施肥对羊草割草场土壤养分的影响

温 超，杨晓松，高丽娟，斯日古楞，张 军，张璞进，木 兰，晔薷罕，单玉梅

（1. 内蒙古自治区农牧业科学院， 内蒙古 呼和浩特 010031；2. 内蒙古通辽市畜牧兽医科学研究所， 内蒙古 通辽028000）

科尔沁沙化草原主要分布在内蒙古自治区东部的通辽市和赤峰市，属于我国北方典型的农牧交错地带，具有非常重要的生态作用［1］。 科尔沁沙化草原环境脆弱， 长期不合理利用导致该地区草原退化和沙漠化严重［2］。 对于退化草原的改良与恢复，目前主要采取围封、补播、划破草皮以及施肥等技术手段［3-5］。 施肥可以迅速给草地补充营养物质，改善土壤养分状况，促进植被恢复，提高草地生产力，增加群落盖度和高度，提升草地植物营养品质［6-8］。 切根作为一种较成熟的草地改良技术，主要针对以根茎型禾草（如羊草） 为主的退化草地，通过切断羊草根茎，刺激无性繁殖，加快更新复壮，促进羊草草原恢复［9］。 草原退化的重要原因之一是土壤养分状况的改变。土壤贫瘠化，土壤养分含量的降低，导致草地生态系统植被的退化。因此， 该研究针对科尔沁草原羊草割草场的退化问题，采取切根改良的基础上配合氮、磷肥混施的方法，分析土壤养分对不同梯度氮、磷肥的响应，探究切根后施肥对草原土壤养分的作用和影响， 为快速恢复退化草原土壤养分和草原改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验样地位于内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗珠日河牧场白音查干分场，地理坐标为44°24′56″N，121°52′34″E， 属内陆半干旱草原气候，受东亚季风影响，有明显的大陆性气候特征，冬季寒冷，夏季炎热，温度变幅大，降水少而集中，春季多大风天气。全年平均气温5.6 ℃，极端最高气温40.9 ℃，极端最低气温32.9 ℃；年平均无霜期143 d，日照时数3 101 h，≥10 ℃以上年积温3 114.4 ℃，年平均降雨量约354 mm，全年降雨量的70%以上集中在6—8 月。 地势较平坦，土壤类型属砂壤土。 试验区植被类型为羊草+杂类草，建群种为羊草（Leymus chinensis），伴生种有糙隐子草 （Cleistogenes squarrosa）、 胡 枝 子（Lespedeza davurica）、 芦苇 （Phragmites australis） 和沙打旺（Astragalus adsurgens）等。

1.2 试验设计

试验样地选取长期割草利用的羊草草原，每年割草时间固定在8 月中旬至9 月初，冬季适当放牧。 2014 年4 月初开始试验，试验采取单因素随机区组设计， 共设4 个处理，3 个区组作为重复，共计12 个试验小区。 每个试验小区面积为3 m×5 m， 中间设置1 m 的缓冲带。 5 月下旬， 采用9QP-830 型草地破土切根机在试验小区进行切根处理，切根深度设为15 cm，切根宽度设为30 cm，呈南北条状，同时施加氮、磷肥。 已有的研究结果表明，氮、磷肥配施比例为2∶1 时，群落地上生物量相对较高［10］，所以该试验将N、P 元素添加比例设置为2∶1。 4 个氮、磷肥添加处理分别设为CK（对照）、NP1 （尿素75 kg/hm2＋磷酸二铵45 kg/hm2）、NP2（尿素150 kg/hm2＋磷酸二铵90 kg/hm2）和NP3（尿素225 kg/hm2＋磷酸二铵135 kg/hm2）。 N 元素选择有机态尿素（CON2H4，总氮含量≥46.4%），P元素选择磷酸二铵 （总养分N+P2O5含量≥64.0%）。

1.3 试验方法

8 月中旬，在每个小区随机设置一个1 m×1 m 样方，在齐地面刈割植物样品后的样方内采集土壤样品，随机设置3 个取样点，用直径为3.5 cm的土钻分3 层 （0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）收集地下土壤样品， 将同一土层的土壤样品均匀混合带回实验室风干， 研磨过筛后用于测定土壤养分含量。土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定；速效氮含量采用碱解法测定； 全磷含量采用钼锑抗比色法测定； 速效磷含量采用酸溶—钼锑抗比色法测定；全钾含量采用氢氧化钠熔融法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定； 有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定［11］。

1.4 数据分析

采用Excel 2010 对数据进行分析处理，SAS 9.0 软件进行单因素方差分析，利用LSD 法进行多重比较，作图软件为SigmaPlot 13.0。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤氮含量的影响

方差分析结果表明，随着土壤深度的增加，土壤氮含量呈现出逐渐降低的趋势（见图1）。 从图1Ⅰ可以看出， 施肥对0～10 cm、20～30 cm 土壤层全氮含量无显著（P＞0.05）影响；20～30 cm 土壤层各处理间全氮含量由小到大顺序为CK＞NP1＞NP3＞NP2，10～20 cm 土壤层在NP3 处理下全氮含量与CK 相比显著（P＜0.05）降低。 3 个施肥处理水平均显著（P＜0.05）提高0～10 cm、10～20 cm 土壤层的速效氮含量，20～30 cm 土壤层各处理间速效氮含量无显著（P＞0.05）差异（见图1Ⅱ）。

