不同施肥处理对高寒草地的影响

陈晓娟，杨 建，根呷羊批，王 钰，王 导，杨 孔，周 俗

(1.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.四川省草原科学研究院/青藏高原高寒草地生态修复工程技术研究中心，四川 成都 611731)

甘孜藏族自治州色达县的海拔普遍在4000米以上，色达县具有长冬无夏的特点[1]，该特点导致色达县草地植物不具备充足的生长条件，青藏高原地区草地生态系统相对脆弱，若遭受破坏将难以快速恢复[2].因近几年政府对畜牧业发展扶持力度较大，进而在色达县周围生活的牧民数量在持续增加，使该地区草地长期处于过牧的状态，导致草地的植物丰富度下降，土壤结构改变，草地逐渐退化[3－5].不加以节制的放牧会降低高寒草地植物的群落丰富度，使土壤裸露面积增加，更容易导致土壤被风、水的侵蚀，为高原鼠兔提供适宜生存的环境，最终可能导致鼠荒地的形成甚至蔓延扩大[6].

在所有恢复草地的方法中，施肥是恢复草地最有效的方式之一[7].在畜牧业发达的国家采用施肥的方式提高牧草产量非常普遍[8].国内外大量研究表明施肥可促进高寒草地生产力[9－11].在天然草地上，尤其是过度放牧导致牧草减少的高寒牧区，通过施肥来提高牧草产量是解决牲畜牧草缺乏的重要措施[12－15].

本试验将以色达县色柯镇幸福村地区的天然草地为研究对象，研究不同施肥方式下对高寒草地植物地上生物量、物种多样性及植物丰富度等的影响.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究区位于色达县色柯镇幸福村(地理坐标N 32°23′25″，E 100°13′49″，海拔4300 m).该地区具有长冬无夏的特点[16]，日均温度通常在2～3℃左右，由于海拔高度过高的原因，该地区大气含氧量低，色达县常见的植被包括唐松草(Thalictrum)、马苋蒿(Pediculairs)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、委陵菜(Potentilla chinensis)、冷地早熟禾(Poa crymophila)等[17].

1.2 试验材料

液体肥、氮肥来源于四川省中新大地科技有限公司.氮肥(农业用，CO(NH2)2，总氮(以干基计)≥46.4%，缩二脲≤0.9%，水分≤0.4%).液体肥(农肥，含腐殖酸水溶肥料，腐殖酸≥30 g/L，N ＋P2O5＋K2O≥200 g/L).

1.3 样地设计

试验共设计3组处理:液体肥(K1:5 kg/亩)、氮肥(K2:5 kg/亩)、不施肥为空白对照组(CK:0 kg/亩)，3组处理分别重复3次，共设置9组样方，试验小区面积4 hm2，施肥时间为2020年6月上旬.

1.4 试验方法

在2020年8月对试验区进行调查，在9个试验样地中随机选择三个样方(样方1 m×1 m的正方形)，共计27个.(1)计算植物盖度，试验采取针刺法随机测量植物高度10次后获得植物最终的高度.(2)测定植物鲜干重通常采用割草法，在试验样地中将采集到的植物做好标记放进信封袋称其重量，记为该种植物的鲜重.带回实验室在温度设置为75℃的烘箱内烘24 h后测定该植物干重.(3)利用土钻进行采样，将土样放置天平中称其重量，把土样净重记作M，在烘箱温度设置为105℃条件下对土样进行6～8 h烘干处理，并检测烘干土样重量，将记录土样的干重，最后计算出土壤容重和含水率.

1.5 数据处理

数据前期整理及预处理采用Excel进行，在SPSS22.0软件中利用单因素方差分析对数据进行处理，最后把整理好的数据导入Origin进行图片绘制.

2 结果与分析

2.1 三组处理下对植被盖度及高度的影响

在3种不同处理组下，各样地盖度和高度无显著差异(P>0.05).具体表现为K2组盖度及高度均高于其他处理组(图1).

图1 三组处理对植被高度、盖度的影响注:不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下图同Fig.1 Effects of three treatments on vegetation height and coverage

2.2 三组处理对土壤容重、土壤含水率及植被鲜干比的影响

观察试验样地发现，经过施肥处理后的土壤容重、土壤含水率和植被鲜干比无显著变化，具体表现为土壤容重:K2>CK>K1，土壤含水率:K1>CK>K2，植被鲜干比:K2>CK>K1(表1).三组施肥处理下对土壤容重、土壤含水率及植被鲜干重比无显著影响.

