 年。種草第1 年處理中，渣土直接種草的處理植物草層高度最小，顯著低于(P＜ 0.05)除ZC14 外添加羊板糞和有機(jī)肥的各處理，同時(shí)，羊板糞加有機(jī)肥處理中平地植物又高于坡地，施用有機(jī)肥處理低于羊板糞處理；種草第6 年處理中，追肥處理植物高度最高，為53.8 cm，顯著高于(P＜ 0.05)其余處理；高寒草甸和高寒濕地草層高度分別為20.3、30.2 cm (表3)。

種草第1 年處理和高寒濕地植株密度均較高。種草第1 年，渣土直接種草的處理密度為0.655 萬(wàn)株·m-2，羊板糞、有機(jī)肥施用的處理植株密度均在1 萬(wàn)株·m-2以上；種草第6 年處理植株密度大幅降低，但追肥后植物密度提高，為0.132 萬(wàn)株·m-2，路邊陡邊坡處理密度約0.003 萬(wàn)株·m-2，其余兩個(gè)處理在0.02 萬(wàn)株·m-2左右(表3)。

種草第1 年處理中，添加有機(jī)肥、羊板糞的植物生物量均較高，渣土直接種草處理生物量顯著低于(P＜ 0.05)各處理；種草第6 年處理中，追肥處理生物量最高，為395.1 g·m-2， ZC61、BP62 約120 g·m-2，顯著高于BP61 (P＜ 0.05)；高寒草甸和高寒濕地植物生物量分別為257.0、189.9 g·m-2(表3)。

表3 植物群落特征Table 3 Vegetation characteristics of individual plots

2.2 不同種草基質(zhì)土壤pH 及養(yǎng)分含量

所有處理中，除了路邊緩坡地外，土壤pH 均偏堿性。高寒草甸pH 為8.76，高寒濕地為7.60。種草第1 年各處理中，ZC11 土壤pH 最低，顯著低于其余處理(P＜ 0.05)；BP62 最低，和所有處理差異顯著。換言之，種草第1 年，無(wú)論單施還是同時(shí)施用羊板糞和顆粒有機(jī)肥均使土壤pH 顯著升高；渣土種草第6 年處理中，除緩坡地種草處理外，其余各處理pH 均升高(圖1A)。

煤礦區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高，除BP61 外，各處理均大于80 g·kg-1。TR1、TR2 、BP62 土壤有機(jī)質(zhì)含量很高(＞ 149 g·kg-1)，顯著高于除ZC15 外的所有處理；種草第1 年各處理中土壤有機(jī)質(zhì)含量ZC15、ZC14、ZC12、ZC13 顯著高于 ZC11 (P＜ 0.05)。說(shuō)明種草第1 年在渣土中添加顆粒有機(jī)肥、羊板糞，可以使土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加；除了路邊陡坡地外，渣土隨種草年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加(圖1B)。

ZC14、ZC15 處理土壤全氮含量顯著高于其他處理，ZC11 全氮含量最低，且和其他各處理差異顯著；種草第6 年各處理中，全氮含量BP62 顯著高于各處理(P＜ 0.05)， ZC61 顯著高于BP61 (P＜ 0.05)，除BP62 外，各處理均顯著低于(P＜ 0.05)高寒草甸、高寒濕地全氮含量(圖1C)。說(shuō)明種草第1 年在渣土中添加有機(jī)肥、羊板糞，可以提高土壤全氮含量；渣土隨種草年限的增加，土壤全氮含量增加，而陡坡地增加幅度較小。

圖1 不同處理土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全量和速效養(yǎng)分含量Figure 1 Soil pH, organic matter, total and available nutrients of the treatments