图1 不同施肥处理对土壤氮含量的影响

2.2 施肥对土壤磷含量的影响

由图2Ⅰ可知土壤全磷含量的分析结果。 0～10 cm土壤层全磷含量在0.21～0.24 g/kg，CK 最低，NP3处理最高，数值上差别不大，但方差分析结果显示两者差异显著（P＜0.05）。10～20 cm、20～30 cm 土壤层全磷含量数值上也无明显差别，且方差分析结果显示各处理间均无显著（P＞0.05）差异。 由图2Ⅱ可以看出， 施肥可以增加土壤速效磷含量，0～10 cm土壤层各处理间速效磷含量由小到大顺序为CK＜NP1＜NP2＜NP3，与CK 相比均显著（P＜0.05）增加；10～20 cm 土壤层速效磷含量无显著 （P＞0.05）变化；20～30 cm 土壤层速效磷含量NP2 处理最大，CK 处理最低。

图2 不同施肥处理对土壤磷含量的影响

2.3 施肥对土壤钾含量的影响

由图3Ⅰ可以看出，0～10 cm 土壤层全钾含量在各处理间均无显著（P＞0.05）变化，施肥降低了10～20 cm、20～30 cm 土壤层全钾含量， 只有NP1处理下10～20 cm 土壤层全钾含量与CK 相比无显著（P＞0.05）差异，其余处理与CK 相比均有显著（P＜0.05）降低。 随着土层深入，土壤速效钾含量降低， 施肥减少了0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土壤层速效钾含量，0～10 cm 土壤层速效钾含量在数值上由大到小表现为CK＞NP2＞NP1＞NP3，且NP3处理下速效钾含量与CK 相比显著（P＜0.05）降低，而在10～20 cm、20～30 cm 土壤层各处理间均无显著（P＞0.05）差异（见图3Ⅱ）。

图3 不同施肥处理对土壤钾含量的影响

2.4 施肥对土壤有机质含量的影响

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的重要指标之一，在科尔沁羊草割草场施肥处理可以显著（P＜0.05） 提高土壤有机质含量，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土壤层有机质含量增幅均在60.00%以上，0～10 cm 土壤层增幅最大， 平均可达70.77%（见图4）。

图4 不同施肥处理对土壤有机质含量的影响

3 讨论

科尔沁羊草草原是重要的草地类型之一，长期割草利用方式，使得生态系统养分大量流失，导致该地区草原普遍存在严重的退化现象。 切根和施肥都是羊草退化草地恢复的重要技术方法，可以促进羊草生长，提高草地生产力［7］。 合理施肥对于维持草原生态系统的养分平衡十分重要， 不仅能提高牧草产量和品质， 还可以提高土壤养分含量［6，8］。 研究表明，施肥可以大幅提高速效氮、速效磷含量，增加土壤净氮矿化速率和总矿化速率，而且土壤净氮矿化速率与硝化速率及氮素添加量显著正相关［12-15］。 也有研究认为施肥对土壤全氮、全磷含量无显著影响， 长期施肥也可能导致土壤氮矿化速率的降低［16-18］。 该试验中施肥对土壤全氮含量无显著影响， 最高施肥处理增加了0～10 cm土壤层全磷含量，对0～10 cm、10～20 cm 土壤层速效氮含量有显著（P＜0.05）提高，0～10 cm 土壤层速效磷含量显著（P＜0.05）增加。

钾是植物生长发育过程中重要的营养元素之一，对植物品质和产量具有重要的影响。许多研究结果显示，我国土壤中全钾含量在16.6 g/kg 左右，高的可达33.2 g/kg［11］，尤其是北方地区土壤富含钾［19-20］。 该试验区全钾含量也相对较高，施加氮、磷肥会促进植物生长， 在一定程度上加速对土壤中钾元素的吸收， 已有研究表明施加磷肥会造成土壤钾含量的降低， 特别是速效钾含量会显著降低， 是因为土壤中的钾大多数是难以直接被植物吸收利用的矿化钾， 速效钾含量一般只能占到全钾的2%以下［11，21-22］。 该研究中施肥降低了土壤全钾和速效钾含量，尤其是最大施肥处理0～10 cm土壤层速效钾含量显著（P＜0.05）降低，与对照相比下降了20.62%。 速效钾含量的降低可能会影响植物对钾元素的吸收， 可能需要配施一定量的钾肥，另外，施肥通常会增加土壤有机质含量［23-24］。 该研究结果也显示，土壤有机质含量有显著（P＜0.05）增加。

4 结论

综上所述，在对羊草草原切根的同时进行施氮、磷肥可以有效改善土壤肥力， 提高土壤有机质含量， 增加0～10 cm 土壤层全氮和全磷含量， 显著（P＜0.05）提高土壤速效氮和速效磷含量，最高氮磷肥组合尿素225 kg/hm2＋磷酸二铵135 kg/hm2显著（P＜0.05）降低10～20 cm、20～30 cm 土壤层全钾含量和0～10 cm 土壤层速效钾含量。 考虑到土壤速效钾含量降低的问题， 在施肥组合上可能需要配施一定量的钾肥， 更有助于各种营养元素的均衡，提高利用效率，促进退化草地的快速恢复。