补播对天祝高寒退化草地植被和土壤理化性质的影响

姬万忠，王庆华

(甘肃省天祝县草原工作站，甘肃 天祝 733200)

补播对天祝高寒退化草地植被和土壤理化性质的影响

姬万忠，王庆华

(甘肃省天祝县草原工作站，甘肃 天祝 733200)

摘要：为了探究补播对高寒退化草地植被组成以及土壤理化性质的影响，于2007―2009年在甘肃省天祝县开展了退化草地补播垂穗披碱草(Elymus nutans)+无芒雀麦(Bromus inermis)+中华羊茅(Festuca sinensis)改良治理退化草地的研究。结果表明，补播有效增加了禾草类和莎草类植被，提高了退化草地地上和地下生物量。补播后第3年，土壤表层物理性状、养分以及微生物生物量与不补播相比，具有明显优势。土壤表层0-40 cm，土壤容重降低、孔隙度变大、含水量提高，土壤养分和微生物生物量C、N含量升高，退化草地得到了有效治理。

关键词：退化草地；补播；土壤理化性质；微生物生物量

天祝藏族自治县是甘肃省九大牧业县之一[1]，位于甘肃省中部，祁连山东端，地处青藏高原、内蒙古高原、黄土高原三大高原交汇地带，属青藏高原区[2]。全县草原面积41.412 6万hm2，可利用草地面积39.14万hm2，拥有温性草原8.403 4万hm2，温性荒漠化草原5.858 5 万hm2，高寒草甸9.796 4万hm2，高寒灌丛草甸11.605 1万hm2，低平地草甸5.748 9万hm2[3]。近年来由于受气候变化和人类活动的影响，全县近60%的草原出现了退化，而且草原退化面积仍以每年3.48%的速度逐年扩大[4]。草地群落多样性减少，生态系统稳定性降低，生产力不断下降，严重影响了当地农牧民的生产生活和畜牧业的发展。因此，退化草地急需有效治理。

大量有关退化草地改良治理的研究证明，对退化草地进行补播处理是简单易行、投资少、见效快的改良途径，在增加草层的植被种类成分、草地的覆盖度和提高草层的产量和品质方面效果明显[5-9]，但关于补播对草地土壤理化性状的影响研究报道较少[10-11]。退化草地补播后，草地的植被变化、草地土壤养分、微生物的变化，以及彼此间的相关性，尚不明确。为此，本研究以天祝县抓喜秀龙乡的高寒退化草地为研究对象，分析了补播后连续3年的草地植被特征，以及第3年的土壤养分和微生物的变化，以期为研究退化草地的恢复机理提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验区位于甘肃省天祝县抓喜秀龙乡的退化草原，地理位置37°11′ N，102°48′ E，海拔约2 871 m，属大陆性冷温半干旱气候，年平均气温-0.1 ℃，最冷月(1月)平均气温-11.8 ℃，最热月(7月)平均气温23.6 ℃，极端低温-29.1 ℃，≥0 ℃年积温1 380 ℃·d左右，年日照时数2 663 h，降水量370 mm，年蒸发量1 592 mm，无绝对无霜期。亚高山草甸土壤类型，以禾本科的针茅属(Stipa)、披碱草属(Elymus) 和早熟禾属(Poa)的一些种，莎草科的嵩草属(Kobresia)、棘豆(Oxytropis)、狼毒(Stellerachamaejasme)及醉马草(Achnatheruminebrians)等毒杂草为主的植被类型，并伴有其它杂类草[12]。

1.2试验设计

2007年对退化草地进行围栏封育，5月10日进行补播，补播草种组合为垂穗披碱草(Elymusnutans)+无芒雀麦(Bromusinermis)+中华羊茅(Festucasinensis)[12]，草种比例2∶1∶2，播量为5.0 g·m-2，对照为不补播。

1.3试验调查内容及方法

2007―2009年的每年8月中旬，于补播样地按蛇形法随机取样，取样面积0.5 m×0.5 m，重复9次，将样方内的各类草齐地剪下后，按莎草类、禾草类和杂草类进行分离，分别装袋，带回实验室烘箱杀青，然后烘干至恒重后称干重，测定地上生物量[12]。刈割后，每个样方用根钻(直径为6 cm)随机取0-40 cm土层土样3钻、混合，过1 mm筛后，将筛上残留的根系和土壤混合物用水洗法将根分离出，烘干至恒重并称重，作为地下生物量。同时，在刈割后的样地，用根钻随机分别取0-40 cm土层土样6钻，以20 cm为一层，分两层(10-20和20-40 cm)，同一土层土样混合后一部分风干过筛，用于测定土壤养分含量，另一部分放入便携式冰盒中带回实验室放入4 ℃冰箱保存，用于测定土壤微生物生物量C和N。