TR1、ZC61 全磷含量最低，約0.20 g·kg-1，遠(yuǎn)低于其余處理；種草第1 年各處理中，ZC11 全磷含量最低，與各處理差異顯著；ZC12、ZC13、ZC14、TR2全磷含量居中，相互間差異不顯著(P＞ 0.05)；ZC15、BP61、BP62、ZC62 全磷含量顯著高于其余處理(圖1D)。說(shuō)明渣土中添加羊板糞、顆粒有機(jī)肥可使土壤全磷含量顯著升高，兩者同時(shí)施用效果更明顯；種草第6 年各處理邊坡地和平地追肥處理，土壤全磷含量高；平地渣土種草第6 年全磷含量較低，接近天然高寒草甸全磷含量。

TR1、BP62 土壤全鉀含量最低，兩處理無(wú)顯著差異(P＞ 0.05)，但均顯著低于其余各處理(P＜0.05)；TR2 全鉀含量居中，和多數(shù)處理差異顯著；種草處理中，BP62 全鉀含量最低，顯著低于其余各處理，其余處理全鉀含量無(wú)顯著差異。說(shuō)明除了緩坡地種草第6 年處理外，其余各處理全鉀含量均顯著高于天然高寒草甸和高寒濕地；在種草第1 年各處理中，渣土中添加有機(jī)肥、羊板糞對(duì)土壤中全鉀含量無(wú)影響；緩坡地種草后第6 年，與周圍高寒草甸土壤全鉀含量無(wú)顯著差異(圖1E)。

所有處理中，BP62 速效氮含量最高(19.4 mg·kg-1)，遠(yuǎn)高于其余各處理。在種草第1 年各處理中，速效氮含量ZC14 ＞ ZC15 ＞ ZC12、ZC13 ＞ ZC11，差異顯著(P＜ 0.05)；種草第6 年各處理間速效氮含量BP62 ＞ZC62 ＞ BP61、ZC61，差異顯著(P＜ 0.05)；天然草地TR1 和TR2 速效氮含量較低，與種草第1 年的ZC12、ZC13 間無(wú)顯著差異(圖1F)。說(shuō)明在種草第1 年，渣土中添加有機(jī)肥、羊板糞可顯著提高土壤中速效氮含量，同時(shí)施用效果更好；陡坡地和平地種草后第6 年，與周圍高寒草甸土壤速效氮含量無(wú)顯著差異；平地種草后追施氮肥使土壤速效氮含量增加。

ZC62 速效磷含量最高(56.7 mg·kg-1)，遠(yuǎn)高于其余處理。在種草第1 年各處理速效磷含量ZC15 最高，顯著高于其余處理(P＜ 0.05)， ZC12、ZC13 和ZC14 之間差異不顯著(P＞ 0.05)，但顯著高于ZC11(P＜ 0.05)；種草第6 年各處理間速效磷含量差異達(dá)顯著水平(P＜ 0.05)，呈ZC62 ＞ BP61 ＞ BP62 ＞ ZC61；天然草地TR1 和TR2 速效磷含量較低，分別為2.4 和1.8 mg·kg-1(圖1G)。說(shuō)明在種草第1 年，渣土添加有機(jī)肥、羊板糞種草較渣土直接種草處理速效磷含量高；種草第6 年，陡坡地土壤速效磷含量高，緩坡地和平地速效磷含量低，而平地種草后追施氮肥會(huì)使土壤速效磷含量大幅增加。

速效鉀含量以ZC15 最高(736.2 mg·kg-1)，顯著高于其余各處理(P＜ 0.05)。在種草第1 年處理中，速效鉀含量ZC15 ＞ ZC14 ＞ ZC12 ＞ ZC13 ＞ ZC11，各處理間差異顯著(P＜ 0.05)；種草第6 年各處理間速效 鉀 含 量 差 異 顯 著(P＜ 0.05)，呈ZC62 ＞ BP62 ＞BP61 ＞ ZC61；天然草地TR1 和TR2 速效鉀含量分別 為68.2 和129.3 mg·kg-1(圖1H)。說(shuō) 明 在 種 草 第1 年，渣土添加顆粒有機(jī)肥、羊板糞較渣土直接種草處理速效鉀含量大幅提高，兩者同時(shí)施用效果更好；種草第6 年，陡坡地較緩坡地土壤速效鉀含量低，平地種草追施氮肥使土壤速效鉀含量大幅增加。