表1 三组处理对土壤容重、土壤含水率及植被鲜干的影响Table 1 Effects of three treatments on soil bulk density，soil moisture content and fresh－dry ratio of vegetation

2.3 三组处理对植被丰富度的影响

观察下图可发现，实施施肥处理后，群落丰富度有明显提高(图2)，K2丰富度指数远高于空白对照组和K1.可以看出施液体肥组对群落丰富度有一定的促进作用.

图2 三组处理对植被丰富度的影响Fig.2 Effects of three treatments on vegetation richness

2.4 三组处理对地上生物量的影响

经过2个月的施肥处理后，K2组与K1及CK相比较，施氮肥组可促进高寒草地群落，增加地上生物量(图3).

图3 三组处理对地上生物量影响Fig.3 Effects of three treatments on aboveground biomass

2.5 三组处理对物种多样性的影响

随着不同的施肥处理，观察下表可知，施氮肥组物种多样性显著高于施液体肥组和对照组(P<0.05).且三组试验区中，施氮肥组中禾本科功能群多样性也显著高于另外两组，观察另外三个功能群莎草科、豆科及杂草科发现并无显著差异(表2).

表2 三组处理对物种多样性的影响Table 2 Effects of three treatments on species diversity

3 讨论与结论

氮元素是植物生长发育和生态系统物质循环不可或缺的一部分[18].由于青藏高原地区平均海拔较高，常年低温的条件下在很大程度上导致有机氮的矿化降低，促使氮的可利用性下降，植物对氮的利用仅占到了土壤全氮含量的1%甚至更低，最终导致高寒草地上的植物发育迟缓[19].采取施肥能够提高有机碳、氮的含量[20].因而人工施肥作为促进高寒草地植物生长的重要手段[21].

施肥可以通过改变土壤中有机碳、氮的含量影响植物的生长，进而引起植物群落更迭，最终给草地带来新一轮的生命力[22－23].在高寒草地通常采取施肥来扩充土壤对碳、氮的需求，该措施不仅可以提高牧草产量更是缓解气候变化的一种重要手段[24].本文通过研究不同施肥处理对色达县高寒草地植被高度、盖度、植被鲜干比以及土壤含水率等的影响，试验结果表明在相同施肥量下，发现到施氮肥组的植被地上生物量、植物丰富度显著性均高于另外两个处理组，从而得出施用氮肥可显著提高草地主要植物种群及物种多样性的结论.

通过对试验样地植物的高度和盖度比较，施氮肥、液体肥组与对照组之间差异不大，但根据邱波、沈景林等研究发现长年的施肥处理对草地盖度影响很大，通过数据表明处理组比对照组增加18.7% ～71.2%[25－26].进一步推断，草地高度和盖度与其恢复年限也有着密切的关系，施肥对这两项指标有着促进作用.通过数据发现，土壤含水率、土壤容重及植物植被鲜干比也无明显差异.但从地上生物量及植物丰富度来看，施液体肥和氮肥处理组明显高于试验对照组，施液体肥在一定条件下对植物丰富度及地上生物量也起着一定的促进作用，观察高寒草地物种多样性中Shannon指数施氮肥组均高于其他两组处理组，这一结果表施相同量下的不同肥料，施氮肥对青藏高原高寒草地地区更有利，使用效果更加明显.

作为限制因子的氮元素，决定着陆地生态系统中初级生产力的高低[27].高寒草甸施氮肥在某些程度上能提高初级生产力[28].鉴于金东汉，朴顺姬[29]等研究发现温度的变化会影响肥料中的养分，低温会导致农作物出现一定幅度的减产，其中由于温度的原因对液体肥的抑制作用最明显，而对化肥没有太大的影响.对比肥料本身的差异，此次试验采用的液体肥为含腐殖酸水溶肥料，相关研究表明施含腐殖酸水溶肥料前期的效果通常不显著，相对于化肥见效慢[30].进一步分析推测，试验样地位于海拔4300 m的色达县附近，长冬无夏的恶劣天气，土壤中的微生物对腐殖酸的利用率和效率远低于平原地区，从而导致施加氮肥组对高寒草地的滋养效果比施加液体肥组要更明显.由此可知温差对目前恢复措施造成的可能影响也应成为今后青藏高原生态恢复研究中应关注的重点.

本试验发现相同施肥量下，施氮肥组处理对高寒草地地上生物量、物种丰富度指数、物种多样性指数和禾本科植物多样性有明显的促进作用，表明施氮肥对高寒草地植物生长和发育有明显提升.这一结果为今后高寒草地施肥的有效性和青藏高原退化草地恢复提供了一定的理论支持和帮助.