1.4测定内容及方法

采用烘干法测定土壤水分；采用环刀法测定土壤容重、孔隙度；土壤有机质(SOC)、全氮(Total N)、全磷(Total P)、速效氮(Available N)、速效磷(Available P)和速效钾(Available K)测定方法参照鲍士旦[13]。土壤微生物生物量C和生物量N采用氯仿熏蒸提取法[14]。

1.5数据处理

用Excel软件进行原始数据整理，用DPS软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1补播对草地植被特征的影响

补播可以明显改善退化草地地上和地下生物量(图1)。就地上和地下生物量而言，补播各处理随着年限增加均呈递增趋势。补播第3年较第1年，地上生物量增加了144.79%，地下生物量增加了165.98%。就各植物类群而言，各处理随着年限增加，禾草类、莎草类植被明显增加。

补播处理与对照相比，补播当年，除莎草类生物量差异不显著(P>0.05)，其余各植物类群地上生物量和地下总生物量差异显著(P<0.05)。补播第2年，禾草类、莎草类和地下生物量补播处理与对照间均差异显著，但杂草类两者生物量两者差异不显著；补播第3年，禾草类和地下生物量补播处理与对照间均差异显著，但杂草类和莎草类生物量两者间不显著。

2.2补播对草地土壤理化性状的影响

补播后第3年，0-20 cm和20-40 cm的土层内，补播处理的土壤水分和孔隙度均显著大于对照(P<0.05)(表1)，退化草地经过补播改良后，土壤的保水性能得到明显改善，土壤由紧实变得疏松。补播改良第3年，在0-20 cm土层，补播处理土壤含水量可达17.86%，较对照提高了39.75%；土壤容重为1.61 g·cm-3，较对照降低了11.05%；土壤孔隙度为39.40%，较对照提高了13.22%。在20-40 cm土层, 补播处理土壤含水量可达20.67%，较对照提高了42.65%；土壤容重为1.76 g·cm-3，较对照降低了7.85%；土壤孔隙度为36.5%，较对照提高了10.27%。

图1　不同年份补播草地地上与地下生物量

注：不同小写字母表示同一年同一类植物生物量补播与对照间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lower case letters for the same type plant within the same year mean significant difference between over-seeding and CK at 0.05 level.

表1　补播对退化草地土壤理化性状的影响

注：同行不同小写字母表示补播和对照间差异显著(P<0.05)。下表同。

Note：Different lower case letters within the same row mean significant difference between over-seeding and CK at 0.05 level.The same below.

2.3补播对草地土壤养分的影响

补播后第3年测得的0-20和20-40 cm土层的有机质、全氮、全磷、速效N、速效P、速效K，除20-40 cm土层有机质与对照无显著差异(P>0.05)外，其它指标补播均显著高于对照。0-20 cm土层，补播处理与对照相比，有机质增加了45.21%，全氮增加了185.00%，全磷增加了26.32%，速效氮、磷、钾分别增加了82.99%、192.96%和16.80%。20-40 cm土层，补播处理与对照相比，有机质增加了1.03%，全氮增加了115.38%，全磷增加了160.00%，速效氮、磷、钾分别增加了12.86%、134.38%和46.09%。由此表明，退化草地经过补播禾草后，可以促进土壤有机质、氮、磷、钾全量和速效养分的积累，提高草地生产力。

表2　补播对退化草地土壤养分的影响

2.4补播对草地土壤微生物生物量C、N的影响

退化草地经过补播改良3年后，土壤微生物生物量C和生物量N显著高于对照(P<0.05)，特别是微生物生物量N更加显著(表3)。0-20、20-40 cm土层，补播处理的微生物生物量C分别达到448.51和255.62 mg·kg-1，较对照分别增加23.50%和15.69%；微生物生物量N分别达到28.86和16.55 mg·kg-1，较对照分别增加50.78%和96.32%。

表3　补播对退化草地土壤微生物生物量C、N含量的影响

3讨论

草地地上和地下生物量以及植被组成，一定程度上反映了该草地群落的稳定情况[14]。本研究表明，在退化草地上补播垂穗披碱草+无芒雀麦+中华羊茅可明显提高草地植被禾草类和莎草类比例，可显著提高地上和地下生物量，可有效的恢复退化草地。