2.3 植物群落特征和土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)性

植物群落特征和土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)性分析(表4)表明，土壤全氮、速效鉀含量分別與植物密度、地上生物量顯著正相關(guān)(P＜ 0.05)，而其他指標(biāo)之間無(wú)顯著相關(guān)性(P＞ 0.05)。

表4 植物群落特征和土壤肥力指標(biāo)的相關(guān)性Table 4 Correlation between plant community characteristics and soil fertility index

3 討論

3.1 渣土種草對(duì)礦區(qū)植被恢復(fù)的影響

本研究表明，渣土直接種草第1 年植物蓋度為50%，而在渣土直接種草第6 年，植物蓋度下降至20%以下，植物密度和生物量也都大幅下降。這是因?yàn)楦吆V區(qū)渣土可供給植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分缺乏，土壤中雖然有機(jī)物質(zhì)含量較高[12]，但是由于氣溫低、微生物活動(dòng)弱，有機(jī)物質(zhì)礦化速度慢，速效養(yǎng)分含量低[3,13]，隨著種草年限的增加，人工建植的植物群落，由于養(yǎng)分不足，退化嚴(yán)重[14]。但值得注意的是植株高度增加，究其原因，第1 年草的生長(zhǎng)時(shí)間較短(7 月初發(fā)芽，8 月中旬測(cè)量時(shí)只生長(zhǎng)了1 個(gè)半月)，植株低矮，沒(méi)有形成生殖枝，而在種草多年后，植物形成較多的生殖枝，這也是雖然植物群落蓋度急劇下降，但生物量下降幅度相對(duì)較慢的重要原因。在平地渣土上直接種草第1 年和第6 年相比，隨著種草年限的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量增加，這可能是因?yàn)樵练N草后，植物根系分泌物、枯落物輸入土壤，增加了有機(jī)質(zhì)和全氮含量[15]，但速效養(yǎng)分并沒(méi)有得到改善，導(dǎo)致了植物群落嚴(yán)重退化。

本研究表明，高寒礦區(qū)種草后，土壤全氮、速效鉀含量分別與植物密度、地上生物量顯著正相關(guān)，而其他指標(biāo)間均無(wú)顯著差異。而金立群等[9]研究表明，速效氮與植物生物量、高度、蓋度，土壤有機(jī)質(zhì)含量與生物量均顯著正相關(guān)。這可能和本研究中大部分試驗(yàn)處理為種草第1 年，種草基質(zhì)中添加了較多的有機(jī)質(zhì)(如顆粒有機(jī)肥、羊板糞)，以及播種時(shí)種肥(牧草專用肥)的加入，影響了土壤指標(biāo)與指標(biāo)植被之間的真實(shí)相關(guān)性。

隨著種草時(shí)間的推移，人工種植的植物群落發(fā)生退化，甘肅馬先蒿、生物結(jié)皮出現(xiàn)。甘肅馬先蒿是玄參科一年或二年生草本植物，具有強(qiáng)大的種子繁殖能力和集群分布形式，是高寒地區(qū)栽培草地退化出現(xiàn)的先鋒植物[16]。生物結(jié)皮由土壤中的真菌、細(xì)菌、藻類和苔蘚等將土壤顆粒與細(xì)絲或根狀結(jié)構(gòu)纏繞在一起，與多糖滲出物粘合，形成固結(jié)的表面結(jié)皮，可穩(wěn)定土壤免受侵蝕[17]。生物結(jié)皮后可改善土壤條件，影響土壤水文、生物化學(xué)(碳和氮固定)、養(yǎng)分循環(huán)、理化性質(zhì)、維管植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)過(guò)程，有利于生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育和養(yǎng)分循環(huán)，可為植物的恢復(fù)和存活提供良好條件[18]。本研究中，緩坡地種草第6 年的樣地中生物結(jié)皮蓋度高達(dá)25%，可能也是該樣地中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮、速效鉀含量顯著(P＜ 0.05)高于平地種草第6 年樣地的重要原因；另外，種草6 年平地樣地中也有生物結(jié)皮明顯發(fā)育，也說(shuō)明生物結(jié)皮是高寒礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要過(guò)程，應(yīng)重視其在土壤修復(fù)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中發(fā)揮的重要作用[9]。

