补播对退化草地植物群落特征和土壤养分影响的研究进展

田伟涛，李超锋

（1.新疆昌吉州草原站，新疆 昌吉831100；2.新疆瑞昶设计院有限公司，乌鲁木齐830000）

我国草地生态系统面积为3.9×108hm2，是我国面积最大的植被类型，占全国陆地面积的41.7%[2]，尤其在我国北部和西部广泛分布。放牧是草地的主要利用和管理经营方式。由于长期超载过牧、重畜轻草导致草地生产力下降，植物多样性降低，毒害草入侵，土壤结构遭到破坏，透气性和透水性降低，养分下降，部分草地生态系统近乎崩溃[3]。同时，由于长期重农轻牧思想，大量优质草地被开垦成农田，且又因部分草地不适合开垦而被弃耕撂荒，造成很多草地生产功能、生态功能和服务功能下降甚至消失。另外，加之滥挖滥采、气候变化、虫鼠害频发等人为因素和自然因素的协同影响，进一步加剧了草畜矛盾，最终导致我国多地草场出现严重退化，甚至极度退化。因此，亟需寻求退化草地有效恢复途径，减缓或逆转草地退化趋势，降低草畜矛盾，从而增强草地的生产和生态功能，进而实现生态保护和当地畜牧业良性持续发展。

我国自2000年以来在多省区广泛实施了天然草原保护、退牧还草、草原生态保护奖励机制等工程项目，对退化草地的恢复和保护起到了关键作用。草地补播是退化草地更新、复壮和恢复的有效措施之一，尤其是在不破坏或少破坏原有草地植被的情况下，选择适应性强、营养价值高的优良牧草草种，从而增加

草地植物群落中的原有种类成分，以便提高退化草地的覆盖度和生产力。因该措施能有效提高草地产量和牧草营养品质，在国内外均引起广泛关注。本文通过对前人相关文献进行梳理和总结，从退化草地补播技术出发，明确退化草地植被群落数量特征、植物多样性对补播的响应规律，并明晰补播对草地土壤养分的影响，进而提出补播措施实施建议，以期为补播措施的广泛实施提供理论依据，并为后期草地恢复改良措施的制定提供科学依据。

1 退化草地补播技术和研究现状

草地补播的关键补播技术包括补播地段选择、草种筛选、播种量、播种时间、播种方式等。

1.1 补播地段选择

水分是我国北方草地植物种子萌发、生长的限制因素。补播时如果没有灌溉设施最好选择降水量大于300 mm的地区进行；若有灌溉条件则可适时灌溉，保证补播草种顺利出苗并成功定植。因此，防止草种在补播后因缺水而无法成活是退化草地能否补播成功的关键。另外，若采用免耕补播机进行机械作业，选择以海拔低于4 000 m以下、坡度小于10°的地段进行，以方便作业；若采用撒播、飞播等方式进行补播，一般不受地形限制。

1.2 草种筛选

补播草种应着重考虑生态适应性，并综合考虑草地类型、退化程度、水热状况、土壤条件等进行筛选草种。同时，补播尽可能选择退化草地群落中原有的优势种或建群种，从而避免因种间竞争而相互争夺光照、水分、空间和养分等资源，进而导致补播失败。另外，补播的最终目的是提高草地生产力和牧草品质，提高载畜量，降低草畜矛盾，所以补播草种还必须考虑牧草的营养价值。如在以禾本科植物为主的退化草地上可以选择优良豆科牧草进行补播，在提高优良牧草产量的同时，改善草地植物群落的营养成分，进而能提升草地质量[4]。

1.3 补播量和补播时期

补播草种的播种量多少与牧草的生物学特性、种子质量、种子大小、草地退化程度及土壤肥力等有很大的关系。一般来说，补播草种的补播量为20～50 kg·hm-2左右，具体补播量应根据具体情况来定。

补播时期应根据当地气温、土壤水分及牧草种类等进行确定，即要考虑适于补播草种的萌发和后期幼苗生长为宜。春季一般在每年4月底～5月初，行临冬寄籽补播。若春季较为干旱、蒸发量大，可选择在雨季进行补播[5]。

2 补播对草地群落特征的影响

2.1 补播对草地群落数量特征的影响

退化草地补播对草地群落的影响存在一定的差异，与当地气候条件、土壤环境、补播草种种类、草地类型、补播年限、草地退化程度等有极为密切的关系。大多研究表明补播可以增加草地植被盖度和提高草地生产力，有效促进草地植被恢复。如在宁夏退化荒漠草原补播2年后草地植物物种数量增加，植物总盖度、平均高度和地上生物量均呈增加趋势[6]。在黑土滩中度退化草地进行补播，当年草地植被盖度、地下和地上生物量均显著增加（P<0.05），补播当年便起到了良好的恢复效果[7]。造成草地植物群落盖度和生物量增加的主要原因是由于补播措施增加了一些新的植被，填补了原先退化草地的空白。然而，另一些研究表明补播对草地群落数量特征的影响较小。如在呼伦贝尔退化天然草地补播紫花苜蓿表明，补播当年的群落生物量增加不显著（P>0.05）[8]。赵文等通过对中度退化高寒草甸进行补播表明，补播10年后草地地上和地下生物量与中度退化草地相比变化不显著（P>0.05）[9]。