土壤含水量是植被恢复的主要限制因子，主要受降水量、土壤性状和植被类型的影响[15]。本研究表明，退化草地通过补播，增加了植被盖度，减少了裸露地表面积，降低了蒸发量，土壤表层含水量较不补播明显增加。由于植被的增加，相应的根系量增多，土壤容重下降，孔隙度增加，补播有效改善了土壤的保水性和通透性。这与蒋德明等[11]利用翻耙补播对科尔沁碱化草地土壤理化性质和生物活性的影响研究结果相一致。

土壤总有机质和全氮被认为是表征土壤肥力和生产力的重要指标之一。本研究表明补播可显著提高退化草地的土壤养分，这与董文斌等[16]研究结果相一致。

土壤微生物是草地生态系统中重要的组成部分[17]，其活动能力的强弱与草地植被类型以及土壤营养元素有一定相关性[18-19]，可以加速C、N等元素的循环，对有机质的分解转化也起主导作用[11]。本研究表明，退化草地通过补播处理，明显提高了土壤微生物生物量C和生物量N，这主要归因于土壤中有机质和根系量的增加以及分解速度加快，这也标志着土壤微生物的活性得到了一定程度的改善，退化草地得到了一定的恢复。

4结论

补播可以明显改善天祝县高寒退化草地地上和地下生物量，有效增加禾草类和莎草类植被。补播后第3年，土壤表层物理性状、养分以及土壤微生物含量与不补播相比，具有明显优势。其中，0-20 cm土层，补播与不补播相比，土壤含水量提高了39.75%，容重降低了11.05%，孔隙度提高了13.22%，有机质增加了45.21%，全氮增加了185.00%，全磷增加了26.32%，速效氮、磷、钾分别增加了82.99%、192.96%和16.80%，微生物量C和生物量N分别增加了23.50%和50.78%。20-40 cm土层， 补播处理与不补播相比，土壤含水量提高了42.65%，容重降低了7.85%，孔隙度提高了10.27%，有机质增加了1.03%，全氮增加了115.38%，全磷增加了160.00%，速效氮、磷、钾分别增加了12.86%、134.38%和46.09%，土壤微生物生物量C、N分别增加了15.69%和96.52%。

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(责任编辑王芳)

Effects of over-seeding on plant community and soil physical and chemical properties of degraded grassland in Tianzhu County

Ji Wan-zhong， Wang Qing-hua

(Tianzhu County Grassland Work Station in Gansu Province, Tianzhu 733200, China)

Abstract:In order to understand the effects of over-seeding on vegetation composition, soil physical and chemical properties, a field experiment was conducted to determine the effect of over-seeding Elymusnutans, Bromusinermis, Festuca sinensis seeds on degraded grassland during the period of 2007 to 2009 in Tianzhu county. The results of this study showed that over-seeding increased the aboveground and belowground biomass and increased the percentage of sedge and gramineain plant community composition. After three years of over-seeding, the soil physical, chemical properties and microbial biomass contenthadbeen obviously improved when compared to control, indicating that soil bulk density at 0―20 cm became low, and that porosity, moisture content, nutrient content and microbial biomass content C & N became higher. These implied that the degraded grassland had been improved by over-seeding.

Key words:degraded grassland; over-seeding; soil physical and chemical properties; microorganism

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0372

*收稿日期：2015-07-03

基金项目：全球环境基金(GEF)项目“社区发展与草原保护的关系研究”(052456、CHA-GS-Y-5)

通信作者：王庆华(1968-)，女，陕西长安人，畜牧师，主要从事草原畜牧业管理与技术推广工作。E-mail：13884582381@163.com

中图分类号：S812.2

文献标志码：A

文章编号：1001-0629(2016)5-0886-05*1

Corresponding author:Wang Qing-huaE-mail：13884582381@163.com

姬万忠，王庆华.补播对天祝高寒退化草地植被和土壤理化性质的影响.草业科学,2016,33(5)：886-890.

Ji W Z,Wang Q H.Effects of over-seeding on plant community and soil physical and chemical properties of degraded grassland in Tianzhu County.Pratacultural Science，2016,33(5)：886-890.

接受日期：2016-01-19

第一作者：姬万忠(1968-)，男(藏族)，甘肃天祝人，高级畜牧师，本科，主要从事草原生态保护工作。E-mail：jiwanzhong@126.com