3.2 坡度對(duì)礦區(qū)植被恢復(fù)的影響

陡坡地種草植物群落退化嚴(yán)重，土壤肥力低，沒(méi)有生物結(jié)皮出現(xiàn)，植物生長(zhǎng)的表層基質(zhì)穩(wěn)定性很差；而緩坡地則相反，隨著種草年限增加，土壤肥力增加，甚至高于平地，地衣、苔蘚等蓋度達(dá)25%，加上其他植物15%的蓋度，植物群落整體蓋度高達(dá)40%，植物生長(zhǎng)環(huán)境表層穩(wěn)定性大大提高。因?yàn)榈V區(qū)種草植物群落的穩(wěn)定性與種草的地勢(shì)密切相關(guān)，坡度太大，種床穩(wěn)定性差，加上礦區(qū)風(fēng)大、降水量較集中，土壤侵蝕嚴(yán)重[12]，土壤肥力有限，植物群落快速退化[19]。本研究中為了減少坡面侵蝕對(duì)植物群落的影響，在建植栽培草地群落時(shí)，坡面上每隔一定距離設(shè)排水溝；同時(shí)，加大顆粒有機(jī)肥和種子的用量，即較平地多施用了顆粒有機(jī)肥3 750 kg·hm-2，多播種子37.5 kg·hm-2。即使這樣，坡地的植物生長(zhǎng)情況、土壤肥力仍和平地持平或較差。

值得注意的是，本研究中緩坡地處理植物群落和土壤肥力優(yōu)勢(shì)明顯，甚至優(yōu)于平地種草處理。究其原因，第一，可能是在廢棄渣土塑形，準(zhǔn)備種草的過(guò)程中，形成的此緩坡養(yǎng)分條件較好；第二，此路邊坡的上方是大面積被平整后種草的區(qū)域，在江倉(cāng)經(jīng)常下雨造成水土流失[1]，此坡地形剛好是平地地表水流過(guò)的地方，因此，在降雨過(guò)程中，從平地雨水沖刷帶來(lái)的土質(zhì)較細(xì)渣土、速效養(yǎng)分等在此緩坡滯留；第三，蓋度高達(dá)25%的生物結(jié)皮在土壤養(yǎng)分供應(yīng)和保持方面起到了重要作用。

3.3 肥料類型對(duì)礦區(qū)植被恢復(fù)的影響

種草第1 年渣土添加顆粒有機(jī)肥和羊板糞，各處理pH 升高。這是因?yàn)橛袡C(jī)肥添加可顯著提高氮的利用率，從而降低土壤 NO3-含量，增加土壤 pH。有機(jī)碳也是調(diào)控土壤 pH 的關(guān)鍵因子，添加有機(jī)肥后有機(jī)碳的有效性增加，刺激了還原性硝酸鹽的反硝化過(guò)程及有機(jī)質(zhì)中高堿度灰分的中和作用，這均使土壤 pH 增加[20]。

施用顆粒有機(jī)肥、羊板糞均使基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效氮磷鉀含量提高，植物高度、密度、生物量、蓋度均大幅度提高。因?yàn)橛袡C(jī)肥添加可增加土壤微生物的可利用碳源，促進(jìn)它們的新陳代謝和繁殖，從而促進(jìn)土壤酶活性的增加，可顯著提高土壤 β-1,4-葡萄糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基態(tài)酶等碳氮轉(zhuǎn)移酶活性，從而提高土壤碳、氮養(yǎng)分利用率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[10]；施用有機(jī)肥有助于改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的保水、保肥能力，改善土壤的理化性質(zhì)，為土壤微生物和動(dòng)物群體的生長(zhǎng)提供了更好的環(huán)境，進(jìn)而加速了它們對(duì)有機(jī)物的分解[21]，而有機(jī)肥中的有機(jī)物礦化過(guò)程緩慢，損失小，容易在土壤中存留，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量[10]。