2.2 补播对草地植物多样性的影响

物种多样性可用植物群落多样性、均匀度指数和丰富度指数进行表征，且这些指标在植物群落中具有重要的意义，能够反映群落结构、草地演替阶段和生境差异。有研究表明，补播后可增加草地植物种类组成，草地植被生长状况发生改变，从而会提高草地群落植物多样性[10]，造成丰富度指数、多样性指数和均匀度指数增加的原因是由于退化草地经过人工补播，原有的植物群落结构和空间格局被打破，有利于形成新的生态位，从而使植物多样性增加[11]。但是，很多研究表明补播对草地植物多样性的影响较小。王庆华和姬万忠的补播试验证明补播对天祝退化高寒草地物种丰富度的影响没有一定规律[12]。在黑土滩中度退化草地上补播当年丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数虽有一定增加趋势，但差异不显著（P>0.05）[7]。在宁夏荒漠草原也验证了这点，即短期补播（2年）后草地物种多样性、均匀度和优势度没有发生改变[6]，其主要原因是由于短时间内的补播措施并未对草地植物群落中物种的均匀度和优势种或建群种产生明显影响。

3 补播对草地土壤养分的影响

3.1 补播对草地土壤理化特性的影响

土壤是草地植物生存和扩繁的基础，对植物的生长发育具有关键作用，并对草地植物群落结构及其生物量、生态系统功能产生直接影响。有研究表明，退化草地植物地上生物量与土壤养分有极其密切的关系，且土壤有机碳、全氮、速效氮等指标可作为退化草地的直接体现[13]，因此补播对退化草地的影响不仅仅体现在地上植被数量特征和植物多样性上，且对草地土壤理化性质产生明显影响。如吴宛萍等研究表明，荒漠草原补播2年后土壤表层含水量、持水性、毛管孔隙度、有机质、速效钾等均呈增加趋势，但对土壤全氮和碱解氮含量的影响较小[6]；吴旭东等研究表明补播牧草能明显提高土壤黏粉粒组分含量，提高土壤整体稳定性，土壤之中细颗粒物质逐渐增加[14]。在青海湖区退化高寒草原修复试验表明补播措施下土壤有机碳和全钾含量均显著高于原生芨芨草样地，但不利于土壤全氮含量的恢复[15]；李飞等在为退化草甸草原草地补播草木樨和黄花苜蓿2年后土壤碳储量显著提高[16]。补播后草地地上植物生产力增加，导致每年凋落物增加，从而导致了回归土壤的养分提高。

3.2 补播对草地土壤微生物群落的影响

土壤微生物多样性是最大的生物多样性库之一，其生物类群具有较大的多样性和复杂性。土壤微生物量是土壤微生物的生物质量，虽只占土壤有机质的1%～4%，但却是控制生态系统中碳、氮和其他养分的关键[17]。对退化草地进行补播后，植被和土壤状况得到相应改善，必然会对土壤微生物群落结构和多样性产生直接或间接影响。贾倩民等提出有速效钾、效磷和碱解氮含量与放线菌数量呈显著或极显著正相关，放线菌多样性指数与速效养分(速效钾、有效磷和碱解氮)呈负相关[18]。有研究表明微生物特性和微生物量碳等可作为土壤肥力和土壤品质变化的指示指标[19]。然而，目前关于补播对草地土壤微生物群落特征的研究相对匮乏。在退化高寒草甸草地补播10年后土壤真菌特有OTUs增加，并提高了退化草地土壤真菌Chao1指数，但对土壤真菌Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数影响不明显[20]。此外，中度退化高寒草甸草地补播10年后多样性指数变化不明显，且补播10年后草地与中度退化草地土壤微生物区系基本相似，暗示补播效果减小或消失[9]。

4 讨 论

退化天然草地补播能有效恢复植被和土壤，改善草地生态环境，且投资较少，见效较快。然而，退化草地补播又是一项看似简单而又非常复杂的草地改良措施，适宜当地草种的筛选、补播量和补播时期的确定均是保证补播的成功的关键。科学合理的补播技术能增加退化草地植被覆盖度，减少裸地面积，并提高草地生产力和土壤养分含量。

针对目前的研究现状和生产实际，补播技术和相关研究仍需注意以下问题：

（1）根据当地气候条件，筛选适宜物种，并选择适当的补播时期，确保补播成功。在降水较低的干旱荒漠区需谨慎采取补播措施，以防干旱缺水导致补播失败。（2）补播对土壤微生物群落的研究相对较少，今后应加大关于补播对土壤微生物群落组成和多样性的研究，以期为退化草地的修复及补播效果的评定提供新的视角。（3）补播效果具有一定的周期性。应因地制宜，根据监测结果每隔3～5年重新补播一次，增加补播效果的可持续性。（4）在今后应加强关于植被和土壤对补播的响应机制研究。