有機(jī)肥的施用量和效果與施用方式密切相關(guān)。通常單獨(dú)施用與本研究相同量的羊板糞或顆粒有機(jī)肥即可取得很好的效果[10]，兩種有機(jī)肥同時(shí)施用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)?前期青海大學(xué)試驗(yàn)地預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明)。但是在本研究所在的江倉(cāng)礦區(qū)，無(wú)論是單獨(dú)施用，還是和顆粒有機(jī)肥一起配施，都促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)，尤其是羊板糞和顆粒有機(jī)肥一起施用對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)和改善土壤肥力方面優(yōu)勢(shì)明顯。這可能與礦渣不是真正意義上的土壤，微生物數(shù)量有限[22]，加上氣候寒冷、微生物活動(dòng)微弱、養(yǎng)分釋放緩慢有關(guān)[13]，具體原因還需進(jìn)一步研究。這也說(shuō)明為了延緩人工建植植物群落的退化，盡快促進(jìn)真正土壤的發(fā)育和形成，施用雙有機(jī)肥是構(gòu)建高寒礦區(qū)種草基質(zhì)行之有效的方法，可為植物群落提供相對(duì)穩(wěn)定的養(yǎng)分，2021 年使用該方法也成功修復(fù)了近3 萬(wàn)hm2木里礦區(qū)。

此外，本研究中，施用尿素提高土壤氮素養(yǎng)分含量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。這是因?yàn)椋旱谝?，尿素能在水中解離出正負(fù)離子的鹽，如碳酸氫銨、碳酸銨、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等，可提供植物吸收的速效氮養(yǎng)分，促進(jìn)植物細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)，加快植物生長(zhǎng)發(fā)育，也在一定程度上促進(jìn)根系代謝，增加根系分泌物，促使微生物繁殖[23]；第二，土壤微生物活動(dòng)需要一定的碳氮比[13]，礦區(qū)渣土直接種草其基質(zhì)中有機(jī)碳含量較高[12]，而氮素的加入改善了植物生長(zhǎng)環(huán)境中的碳氮比，更有利于微生物的活動(dòng)，加快土壤有機(jī)物質(zhì)的礦化，改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)[24]；第三，施氮增加了地上植物生物量，使土壤有機(jī)碳的輸入量增加，可補(bǔ)償由施氮引起的地下碳礦化引起的土壤有機(jī)質(zhì)減少, 最終表現(xiàn)為使土壤有機(jī)質(zhì)增加[25]。在本研究中，平地渣土直接種草，每年追施一次尿素處理土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量均高于不追肥樣地，可為植物提供更多速效養(yǎng)分，從而增加了植物群落蓋度、高度、密度和生物量，而渣土直接種草植物群落退化嚴(yán)重。因此，在木里礦區(qū)渣土含有一定的有機(jī)碳而礦化速度慢的情況下，適當(dāng)添加氮肥可能會(huì)促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)礦化，有利于人工建植植被的穩(wěn)定和土壤肥力的提高。

4 結(jié)論

渣土 + 顆粒有機(jī)肥/羊板糞種草，可提高礦區(qū)土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)礦區(qū)植物群落生長(zhǎng)；顆粒有機(jī)肥和羊板糞同施效果優(yōu)于單施；雖然種草可改善渣土性質(zhì)，但隨種草年限增加，渣土直接種草群落逐漸退化；追肥、羊板糞和顆粒有機(jī)肥，可改善種草基質(zhì)肥力狀況，提高植被恢復(fù)效果；種草前將渣山改造成較低坡地，可明顯提高礦區(qū)植被恢復(fù)效果。渣土/渣山塑形(坡度 ＜ 30°) + 有機(jī)肥/羊板糞，是研究區(qū)較適宜的植被恢復(fù)基質(zhì)。